高分子物理課件1

1、高 分 子 物 理1高分子物理教學(xué)大綱英文名稱：Polymer physics學(xué) 分：3.5學(xué)分 學(xué) 時(shí)：56學(xué)時(shí) 先修課程：有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、高分 子化學(xué)等教學(xué)對(duì)象：高分子材料科學(xué)與工程系的本科生21.什么是高分子物理2.高分子物理學(xué)研究內(nèi)容3.高分子物理學(xué)教學(xué)的內(nèi)容4.教學(xué)特點(diǎn)緒 論31.什么是高分子物理高分子物理形成于20世紀(jì)50年代，主要?jiǎng)?chuàng)始人是P.J.Flory、H.Standinger、M.L.Huggins。它是研究高聚物結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系(relation of structure and property)的科學(xué)，也是研究大分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。它是在物理學(xué)、物理化學(xué)、有機(jī)結(jié)構(gòu)理

2、論、材料力學(xué)與流體力學(xué)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。目前很多方面尚不很成熟。42.高分子物理學(xué)研究內(nèi)容5常用高分子材料的英文名稱和縮寫高密度聚乙烯HDPE（ high density polyethylene）低密度聚乙烯LDPE （low density polyethylene）聚丙烯PP（ polypropylene）聚氯乙烯PVC （polyvinyl chloride）聚苯乙烯PS （polystyrene） ABS （acrylonitrile-butadiene-styrene）樹脂（resin）熱塑性塑料（thermoplastic）熱固性塑料（thermoset/therm

3、osetting plastic）聚合物（polymer）大分子（macromolecule/macromole）6常用高分子材料的英文名稱和縮寫橡膠（rubber)熱塑性彈性體TPE(thermoplastic elastomer)天然橡膠NR(natural rubber)合成橡膠SR(synthetic rubber)順丁橡膠BR(butadiene rubber)丁苯橡膠SBR(butadiene-styrene rubber)丁腈橡膠NBR(acrylonitrile-butadiene rubber)乙丙橡膠EPR(ethylene-propylene rubber)氯丁橡膠CR(

4、chloroprene rubber)丁苯熱塑性橡膠SBS(butadiene-styrene thermoplastic rubber)7舉例LDPE是具有一定柔性的塑料（但當(dāng)升高溫度時(shí)為彈性）。HDPE則是具有一定剛性（rigidity）與柔性(flexibility)的塑料。單根PE柔性好，但聚集態(tài)(aggregation state)由于結(jié)晶(crystallize)而變?yōu)樗芰?。PP的剛性則大于PE（HDPE、LDPE）。EPR則為彈性(elastic)、耐老化(ageing resistance)性能優(yōu)越的橡膠。8舉例NBR耐油、BR耐寒、硅橡膠耐熱(heat resistance)

5、耐寒、氟橡膠耐熱耐溶劑。 PVC為剛性塑料(rigid plastic)。增塑PVC則柔軟而具有彈性(elasticity)，甚至可以代替橡膠。性能之差異是由什么所決定的？上述內(nèi)容都是高分子物理學(xué)課程所需要解決的內(nèi)容。9通過高分子物理學(xué)的學(xué)習(xí)，將其應(yīng)用于實(shí)際中去，指導(dǎo)科學(xué)研究和實(shí)踐。例如SBS合成出來后，其耐老化性不佳，通過結(jié)構(gòu)分析可知：可采用加氫飽和(saturate)方法，使雙鍵不存在，從而提高耐老化性。10PA66與彈性體共混制備超韌尼龍研究了三種彈性體體系(elastomer systems) EPR、EPDM-g-MAH、PE-g-MAH。PA6/PA66/EPR中發(fā)現(xiàn)EPR的溶度參

