材料专业课邓老师绪论

1高分子物理2高聚物的结构链结构聚集态结构（三次结构）化学结构（一次结构、近程结构）构象（二次结构、远程结构）结晶非晶取向绪论高分子物理学---研究高聚物结构与性能间的关系3膜透气机理溶解

扩散蒸发膜P1高浓度气体P2几种聚合物对不同气体的透过系数聚合物N2O2CO2H2OPE2.58.3-4432-21090-1575PP3.31769525PVC0.3-1.30.9-4.57.7-283000PVA00021800-105000PA0.075-0.150.291.2525-12750PET0.0380.230.75975-1275PVDC(偏)0.00750.0380.2211-750丁基橡胶2.41039300-1500天然橡胶6317310002250045学习高分子物理的目的

1.了解高聚物的结构与性能之间的关系高聚物特性

密度小：多数高聚物密度接近1，密度最大的聚四氟乙烯（PTFE）为2.35.

Fe为7.8。

比强度高（单位质量的强度）：A3钢为0.1,环氧玻璃钢为0.55钢铝玻璃钢碳纤复合材料密度7.92.82.01.6拉伸强度1.04.06.010.0比强度0.1260.1430.550.625比模量26.562520418.67几种材料性能比较◆高弹性◆优异的柔性◆耐腐蚀性◆具有优异的电绝缘性通过学习高分子物理可以了解高聚物为什么有上述优点，并进行高分子结构设计与高聚物改性。72.为专业课的学习打基础。83.为科研工作奠定理论基础9高分子物理的三个主要方面研究高聚物的结构，其中最主要的是高聚物的聚集态结构—大分子堆砌

排列的结构。研究高聚物的性能，主要包括高聚物的柔性、高弹性、和粘弹性用统计学的方法研究高聚物的分子运动，并以此建立高聚物结构与性能之间的关系本课程特点：没有很严密的逻辑推理，叙述内容较多，较多抽象思维，基本概念很多，需要平时自己归纳总结。主要参考书：《高分子物理》 何曼君《高分子物理》张开《高分子物理》金日光《高聚物结构与性能》钱人元10基础知识补充11一.分子间作用1.小分子之间的作用固体物质分子能聚集到一起是靠分子之间的相互作用，实质是静电引力，包括范德华力和氢键作用力。1.1范德华力与温度有关，与分子间距离r6成反比。取向力：极性分子之间的作用力

12-21

kJ/mol诱导力：产生于极性分子与非极性分子之间6-12

kJ/mol色散力：产生于非极性分子之间

0.8-8

kJ/mol12131.2

氢键作用力当H 原子与电负性较大的原子X以共价键结合时，H 几乎成为裸露的质子，很容易与另外一个电负性很强的原子Y

上的孤对电子相互吸引，形成一种分子间的力

--氢键力，氢键具有方向性与饱和性。氢键能大于范德华引力，数值范围：21-42

kJ

/

mol。化学键键能数值范围：300-840

kJ

/mol14当两个分子相互作用时，排斥吸引分子之间的作用力是引力与斥力的综合作用结果。15斥力引力r/nm/KJ/mol合力r0r0：为分子之间作用力为零时的距离称范德华距离—0.3-0.5nm（引力=斥力）F:为分子之间的作用力r：为分子之间的距离16当分子之间距离等于范德华距离r0时，分子堆砌得最紧密，是最可几距离。分子之间的距离不可能小于范德华距离堆砌，从图可见当r<r0

时，分子之间斥力迅速增加，小分子固体或液体是不可压缩的，在海底8000米深处水的密度仍是1。尽管r0是小分子间最可几距离，但受外界环境的影响，分子间的距离可处于大于r0的情况。rFrF非极性分子极性分子r*171.3.分子间力对低分子材料性能的影响低分子材料的破坏－分子间力的破坏低分子材料的形变－分子间距离的变化强度柔性18当固体材料受到拉力时，这个力作用在相互作用的分子上，将使分子间距离增加.r0<r<r*,r*

<

r

,分子间引力增加。分子间引力减少至零。rFrr0r*FF硬弹簧 软弹簧 硬弹簧化学键能分子间作用能192.大分子之间的相互作用小分子间的相互作用是以分子为单位产生的作用，而大分子其分子链很长，不可能产生总正负电荷中心的偏移，因此整个大分子不可能产生大偶极子，大分子不能以分子为单位产生分子间作用。大分子的结构单元中常含有极性基团：PAN

---CH2--CH----CNPVA

---CH2—CH---OH20HH~~~~C--C~~~~~H

CN~~~~C~~~OHHδ+21δ-δ+δ-把一个大分子从聚合物中拿出时，要克服这个大分子上所有与其它大分子相互作用的基团间的作用力。大分子间作用大分子间作用是大分子基团间相互作用的加和影响大分子间作用的因素（1）大分子的化学结构按大分子基团极性的高低将大分子分为：22非极性大分子聚乙烯（PE）聚丁二烯（PB）聚四氟乙烯（PTFE）弱极性大分子聚丙烯（PP）聚苯乙烯（PS）聚异戊二烯（PIP）极性大分子聚氯乙烯（PVC）聚酰胺类（PA）聚酯（PET）强极性大分子聚丙烯腈（PAN）聚乙烯醇（PVA）23（2）大分子的聚集态结构相互作用基团数

n相互作用基团间距离

r平行堆砌n

r无规卷曲线团n

r24结论：大分子的极性越大，分子间的作用能越大。大分子间相互作用的基团数越多，分子间的作用能越大。大分子间相互作用的基团距离越近，分子间的作用能越大。2526由于大分子间作用能是基团间相互作用的加和，能相互作用的基团数非常多，使大分子间的作用能远远大于主链化学

键的键能，因此大分子在加热过程中还

未获得足够能量，完全克服其分子间的

作用能时，化学键就已经被破坏，产生

大分子热降解。因此所有高聚物都无气

态，强极性高聚物无液态，如PVA、PAN。3.分子间作用能的描述方法：内聚能与内聚能密度内聚能ΔE：将1mol固体或液体分子移至分子间作用能为零时所需能量。ΔE=ΔH-RT=ΔH

–

PΔVΔH：升华热或蒸发热

RT：膨胀功PΔV：转化为气体所做的膨胀功内聚能密度CED：单位体积的内聚能27高聚物CEDkJ/

Cm3高聚物CEDkJ/

Cm3PE259PVC380PIB272PET477PIP280PA66773PS309PAN991PMMA3472829极性小的大分子间作用力小，内聚能密度小，较小的外力可以把分子间的距离拉大，产生较大形变，具有较大高弹形变，可以作为橡胶使用。作为纤维使用的聚合物，内聚能密度大，分子间作用力大，加工成很细的纤维