高分子物理—何曼君版

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1、1,高分子物理,一、课程要求 1、掌握内容： （1）高聚物各层次结构的特征 （2）高分子链的近程结构和远程结构 （3）高聚物的结晶、结晶度及对材料 性能的影响 （4）高聚物的分子运动特点、力学状态和转变并能从分子运动的观点分析聚合物 的各种力学状 态及其转变， 各种状态、转变的 特征及影响因素 （5）高聚物的力学性质 （6）高聚物分子量及分布的概念 （7）橡胶弹性的热力学和统计理论 （8）高聚物的蠕变性能,MENU 1,MENU 2,MENU 3,2,高分子物理,2、熟悉内容： （1）高聚物分子量、分子量分布的测定方法及对高聚物性能的影响 （2）高聚物溶解过程的特点 （3）高分子溶液的流变性

2、（4）高分子溶液的热力学性质 3、了解内容： （1）高聚物的取向态和液晶态结构 （2）高分子的相容性 （3）聚电解质溶液的特性 （4）凝胶色谱的原理及应用 （5）高聚物的电学性质 二、所用教材 1、主讲教材：高分子物理金日光 华幼卿 主编,MENU 1,MENU 2,MENU 3,3,高分子物理,2、主要参考： （1）高分子物理 何曼君 陈维孝 等 编 （修订版）复旦大学出版社 （第二版） 化工版 （2）高聚物结构与性能 马德柱 何平笙 等编 （第二版） 科学出版社,MENU 1,MENU 2,MENU 3,三、学时分配 绪论 （2） 第一章 高分子链的结构 （10） 第二章 高分子聚集态结构

3、 （10） 第三章 高分子溶液性质 （8） 第四章 分子量及分子量分布 （8） 第五章 高聚物的分子运动 （8） 第六章 高聚物的力学性质 （10） 第七章 高聚物电学性质 （4） 合计学时数： （60）,4,第一章 高分子链的结构,第一节 概论 111 基本含义、研究内容和发展方向 一、高分子科学基本含义与分支 高分子科学是一门发展迅速的现代科学，具有两重性：既是基 础科学又是应用科学。 高分子科学是研究高分于化合物的合成、结构、加工成型、性 能和应用的新型学科。可分成“高分子化学与工艺”、“高分于物 理与物化”、“聚合物加工成型”等几个分支具体而言，其研究 内容包括以下几个方面： 二、高分

4、子科学研究内容 1高分子的合成和化学反应聚合反应理论，新的聚合方法 及改性方法，高分子的基团反应，高分子的降解、老化与交联； 2高分子的结构与性能高分子链的构型与构象，高分子的 聚集态及分子运动、固态及液态聚合物的物性(热学、力学、电 学、光学、磁学、流变学等性能，高分子溶液及分子量； 3高分子的加工、成型与应用成型的理论基础及方法，塑 性、弹性等力学性能，流变学理论，高分子材料应用范围的研 究； 4高分子的分子设计研究综合高分子合成、结构、性能相 应用的相互关系和规律，设计和制造具有预期性的高分子材料 。以上四方面关系如下所示：,高分子物理 POLYMER PHYSICS,MENU 1,ME

5、NU 2,MENU 3,高分子科学基本含义：高分子科学是一门发展迅速的现代科学，具有两重性：既是基础科学又是应用科学。高分子科学是研究高分于化合物的合成、结构、加工成型、性能和应用的新型学科。,再进一步具体到高分子物理，其基本内容，应包括以下几个方面： 1聚合物的结构：大分子链的近程与远程结构，高分子的聚集态结构，以 及织态结构等更高层次的结构 2聚合物的分子运动和热转变：聚合物的分子运动特征，玻璃化转变，相 转变，聚合物的粘性流动等 3聚合物本体的物理性能：如热性能，力学性能，电学性能，光学声学、 磁学、表面性能等 4聚合物溶液的性能：分子间的相互作用与高分子溶液特征，稀溶液的依 数性、渗透

