高物课件第一章绪论讲

高分子物理

Polymerphysics2008PolymerIUPAC:

Apolymerisasubstancecomposedofmoleculescharacterizedbythemultiplerepetitionofoneormorespeciesofatomsorgroupsofatoms(constitutionalrepeatingunits)linkedtoeachotherinamountssufficienttoprovideasetofpropertiesthatdonotvarymarkedlywiththeadditionofoneorafewoftheconstitutionalrepeatingunits开发应用可行性高分子材料科学与工程“均相”近程结构远程结构超分子结构亚微相态“多相”研究的八个层次：四个层次：力学性能流变性能热机械性能特殊功能性光、电、磁、生物物理—化学—性能综合评价长期使用性能四个层次一、蒙昧时期-远古至19世纪中叶

人类大量接触使用天然高分子材料，但对其组成、结构等一无所知二、萌芽时期-19世纪末至20世纪20年代

科学家开始研究天然高分子材料的组成结构与形态1.1高分子科学发展简史H.Staudinger（德）

另一方

提出提出

高分子的概念

胶体缔合分子

《论聚合》1930年左右--高分子学说战胜了胶体缔合论，高分子物理发挥了重大作用三、大发展时期-20世纪30年代至60年代建立了高分子科学主要概念、理论H.Mark等：统计力学用于高分子链的构统计；建立了橡胶高弹性理论

P.J.Flory等：利用似晶格理论推导出高分子溶液的热力力学性质，得到热力学参数

P.E.Rouse等：对高分子聚集态的研究取得重要成果大批高分子合成材料问世、投产

1930/PS聚苯乙烯

1934/PMMA有机玻璃、PVC聚氯乙烯

1939/PE聚乙烯、PA聚酰胺

1943/PTFE聚四氟乙烯、PUR聚氨酯

1946/UP聚酯

1947/EP环氧树酯

1953/PET聚酯、ABS工程塑料、HDPE聚乙烯

1957/PP聚丙烯

1959/PC聚碳酸酯

1960/PI聚酰亚胺四、新时期-20世纪70年代后高分子的分子设计对高分子提出更高的要求旧研究方法

1高分子材料的合成

2性能与结构研究

3加工方法和技术开发

4寻找应用场合

高分子分子设计

1使用场合

2要求的使用性能

3分子结构的设计

4合成条件与方法研究

5高分子材料的合成对高分子提出更高的要求能耐受更严酷条件的高分子材料（耐超高温、超低温、超高电场等）具有特定功能性的高分子材料（导电功能、超导性能、分离功能、隐身功能以及各种能量转换功能等）生物高分子领域的应用与研究（生物高分子结构的研究及其人工合成、效仿自然界天然高分子物质的形成过程等）1.2从小分子到大分子以烷烃系列为例说明n值不同相对分子质量不同材料的性质和状态不同用途不同与小分子相比高聚物结构的几个特点高分子链是由数目很大（103-105数量级）的结构单元所组成的。一般高分子的主链都有一定的内旋转自由度，可以使主链弯曲而具有柔性。高分子结构的不均一性是一个显著的特点。高聚物的子量中具有统计平均的意义。大分子之间的相互作用力对其聚集态结构和物理性能有着十分重要的影响。高聚物的聚集态有晶态和非晶态之分。高聚物材料的织态结构对高聚物材料的性能有着重要的影响。1.3高分子的分子量和分子量分布

聚合物的相对摩尔质量及其分布是高分子材料最基本的参数之一，它与高分子材料的使用性能与加工性能密切相关。

相对摩尔质量太低，材料的机械强度和韧性都很差，没有应用价值。相对摩尔质量太高熔体粘度增加，给加工成型造成困难，因此聚合物的分子量一般控制在103～107之间。聚合物分子量特点聚合物分子量比低分子大几个数量级，一般在103～107之间(2)除了有限的几种蛋白质高分子外，聚合物分子量是不均一的，具有多分散性。聚合物的分子量描述需给出分子量的统计平均值和试样的分子量分布聚合物分子量特点一、常用的统计平均相对摩尔质量1、数均相对摩尔质量2、重均相对摩尔质量3、Z均相对摩尔质量

4、(Z+1)均相对摩尔质量

5、粘均相对摩尔质量采用的统计权重标准不同产生了不同类型的统计平均分子量聚合物分子链第i种分子的分子量M1 M2 … Mi摩尔数 n1 n2 … ni第i种分子的重量

w1 w2 … wi数均分子量重均分子量1、数均相对摩尔质量定义：按分子数统计平均的相对摩尔质量称为数均相对摩尔质量也可写成：

2、重均相对摩尔质量

定义：按质量统计平均的相对摩尔质量称为重均相对摩尔质量3、Z均相对摩尔质量

按Z值统计平均的相对摩尔质量称为Z均相对摩尔质量，定义为：

5、粘均相对摩尔质量

用稀溶液粘度法测得的平均相对摩尔质量为粘均相对摩尔质量，定义为：

为Mark-Houwink方程中的参数，当＝1时，＝；当＝-1时，＝

通常的数值在0.5～1.0之间，因此<<，即介于和之间，更接近于

各种分子量的关系1.3.2分子量分布的表示方法分子量分布：

是指聚合物试样中各个组分的含量和分子量的关系对于离散型试样对于连续型试样可以是分子质量微分分布函数，也可是数量微分分布函数（纵标为质量分数或摩尔分数）n(M)为聚合物分子量按数量的分布函数w(M)为聚合物分子量按质量的分布函数N(M)为聚合物分子量按数量分数的分布函数(微分分布函数），或称归一化数量分布函数W(M)为聚合物分子量按质量分数的分布函数(微分分布函数），或称归一化质量分布函数。分子量分布的连续函数表示用连续函数表示各种平均分子量（1）数均分子量（2）重均分子量（3）Z均分子量（4）粘均分子量1.3.3相对摩尔质量分布宽度多分散试样单分散试样分布宽度指数(2)多分散性系数(d)描述分子量分布宽度的两个重要指标图4-1分子量分布曲线和各种统计平均分子量

多分散试样单分散试样d=1阴离子聚合试样1、分布宽度指数(1)分布宽度指数：是指试样中各个相对摩尔质量与平均相对摩尔质量之间的差值平方的平均值。试样是均一的，则＝0，Mw＝Mn；

试样是不均一的，则>0；并且不均一程度越大，则数值越大

1、分布宽度指数(2)同理有：如果相对摩尔质量均一，则＝

相对摩尔质量均一的试样，＝＝＝

相对摩尔质量不均一的试样，