高分子物理绪论课件

高分子物理一、高分子科学的发展1.高分子科学发展历史2.我国高分子科学发展历史二、高分子物理的教学内容1.高聚物结构的特点2.高分子材料的性能特点3.高分子材料的应用4.高分子物理知识解决实际生产问题5.高分子物理的学习方法绪论

高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，它是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科。高分子科学高分子化学研究聚合反应和高分子化学反应原理，选择原料、确定路线、寻找催化剂、制订合成工艺等。研究聚合物的结构与性能的关系，为设计合成预定性能的聚合物提供理论指导，是沟通合成与应用的桥梁。高分子物理高分子加工研究聚合物加工成型的原理与工艺。高分子科学1909年贝克兰合成酚醛树脂1911年英国马修斯合成聚苯乙烯1912年聚氯乙烯被合成1927年合成出聚甲基丙烯酸甲酯1933年高压聚乙烯问世1938年四氟乙烯被聚合…1953年齐格勒在低压条件下合成聚乙烯，随后纳塔合成出聚丙烯，1963齐格勒、纳塔获得诺贝尔化学奖。聚合产生的奇迹

塑料的发现1869年31岁的印刷工人约翰•海阿特发明赛璐珞1909年贝克兰发明酚醛树脂现代生活中的高分子材料－塑料橡胶的发展橡树之泪丑却受宠的合成橡胶现代生活中的高分子材料－橡胶1855年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素放在硝酸中得到硝化纤维素溶液，制得第一根人造纤维；1884年查唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造丝；纤维的发展功能高分子材料－高吸水性树脂高吸水性树脂就是一种功能高分子材料，它具有优异的吸水、保水功能，可吸收自身重量几百倍、上千倍，被冠予“超级吸附剂”的桂冠。主要类型有聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、淀粉接校共聚物类等。聚丙烯酸酯类以丙烯酸和烧碱为主要原料，采用逆向聚合法而制得。可以做成妇女卫生巾、婴幼儿纸尿布以及纸餐巾等，此外还可用作室内空气芳香剂，蔬菜、水果的保鲜剂、防霉剂、阻燃剂、防潮剂以及吸水后体积膨胀的儿童玩具等。目前，全世界总生产能力已经超过130万吨/年，其中日本触媒化学公司是目前世界上最大的生产公司，生产能力达到25万吨/年。高分子膜是指那些由具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜，能有选择地分离物质。目前应用于海水淡化、反渗透、膜萃取、膜蒸馏等技术领域。高分子分离膜建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂，是世界上最大的海水淡化厂，日供应淡水12000吨，主要使用醋酸纤维素分离膜装置。光敏高分子材料以光敏树脂为代表，主要用于照相、印刷制版、印刷集成电路等。印刷工业应用聚乙烯醇酸酯，光照时交联而不溶而保留下来，得到凸版。光解性的光刻胶，重氮醌接到酚醛树脂上，光作用下重氮醌分解，图像被保留，分辨率达10纳米。光敏高分子材料在塑料中加入蓄光型发光材料经加工就可制成发光塑料。发光塑料是近年来兴起的一种高附加值新型功能材料。其产品如：交通领域通道标识、楼梯标识、标志线；发光涂料、发光开光、发光壁纸、工艺品、玩具、体育休闲用品。功能高分子材料－－发光材料导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。目前，它已成为一门新型的多学科交叉的研究领域，并在世界范围内吸引了一大批材料设计专家。功能高分子材料－导电高分子材料液晶高分子作为一类新型的高性能材料，极大地引起了科学界和工业界的关注，得到了广泛的应用，并发展为高分子科学中最活跃的领域之一。液晶高分子生物降解高分子材料目前自然界的污染存在“白色”（塑料）和“黑色”（橡胶）垃圾。发展可生物降解的产品是必要而且急需的，但许多具体问题不能解决。1、可降解塑料袋承重能力低；2、可降解塑料袋色泽暗淡发黄，透明度低；3、是价格偏高，成本难以接受。一次性医疗用品如输液管、药品瓶、医用胶粘剂等。诊断仪器如听疹器、内窥镜及各种其他诊断仪器。体外装置如人工假肢、血液透析或灌注装置等。人体器官如心脏导管、心脏补片、人工心脏泵材料、气管导管、人工膀胱、人工脑膜、动脉补片、人工血管及人工关节等。整形外科手术材料如面部整形植入物等。生物降解材料是指那些可由体液、酶或微生物的作用而引起分解的材料，用于缝线、人体植入、控释药物等。医用高分子材料的种类人造心脏生物材料人造关节人工肾至今高分子科学诺贝尔奖获得者H.Staudinger（德国）:把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（1953年诺贝尔奖）

K.Ziegler（德国）,G.Natta

（意大利）:乙烯、丙烯配位聚合（1963年诺贝尔奖）P.J.Flory

(美国）:聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系（1974年诺贝尔奖）。H.Shirakawa白川英树(日本),AlanG.MacDiarmid(美国),AlanJ.Heeger(美国)：对导电聚合物的发现和发展（2000年诺贝尔奖）。deGennes(法国)：软物质、普适性、标度、魔梯。l 我国高分子研究起步于50年代初，唐敖庆于1951年，发表了首篇高分子科学论文。

l 长春应化所1950年开始合成橡胶工作（王佛松，沈之荃）；l 冯新德50年代在北京大学开设高分子化学专业。l 何炳林50年代中期在南开大学开展了离子交换树脂的研究。l 钱人元于1952年在应化所建立了高分子物理研究组，开展了高分子溶液性质研究。l 钱保功50年代初在应化所开始了高聚物粘弹性和辐射化学的研究。l 徐僖先生50年初成都工学院（四川大学）开创了塑料工程专业。l 王葆仁先生1952年上海有机所建立了PMMA、PA6研究组。

