高分子物理的ppt

2.高分子物理学研究内容
常用高分子材料的英文名称和缩写



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） 树脂（resin） 热塑性塑料（thermoplastic） 热固性塑料（thermoset/thermosetting plastic） 聚合物（polymer） 大分子（macromolecule/macromole）
高分子物理学研究内容
通过高分子物理学的学习，将其应用于实 际中去，指导科学研究和实践。

例如SBS合成出来后，其耐老化性不佳， 通过结构分析可知：

可采用加氢饱和(saturate)方法，使双键不 存在，从而提高耐老化性。
PA66与弹性体共混制备超韧尼龙


研究了三种弹性体体系(elastomer systems) EPR、 EPDM-g-MAH、PE-g-MAH。PA6/PA66/EPR中发 现EPR的溶度参数(solubility parameter)随着丙烯 组分的减小而升高，但并不能升高到与PA的溶度 参数相同的数值，因而这一体系始终是不相容 (incompatible)的。EPDM、PE接枝MAH后，在与 PA熔融共混(melting blend)的过程中，在界面 (interface)间形成了化学键接。 EPDM—MAH（COOH）….. NH2—PA

聚二甲基硅氧烷（硅橡胶）
CH3 CH3
CH3 CH3
Si—O—Si—O

d.无机高分子(inorganic polymer)：主链上不含碳 元素，也不含有机取代基，完全由其他元素组成。 特点：强度低，耐热性好，处在研究阶段，成链 能力差，分子量下降。
二硫化硅
S Si S Si

氯化磷腈
聚硫
Cl
S……
第一节 高聚物的结构层次

一、高聚物的结构 高聚物的结构：指组成高分子的不同结构单元在
空间的相对排列。包括：链结构及聚集态结构。

பைடு நூலகம்
二、高分子的结构分类
1.链结构(一级结构)：chain structure (first order structure) 2.聚集态结构：aggregation state structure (second order structure)
高 分 子 物 理
《高分子物理》教学大纲


英文名称：Polymer physics 学 分：3.5学分 学 时：56学时 先修课程：有机化学、物理化学、高分 子化学等 教学对象：高分子材料科学与工程系的 本科生
教

学
目
的
本课程是高分子材料科学与工程系本科 生的专业基础课，是学生学习专业课和 从事本专业的科研、生产工作必备的理 论基础。通过本课程的学习，使学生掌 握高分子物理的基本概念和基本规律， 正确地理解和掌握高聚物结构和性能之 间的关系，为分析和解决高分子材料的 科研和生产中的问题提供坚实的理论基 础。


2.双烯类(CH2=CH- CH=CH2) ：双烯类单体聚合时， 情况较复杂。如丁二烯聚合过程中有1，2-加成、 3，4-加成和1，4-加成之区别。 对于1，2-或3，4-加成，可能有头—尾、头—头、 尾—尾三种键合方式；对于1，4-加成，又有顺式 和反式等各种构型。

b.第二层次结构（远层结构long-range structure、链 的构象conformation）：研究单根链的大小及在空 间所存在的各种形状，如伸展链和折叠链等。
helical chain
random coil
folded chain
spinning chain
2.聚集态结构


聚集态结构：分子整体内部结构（大分子、大分 子间的集合排列），是决定聚合物制品使用性能 的主要因素。 在成型加工过程中形成，强烈地受远程结构影响。 主要分为晶态(crystalline)结构、非晶(amorphous) 态结构、取向(orientation)态结构、液晶(liquid crystal)态结构—第三层次结构； 织态结构—高次 结构。

4.教学特点


理论学习：讲授、自学、习题。 实践学习：（实验）观察聚合物晶态结 构(crystalline state structure)，热机械性能 测试，电性能测试等。 学时数减少，由60减至56学时，相应有 些内容，课堂讲授要做相应调整。
第一章 高分子链的结构

