高分子物理引言

1、2020/8/21,版权所有 长江大学化工学院,高分子物理,主讲教师：曲宝龙,Polymer Physics,TelE-mail:qubaolong_,高分子物理核心-结构决定性能,讨论高分子结构和性能，并通过研究分子运动来揭示结构与性能之间内在联系以及它们的基本规律，从而对高分子合成材料的成型加工、测试、改性提供理论依据。,教材：华幼卿，金日光高分子物理（第四版）化学工业出版社，2013。 参考书： 1何曼君，张红东，陈维孝，等高分子物理（第三版）复旦大学出版社，2006 2杨玉良，胡汉杰跨世纪的高分子科学高分子物理化学工业出版社，2001。 3殷敬华，莫志深现代高

2、分子物理学科学出版社，2001 4刘凤歧，汤心颐高分子物理高等教育出版社，1995 5马德柱，何平笙，徐种德，等高聚物的结构与性能科学出版社，1995,教 材,参 考 书,课程考核,成绩组成：考试成绩70平时成绩30 考试题型：填空题、选择题、名词解释、简答题、计算题。（闭卷） 平时成绩：课后作业、课堂提问、分组讨论、考勤。,课程主要讲授内容,绪论（1学时） 第一章 高分子链的结构（1学时） 第二章 高分子的聚集态结构（1学时） 第三章 高分子溶液（1学时） 第四章 聚合物的分子量和分子量分布（1学时） 第五章 聚合物的分子运动和转变（7学时） 第六章 橡胶弹性（4学时） 第七章 聚合物黏弹性

3、（6学时） 第八章 聚合物的屈服与断裂（8学时） 第九章 聚合物的流变性（2 学时）,高分子物理,绪 论,什么是高分子物理,高分子物理是研究高分子物质物理性质的科学。 主要研究方向包括： 高分子形态 高分子溶液 高分子扩散（动力学） 高分子结晶（热力学和统计力学） 高分子机械性能及其它性能,高分子家族,根据性质和用途,塑料,纤维,橡胶,涂料,粘合剂,功能高分子,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的精细高分子材料。,以聚

4、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。,2. 基本形式为链状分子,1. 由重复单元相互连接构成,3. 足够长,聚合过程赋予高分子三个特征,1. 由重复单元相互连接构成,N1（聚合度） 合成高分子 N102-104 天然高分子 N109-1010 DNA、RNA，Protein,2. 基本形式为链状分子，且具有柔顺性,3.足够长：,聚合物（Polymer)：多到增加或减少几个单元不会影响整体性质（玻璃化温度、热容、密度、热胀系数、模量、拉伸强度、导热系数、折光指数.）,烷烃性质随链长的变化,甲,高分子 Macromolecule分子量高 聚合物 Polymer

5、由小分子单元连接而成 Macromolecule 指相对分子质量很大的一类化合物，它包括天然和合成高分子，也包括无一定重复单元的复杂大分子。 Polymer通常是指有一定重复单元的合成产物，一般不包括天然高分子。,几个概念的区分：,高聚物 High Polymer 分子量约为104106 低分子Low Molecular 分子量低于1000 低聚物（齐聚物）Oligomer 分子量介于上二者之间。 超高分子量聚合物 分子量大于106,几个概念的区分：,高分子物理的重要性,高分子物理是研究高分子的结构、性能及其相互关系的学科，它与高分子材料的合成、加工、改性、应用等都有非常密切的内在联系。 只有

6、掌握了高分子结构与性能之间的内在联系及其规律，才能有的放矢地指导高分子的设计与合成，合理地选择和改性高分子材料，并正确地加工成型各种高分子制品。,高分子物理的重要性,高分子物理课程建立在物理化学、高分子化学、固体物理、材料力学等课程的基础之上； 同时又是高分子材料、高分子成型加工等课程的基础； 是高等学校高分子材料科学与工程专业最重要的专业基础课程之一。,高分子发展史上的重要里程,第0个里程碑：天然高分子的科学应用,1839年，Goodyear,1839年Goodyear的硫化技术,硫化橡胶,不了解结构特点，就要走很多的弯路，更谈不上分子设计,第一个里程碑,Hermann Staudinger

7、 (18811965) （德）,1920年，Staudinger发表了“论聚合”（Uber Polymerization），宣告了高分子科学的诞生。,高分子之父,1932年，出版划时代的巨著高分子有机化合物 1953年获诺贝尔化学奖,第二个里程碑,Paul J. Flory (19101985)（美）,在高分子科学领域，尤其在高分子物理性质与结构的研究方面取得巨大成就，1974年获诺贝尔化学奖 。,高分子科学理论的主要开拓者和奠基人之一,成功地将研究简单体系中有序现象的方法推广到高分子、液晶等复杂体系，1991年获诺贝尔物理学奖,第三个里程碑,Pierre-Gilles de Gennes,1

8、932-2007（法）,皮埃尔吉勒德然那,液晶显示器之父,高分子物理研究对象和内容,合成,结构,应用,性能,高分子化学,分子设计,成型加工,高分子学科：,What? 高分子物理研究对象,讨论高分子结构和性能，并通过研究分子运动来揭示结构与性能之间内在联系以及它们的基本规律，从而对高分子合成材料的成型加工、测试、改性提供理论依据。,高分子物理核心：结构决定性能,how？ 研究方法, 决定结构与性能关系的内在因素在于高分子的运动及相互作用，探索各种环境下高分子各运动单元的运动规律，以分子运动的观点讨论各领域内的实际问题乃是高分子物理学的精髓。, 学习高分子物理的两条主线： 结构决定性能 高分子运动

9、的特点, 高分子化学的主要内容：,Rp,合成工艺条件,产品,机理, 高分子物理主要内容：,高分子物理知识解决实际生产问题：,分子量和分子量分布（高分子性能因素之一）： 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：纤维来说，分布窄些，过宽分子量分布对强度性能不利。 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。,高分子物理知识解决实际生产问题：,凝聚态结构： 结晶使材料强度，脆，韧性 球晶大小也影响性能，球晶不能过大 （a）加成核剂，减小球晶尺寸； （b）改变结晶温度，多成核。, 加工过程： 聚碳酸酯（PC）：改变温度，降低粘度。加工容易。 聚乙烯（PE）：改变螺杆转速，注射压力剪切力降低粘度。,高分子物理知识解决实际生产问题：,本课程讲授的主要内容及结构关系,(1) 高分子的形状和大小 构型和构造 构象 分子量和分子量分布,(3) 高分子溶液, 高分子共混物, 嵌段共聚物 稀溶液-亚浓溶液-浓溶液的热力学,(2) 高分子的聚集态结