6、压、粘度、光散射，浓溶液的性质，聚电解质溶液特征。 5聚合物的分子量和分子量分布：分子量与分于量分布的表征方法，测定 方法，分子量和分子量分布对聚合物性能的影响 6研究聚合物结构和性能的近代技术：基本原理，和在聚合物研究中的应 用概括上述几条：高分子物理根本内容是：用分子运动的观点研究聚合物 的结构、性能及其相互关系，其目的在于了解聚合物的结构与物理性能的关 系，指导正确地选用高分于材料，合理地控制加工成型条件，并通过各种途 径改造聚合物的结构，从而有效地改进其性能，并最终指导设计、开发、研 制和合成具有预定性能的高分子材料,高分子科学基本分支： 分成“高分子化学与工艺”、“高分于物理与物化”

7、、“聚合物加工成型”等几个分支,高分子科学研究内容： 1高分子的合成和化学反应聚合反应理论，新的聚合方法及改性方法，高分子的基团反应，高分子的降解、老化与交联； 2高分子的结构与性能高分子链的构型与构象，高分子的聚集态及分子运动、固态及液态聚合物的物性(热学、力学、电学、光学、磁学、流变学等性能，高分子溶液及分子量； 3高分子的加工、成型与应用成型的理论基础及方法，塑性、弹性等力学性能，流变学理论，高分子材料应用范围的研究； 4高分子的分子设计研究综合高分子合成、结构、性能相应用的相互关系和规律，设计和制造具有预期性的高分子材料。,三、高分子科学发展方向 1聚合物品种方面：对老产品进行改性、复

8、合，使材料获得新性能，其中聚合物的共混就是一个有重要价值的活跃的研究领域 2高分子工业方面：发展新设备、新工艺，提高催化效率，强化生产工艺，降低生产成本 3材料方面：发展能耐严酷环境和具有高功能的高分子材料，如宇航所需用的耐高温、耐超低温、高模量的材科，以及高分子半导体、导体、超导体材料，提高普通高分子材料的使用寿命 4生命科学方面：向医用、生物高分子发展，如生物膜和各种医用构件和材料等。 5在合成结构性能三者关系研究的基础上，进行高分子的分子设计。 6环境保护方面：研究、开发和利用“废弃高分子”材料的途径， 防止或治理高分子废料的公害,5,第一章 高分子链的结构,第一节 概论 12 高分子结

9、构的特点 1大分子链由很大数目(103 - 105数量级)的结构单元组成的。 每一结构单元相当于一个小分子，靠共价键连接。可以是一种 (均聚物)，也可以是几种(共聚物); 2大分子链的几何形状可为线形、支链形、梯形、网状或体形 等； 3大分子链的单键没有位阻时，可以内旋转，呈现出无数构 象，使高分子具有柔顺性， 4大分子链之间靠vander Waals力、氢键等聚集在一起，可以 成为晶态、非晶态、取向态、液晶态或织态结构等 5高分子结构的不均一性。即使是相同条件下的反应产物，各 个分子的分子量、单体单元的键合顺序、空间构型的规整性、支 化度、交联度以及共聚物的组成及序列结构等都存在着或多或少

10、的差异。 6由于一个高分子链包含很多结构单元因此结构单元间的相互 作用对其聚集态结构和物理性能有着十分重要的影响。 7高分子的聚集态有晶态和非晶态之分，高聚物的晶态比小分 子晶态的有序程度差很多，存在很多缺陷。但高聚物的非晶态却 比小分子液态的有序程度高，这是因为高分子的长链是由结构单 元通过化学键联结而成的，所以沿着主链方向的有序程度必然高 于垂直于主链方向的有序程度，尤其是经过受力变形后的高分子 材料更是如此。 8要使高聚物加工成有用的材料往往需要在其中加入填料、各 种助剂、色料等。有时用两种或两种以上的高聚物共混改性，这 些添加物与高聚物之间以及不同的高聚物之间是如何堆砌成整块 高分子材

11、料的，又存在着所谓织态结构问题。织态结构也是决定 高分子材料性能的重要因素。,113 高分子结构的内容 一、结构内容与分类：,高分子物理 POLYMER PHYSICS,MENU 1,MENU 2,MENU 3,二、高聚物链结构与聚集态结构图：,1大分子链由很大数目(103 - 105数量级)的结构单元组成的。每一结构单元相当于一个小分子，靠共价键连接。可以是一种(均聚物)，也可以是几种(共聚物); 2大分子链的几何形状可为线形、支链形、梯形、网状或体形等； 3大分子链的单键没有位阻时，可以内旋转，呈现出无数构象，使高分子具有柔顺性， 4大分子链之间靠vander Waals力、氢键等聚集在一