6、數(shù)(solubility parameter)隨著丙烯組分的減小而升高，但并不能升高到與PA的溶度參數(shù)相同的數(shù)值，因而這一體系始終是不相容(incompatible)的。EPDM、PE接枝MAH后，在與PA熔融共混(melting blend)的過程中，在界面(interface)間形成了化學(xué)鍵接。EPDMMAH（COOH）. NH2PA11指導(dǎo)分子設(shè)計(jì)乙烯和醋酸乙烯酯共聚物EVA和PVC相容性不好，通過結(jié)構(gòu)分析可知，EVA極性(polarity)低,其溶度參數(shù)=8.6，而PVC極性強(qiáng)PVC=9.49.5 。人們考慮可在EVA結(jié)構(gòu)中引入極性單體(polar monomer)來提高其溶度參數(shù) 。

7、杜邦公司于20世紀(jì)70年代推出乙烯-醋酸乙烯酯-CO三元共聚物，Elvaloy741，使其= 9.29.3，滿足了使用要求。這里高分子物理學(xué)知識(shí)起到了一個(gè)指導(dǎo)分子設(shè)計(jì) 的作用。123.高分子物理學(xué)教學(xué)的內(nèi)容第一章 高分子鏈的結(jié)構(gòu)（6學(xué)時(shí)） (chain structure of polymer)第二章 聚合物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)（6學(xué)時(shí)） (aggregation state structure of polymer)第三章 高分子溶液（7學(xué)時(shí)） (polymer solution)第四章 聚合物的分子量和分子量分布（5學(xué)時(shí)） (molecular weight and molecular weigh

8、t distribution of polymer)13第五章 聚合物的松弛與轉(zhuǎn)變（7學(xué)時(shí)） (relaxation and transition of polymer )第六章 橡膠彈性（5學(xué)時(shí)） (rubber-elasticity)第七章 聚合物的粘彈性（8學(xué)時(shí)） (viscoelasticity of polymer)第八章 聚合物的屈服和斷裂（6學(xué)時(shí)） (yield and rupture of polymer)第九章 聚合物的流變性（6學(xué)時(shí)） (rheology of polymer)144.教學(xué)特點(diǎn)理論學(xué)習(xí)：講授、自學(xué)、習(xí)題。實(shí)踐學(xué)習(xí)：（實(shí)驗(yàn)）觀察聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)(crystall

9、ine state structure)，熱機(jī)械性能測(cè)試，電性能測(cè)試等。學(xué)時(shí)數(shù)減少，由60減至56學(xué)時(shí)，相應(yīng)有些內(nèi)容，課堂講授要做相應(yīng)調(diào)整。15第一章 高分子鏈的結(jié)構(gòu)基本要求掌握高分子鏈結(jié)構(gòu)的組成、構(gòu)造及其與高聚物性能之間的關(guān)系。掌握和理解構(gòu)型、構(gòu)象、高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)、鏈柔性、均方末端距等基本概念。掌握高聚物鏈結(jié)構(gòu)、溫度、外力等因素對(duì)高聚物柔性的影響，以及完全伸直鏈、自由結(jié)合鏈、自由旋轉(zhuǎn)鏈的均方末端距的計(jì)算。16第一節(jié) 高聚物的結(jié)構(gòu)層次一、高聚物的結(jié)構(gòu) 高聚物的結(jié)構(gòu)：指組成高分子的不同結(jié)構(gòu)單元在空間的相對(duì)排列。包括：鏈結(jié)構(gòu)及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。二、高分子的結(jié)構(gòu)分類1.鏈結(jié)構(gòu)(一級(jí)結(jié)構(gòu))：chain structure (first order structure)2.聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：aggregation state structure (second order structure)171.鏈結(jié)構(gòu)鏈結(jié)構(gòu)：研究一個(gè)大分子鏈中原子或基團(tuán)的集合結(jié)構(gòu)，具體又分為：a.第一層次結(jié)構(gòu)（近層結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)）：高分子基本結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)與主體化學(xué)結(jié)構(gòu)，研究的范圍主要包含高分子的組成和構(gòu)型(configuration)兩個(gè)方面。是決定高聚物基本性能的主要因素（如