高分子物理復(fù)習(xí)提綱

1、1《高分子物理》復(fù)習(xí)提綱《高分子物理》復(fù)習(xí)提綱緒言緒言一、高分子科學(xué)的發(fā)展?1920年德國(guó)Staudinger提出高分子長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的概念。?此前1839年美國(guó)人Goodyear發(fā)明了天然橡膠的硫化。1855年英國(guó)人Parks制得賽璐璐塑料（硝化纖維樟腦）。1883年法國(guó)人dedon發(fā)明了人造絲。?H.Staudinger（德國(guó)）：把“高分子”這個(gè)概念引進(jìn)科學(xué)領(lǐng)域，并確立了高分子溶液的粘度與分子量之間的關(guān)系（1953年諾貝爾獎(jiǎng)）?K.Zie

2、gler（德國(guó)）G.Natta（意大利）：乙烯、丙烯配位聚合（1963年諾貝爾獎(jiǎng)）?P.J.Fly(美國(guó))：聚合反應(yīng)原理、高分子物理性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系（1974年諾貝爾獎(jiǎng)）。?H.Shirakawa白川英樹(日本)AlanG.MacDiar(美國(guó))AlanJ.Heeger(美國(guó))：對(duì)導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展（2000年諾貝爾獎(jiǎng)）。?deGennes(法國(guó))：軟物質(zhì)、普適性、標(biāo)度、魔梯。?我國(guó)高分子領(lǐng)域的中科院院士：王葆仁、馮新德、何炳林、錢

3、保功、錢人元、于同隱、徐僖、王佛松、程镕時(shí)、黃葆同、卓仁禧、沈家驄、林尚安、沈之荃、白春禮、周其鳳、楊玉良、曹鏞等。二、高分子物理的教學(xué)內(nèi)容高分子物理揭示高分子材料結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系及其基本規(guī)律。高分子結(jié)構(gòu)是高分子性能的基礎(chǔ)，性能是高分子結(jié)構(gòu)的反映，高分子的分子運(yùn)動(dòng)是聯(lián)系結(jié)構(gòu)與性能的橋梁。?高分子的結(jié)構(gòu)：包括高分子鏈的結(jié)構(gòu)和凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，鏈段、柔順性、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：力學(xué)性能、熱、電、

4、光、磁等性能。力學(xué)性能包括拉伸性能、沖擊性能等、強(qiáng)度、模量、銀紋、剪切帶等概念。?高分子的分子運(yùn)動(dòng)：玻璃化轉(zhuǎn)變、粘彈性、熵彈性、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)、結(jié)晶熱力學(xué)、熔點(diǎn)、流變性能、粘度、非牛頓流體。?原理與方程：WLF方程、Avrami方程、橡膠狀態(tài)方程、Boltzmann疊加原理等等。三、高聚物結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：①高分子的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)：高分子是由很大數(shù)目（103—105數(shù)量級(jí)）的結(jié)構(gòu)單元組成的。②高分子鏈的柔順性：高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生非常多的構(gòu)象，可以使

5、主鏈彎曲而具有柔性。③高分子結(jié)構(gòu)具有多分散性，不均一性。④高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性：晶態(tài)、非晶態(tài)，球晶、串晶、單晶、伸直鏈晶等。四、高分子材料的性能特點(diǎn)：①質(zhì)量輕、相對(duì)密度小。LDPE（0.91），PTFE（2.2）②良好的電性能和絕緣性能。③優(yōu)良的隔熱保溫性能，絕熱材料。④良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐化學(xué)溶劑。⑤良好的耐磨、耐疲勞性質(zhì)。橡膠是輪胎不可替代的材料。⑥良好的自潤(rùn)滑性，用于軸承、齒輪。⑦良好的透光率。樹脂基光盤，樹脂鏡片。⑧寬范圍內(nèi)

6、的力學(xué)可選擇性。⑨原料來(lái)源廣泛、加工成型方便、適宜大批量生產(chǎn)、成本低。⑩漂亮美觀的裝飾性。可任意著色、表面修飾。五、高分子材料的主要應(yīng)用：?高分子材料遍及各行各業(yè)，各個(gè)領(lǐng)域：包裝、農(nóng)林牧漁、建筑、電子電氣，交通運(yùn)輸、家庭日用、機(jī)械、化工、紡織、醫(yī)療衛(wèi)生、玩具、文教辦公、家具等等。六、如何學(xué)好高分子物理？六、如何學(xué)好高分子物理？六、如何學(xué)好高分子物理？注重培養(yǎng)自學(xué)能力，獨(dú)立思考，在課堂上和課外能夠認(rèn)真看書。高分子物理內(nèi)容多、概念多、頭緒多

7、、關(guān)系多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)多。緊緊抓住高聚物結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系這一主線，將分子運(yùn)動(dòng)作為聯(lián)系結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的橋梁，把零散的知識(shí)融合成一體。第1章高分子鏈的結(jié)構(gòu)高分子鏈的結(jié)構(gòu)一、概念：構(gòu)型與構(gòu)象、鏈段、均方末端距、等規(guī)立構(gòu)與無(wú)規(guī)立構(gòu)、順反異構(gòu)、鏈的柔順性、高斯鏈、無(wú)擾尺寸二、知識(shí)點(diǎn)：1.1組成與構(gòu)造3?CC單鍵可以內(nèi)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生不同構(gòu)象，含n個(gè)C的主鏈有3n3個(gè)構(gòu)象，為天文數(shù)字。?高分子鏈的柔順性是高分子鏈能夠改變構(gòu)象的性質(zhì)。單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)是導(dǎo)致高分子鏈呈