12、起，可以成为晶态、非晶态、取向态、液晶态或织态结构等 5高分子结构的不均一性。即使是相同条件下的反应产物，各个分子的分子量、单体单元的键合顺序、空间构型的规整性、支化度、交联度以及共聚物的组成及序列结构等都存在着或多或少的差异。 6由于一个高分子链包含很多结构单元因此结构单元间的相互作用对其聚集态结构和物理性能有着十分重要的影响。 7高分子的聚集态有晶态和非晶态之分，高聚物的晶态比小分子晶态的有序程度差很多，存在很多缺陷。但高聚物的非晶态却比小分子液态的有序程度高，这是因为高分子的长链是由结构单元通过化学键联结而成的，所以沿着主链方向的有序程度必然高于垂直于主链方向的有序程度，尤其是经过受力变

13、形后的高分子材料更是如此。 8要使高聚物加工成有用的材料往往需要在其中加入填料、各种助剂、色料等。有时用两种或两种以上的高聚物共混改性，这些添加物与高聚物之间以及不同的高聚物之间是如何堆砌成整块高分子材料的，又存在着所谓织态结构问题。织态结构也是决定高分子材料性能的重要因素。,指某一原子的取代基在空间的排列。,指键中原子的种类和排列，取代基和端基的种类，单体单元的排列，以及顺序，支链的类型和长度,指单个分子的结构和形态,热塑性弹性体(TPE ),SBS是一种热塑性弹性体，连续相PB具有柔性链段的软区，分散相PS具有刚性链段的硬区，起物理交联作用。 BSB是不是一种热塑性弹性体？ 热塑性弹性体(

14、TPE thermoplastic elastomer)是一种在常温为橡胶高弹性、高温下又能塑化成型的高分子材料。它是不需要硫化的橡胶，被认为橡胶界有史以来最大的革命。,Application of SBS,SBS,Poly(styrene-butadiene-styrene), or SBS, is a hard rubber, which is used for things like the soles of shoes, tire treads, and other places where durability is important.,8,高分子物理 POLYMER PHYSIC

15、S,第一章 高分子链的结构 第二节 高分子链的近程结构,第一章 高分子链的结构 第二节 高分子链的近程结构 121 结构单元的化学组成 一、有关基本概念 1、高分子链的定义 由单体通过聚合反应连 接而成的链状分子，称为高分子链 。 2、聚合度 高分子链中的重复结构单元的数目 称为聚合度。 二、主链类型 由化学组成决定，可分成： 1、碳链高分子 特征是分子主链全部由碳原 子以共价键相联结，大多由加聚反应制得， 如常见的聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚 丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，这类高聚物不 易水解 。 2、杂链高分子 分子主链由两种或两种以上 的原子如氧、氮、硫、碳等以共价键相联结 。 由缩聚反应

16、或开环聚合而制,例如聚酯、聚酰 胺、酚醛树脂、聚甲醛、聚砜等。因主链带 有极性，较易水解、醇解或酸解。 3、元素高分子 主链中含有硅、磷、锗、铝、 钛、砷、锑等元素的高分子。这类聚合物一 般具有无机物的热稳定性及有机物的弹性和 塑性。分子的主链不是一条单链而是像“梯子” 和“双股螺线”那样的高分子链。例如聚丙烯 睹纤维受热时，在升温过程中会发生环化芳,构化而形成梯形结构继续高温处理则成为碳纤维可作为耐高温高聚物的增强填料。,MENU 1,MENU 2,MENU 3,又如以二苯甲酮四羧酸二酚和四氨基二苯醚聚合可得分段梯型聚合物，以均苯四甲酸二酐和四氨基 苯聚合可得全梯型聚合物 ，这类高聚物往往具有极好的耐热性能。注意其结构特征。,此外还有片型、带型、遥爪型等特殊结构的高分子链。 三、端基 其存在取决于链引发和终止，供体可能来自单体、引发剂、溶剂或分子量调节剂，其化 学性质与主链不同，对聚合物性能特别是热稳定性影响极大，需用耐热性单官能团物质封头 。研究 端基得到合成机理信息