我国与高分子领域的中科院院士：王葆仁冯新德何炳林钱保功钱人元于同隐徐僖王佛松程镕时黄葆同卓仁禧沈家骢林尚安沈之荃白春礼周其凤曹镛杨玉良等。2.我国高分子的科学发展高分子的结构：包括高分子链的结构和凝聚态结构，链段、柔顺性、球晶、片晶、分子量和分子量分布、θ溶液概念。高分子材料的性能：力学性能、热、电、光、磁等性能。力学性能包括拉伸性能、冲击性能等、银纹、剪切带、强度、模量。高分子的分子运动：玻璃化转变、粘弹性、熵弹性、结晶动力学、结晶热力学、熔点、流变性能、粘度、非牛顿流体。

WLF方程、Avrami方程、橡胶状态方程、Boltzmann叠加原理。高分子物理的重点内容聚合物结构与性能的关系HOW？研究方法结构：长链、柔性、缠结、链段运动性能：质轻、易着色、韧性、耐腐蚀、易加工、减震、生物兼容、易剪裁WHY？研究的目的•指导大分子设计•指导加工发展高分子材料

1.高聚物结构的特点①高分子的链式结构：高分子是由很大数目（103—105数量级）的结构单元组成的。②高分子链的柔顺性：高分子链的内旋转，产生非常多的构象（如：DP=100的PE，构象数1094），可以使主链弯曲而具有柔性。③高分子结构具有多分散性，不均一性。④高分子凝聚态结构的复杂性：晶态、非晶态，球晶、串晶、单晶、伸直链晶等。其聚集态结构对高分子材料的物理性能有很重要的影响。聚合物材料具有以下优点：①质量轻、相对密度小。LDPE（0.91），PTFE（2.2）②良好的电性能和绝缘性能。③优良的隔热保温性能，绝热材料。④良好的化学稳定性，耐化学溶剂。⑤良好的耐磨、耐疲劳性质。橡胶是轮胎不可替代的材料。⑥良好的自润滑性，用于轴承、齿轮。⑦良好的透光率。树脂基光盘，树脂镜片。⑧宽范围内的力学可选择性。⑨原料来源广泛、加工成型方便、适宜大批量生产、成本低。⑩漂亮美观的装饰性。可任意着色、表面修饰。2.高分子材料的性能特点性质和用途塑料纤维橡胶涂料胶粘剂功能高分子以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。具有可逆形变的高弹性材料。纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100倍。涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和保护作用的聚合物材料能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料3.高分子材料的应用农用塑料：①薄膜②灌溉用管建筑工业：①给排水管PVC、HDPE

②塑料门窗③涂料油漆④复合地板、家具人造木材、地板⑤PVC天花板包装工业：①塑料薄膜：PE、PP、PS、PET、PA等

②中空容器：PET、、PE、PP等③泡沫塑料：PE、PU等汽车工业：塑料件、仪表盘、保险机、油箱内饰件、坐垫等军工工业：飞机和火箭固体燃料（低聚物）、复合纤维等3.高分子材料的应用高分子材料遍及各行各业，各个领域：包装、农林牧渔、建筑、电子电气，交通运输、家庭日用、机械、化工、纺织、医疗卫生、玩具、文教办公、家具等等。电气工业：①绝缘材料（导热性、电阻率）等、导电高分子②电子：通讯光纤、电缆、电线、光盘、手机、电话③家用电器：外壳、内胆（电视、电脑、空调）等医疗卫生中的应用：人工心脏、人工脏器、人工肾（PU）、人工肌肉、输液管、血袋、注射器、可溶缝合线、药物释放等。防腐工程：耐腐蚀性，防腐结构材料。如水管阀门（PTFE）：230～260℃长期工作，适合温度高腐蚀严重的产品。功能高分子：离子交换树脂、高分子分离膜、高吸水性树脂、光刻胶、感光树脂、医用高分子、液晶高分子、高导电高分子、电致发光高分子等。3.高分子材料的应用

4.高分子物理知识解决实际生产问题①分子量、分子量分布影响高分子材料性能：分子量大：材料强度大，但加工流动性变差，分子量要适中。分子量分布：a纤维，分布窄些，高分子量组分对强度性能不利。b橡胶：平均分子量大，加工困难，所以经过塑炼，降低分子量，使分布变宽起增塑作用。②凝聚态结构影响高分子材料性能：结晶使材料强度↑，脆，韧性↓。另外球晶大小也影响性能，球晶不能过大。可加成核剂，减小球晶尺寸；改变结晶温度，多成核。③加工工艺影响高分子材料性能：粘度低，加工容易。聚碳酸酯，改变温度，降低粘度。而聚乙烯：改变螺杆转速，提高注射压力和剪切力→降低粘度。

5.如何学好高分子物理？高分子物理内容多、概念多、头绪多、关系多、数学推导多。紧紧抓住高聚物结构与性能关系这一主线，将分子运动和热转变作为联系结构与性能关系的桥梁，把零散的知识融合成一体。课堂内认真听讲，注意概念、方法，总结规律。我们要注重培养自学能力，在课堂上和课外能够认真看书。独立思考、亲自动手推演例题和习题。以启发式为主导的教学方法，废除以往注入式的教学方法。[1]何曼君，陈维孝，董西侠，《高分子物理》，上海，复旦大学出版社，1990年。[2]马德柱，何平笙等，《高聚物的结构与性能》，北京，科学出版社，1995年。[3]B.Wunderlich,MacromolecularPhysics,