8、蜷曲構(gòu)象的原因，也是高分子鏈的柔順性的原因。?高分子鏈的分子結(jié)構(gòu)不同，取代基的大小和極性不同，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘不同，其柔順性不同。2、鏈段、鏈段：高分子鏈中的單鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)互相牽制，一個(gè)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)，要帶動(dòng)附近一段鏈一起運(yùn)動(dòng)，這樣每個(gè)鍵不成為一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元。我們把由若干個(gè)鍵組成的一段鏈作為一個(gè)獨(dú)立動(dòng)動(dòng)的單元，稱為“鏈段”。它是高分子物理學(xué)中的一個(gè)重要概念。提升：高分子的鏈段之間可以自由旋轉(zhuǎn)，無(wú)規(guī)取向。鏈段是高分子鏈中能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的最小單位。3、高分子

9、鏈的柔順性※分子結(jié)構(gòu)對(duì)鏈的柔順性的影響※分子結(jié)構(gòu)對(duì)鏈的柔順性的影響a、主鏈結(jié)構(gòu)：ⅰ主鏈全由單鍵組成的，一般柔性較好，如PE，PP，乙丙橡膠等。柔順性：－Si－O－－C－O－－C－C－，原因：①氧原子周圍無(wú)原子，內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易。②SiO鍵長(zhǎng)長(zhǎng)，鍵角大，內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易。如硅橡膠。ⅱ由于芳雜環(huán)不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所以主鏈中含有芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)的高分子鏈柔順性較差差，如PPO。ⅲ主鏈含有孤立雙鍵，柔順性較好。原因雙鍵鄰近的單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘減小，雙鍵旁的單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易

10、，可作為橡膠；但共軛雙鍵的高分子鏈不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，聚苯、聚乙炔是剛性分子。b、取代基ⅰ側(cè)其極性：極性強(qiáng)，作用力大，內(nèi)旋轉(zhuǎn)困難，柔順性差。如：PANPVCPPⅱ非極性：①體積大小，空間位阻愈大，柔順性差。如：PSPVC聚12二氯乙烯。③取代基分布：聚偏氯乙烯PVC，前者對(duì)稱，分子偶極矩小，內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易。c、支化、交聯(lián)：①支鏈長(zhǎng)，柔順性下降。②交聯(lián)，含硫2%～3%橡膠，柔順性影響不大，含硫30%以上影響鏈柔順性。d、分子間作用力：分子間作用力大，

11、柔順性差：氫鍵（剛性）極性非極性。e、分子鏈的規(guī)整性：如PE，易結(jié)晶，柔性表現(xiàn)不出來(lái)，呈現(xiàn)剛性。f、外界因素：（1）溫度：溫度升高，內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易，柔順性增加。如PS室溫塑料，加熱100℃以上呈柔性。順式聚1，4丁二烯溫室溫橡膠，120℃剛硬。（2）外加作用速度：速度緩慢時(shí)柔性，速度作用快，高分子鏈來(lái)不及通過內(nèi)旋轉(zhuǎn)而改變構(gòu)象，分子鏈僵硬。（3）溶劑：影響高分子的形態(tài)4、高分子鏈的構(gòu)象統(tǒng)計(jì)：均方末端距或根均方末端距表征其分子尺寸。a.“自由連

12、接鏈”“自由連接鏈”：鍵長(zhǎng)固定，鍵角不固定，內(nèi)旋轉(zhuǎn)自由的理想模型。；自由連接鏈完全伸直:hmax=nl22lnhjf?22max2lnh?注意：n是單鍵個(gè)鍵數(shù)（n=2DP－1），不是聚合度DP，也不是分子式中的n。b“自由旋轉(zhuǎn)鏈”“自由旋轉(zhuǎn)鏈”：鍵長(zhǎng)固定，鍵角固定（109.5），內(nèi)旋轉(zhuǎn)自由的理想模型。；“自由旋轉(zhuǎn)鏈”完全伸直2r2l2nhf?22max2l32nh?c“等效自由連接鏈”“等效自由連接鏈”（高斯鏈）（高斯鏈）：將一個(gè)原來(lái)含

13、有n個(gè)鍵長(zhǎng)為l、鍵角θ固定、旋轉(zhuǎn)不自由的鍵組成的鏈，視為一個(gè)含有Z個(gè)長(zhǎng)度b的鏈段組成的等效自由連接鏈。；hmax=Zb22Zbho?在θ的條件下，測(cè)的無(wú)擾尺寸。對(duì)聚乙烯實(shí)驗(yàn)測(cè)：，Z=n10，b8.3l。2ohoh2??注意：高斯鏈（等效自由連接鏈）：真實(shí)存在，以鏈段為研究對(duì)象；自由連接鏈（或自由旋轉(zhuǎn)鏈）：理想模型，以化學(xué)鍵為研究對(duì)象。高斯密度分布函數(shù)：W(x、y、z)=；223he????????????2223nl???無(wú)擾尺寸：選擇