基本要求
掌握高分子链结构的组成、构造及其与高聚物性 能之间的关系。 掌握和理解构型、构象、高分子链的内旋转、链 柔性、均方末端距等基本概念。 掌握高聚物链结构、温度、外力等因素对高聚物 柔性的影响，以及完全伸直链、自由结合链、自 由旋转链的均方末端距的计算。
2.常用分类方法 a.碳链高分子(carbon-carbon chain polymer)：分子 主链全部由碳原子以共价键相连接的碳链高分子。 特点：易成型加工，不易水解，但耐热性差。
聚丙烯（PP） 顺丁橡胶（BR）
CH2—CH—CH 2—CH
CH3
CH3
CH2—CH＝ CH—CH 2

b.杂链高分子(heterochain polymer)：分子主链除 含有碳外，还有O、N、S等二种或二种以上的原 子以共价键相连接。

特点：强度高，耐热性好，可作为工程塑料使用， 但易水解。
CH2—O—CH —O—CH —O 2 2
聚甲醛（POM）
聚碳酸酯（PC）
O
CH3
O C—O—C—
CH3
C—O—C
CH3
O
CH3
O

c.元素有机高分子(organic polymer)：主链上不含 碳原子，而由Si、B、P、Al、Ti、As等与O组成， 侧链上含有有机基团。 特点：强度不高，具有无机物的耐热性和有机物 的弹塑性。
教

学
要
求
本课程的教学与学习要侧重于准确理解 高分子物理的基本概念和基本规律；掌 握高聚物结构和性能之间的关系；对重 要的公式要会推导，明确这些公式的物 理意义，结合课后的习题练习和专业实 验加深对高分子物理的理解，使学生能 顺利学习后续的专业课，提高自学与更 新本专业知识的能力。
绪

论
重点包括四个内容 1.什么是高分子物理 2.高分子物理学研究内容 3.高分子物理学教学的内容 4.教学特点
S……
Cl
S—S—S
P＝N—P＝N
Cl
Cl


二、链结构单元的键合顺序
1.单烯类(CH2=CHR)：头—尾、头—头或尾—尾
α-烯烃聚合产物大多为头—尾相接。 头—头结构（head-to-head structure）的形成与聚合温 度（polymerization temperature）有关，聚合温度上升， 头—头结构含量增高。
常用高分子材料的英文名称和缩写



橡胶（rubber) 热塑性弹性体TPE(thermoplastic elastomer) 天然橡胶NR(natural rubber) 合成橡胶SR(synthetic rubber) 顺丁橡胶BR(butadiene rubber) 丁苯橡胶SBR(butadiene-styrene rubber) 丁腈橡胶NBR(acrylonitrile-butadiene rubber) 乙丙橡胶EPR(ethylene-propylene rubber) 氯丁橡胶CR(chloroprene rubber) 丁苯热塑性橡胶SBS(butadiene-styrene thermoplastic rubber)

PA66/EVA3307（70/30）

PA66/EVA3307-g-MAH（ 70/30）
指导分子设计



乙烯和醋酸乙烯酯共聚物EVA和PVC相容性不好， 通过结构分析可知，EVA极性(polarity)低,其溶度 参数δ =8.6，而PVC极性强δPVC=9.4~9.5 。 人们考虑可在EVA结构中引入极性单体(polar monomer)来提高其溶度参数 。杜邦公司于20世纪 70年代推出乙烯-醋酸乙烯酯-CO三元共聚物， Elvaloy741，使其δ = 9.2~9.3，满足了使用要求。 这里高分子物理学知识起到了一个指导分子设计 的作用。
举例



NBR 耐 油 、 BR 耐 寒 、 硅 橡 胶 耐 热 (heat resistance)耐寒、氟橡胶耐热耐溶剂。 PVC为刚性塑料(rigid plastic)。 增塑PVC则柔软而具有弹性(elasticity)，甚 至可以代替橡胶。 性能之差异是由什么所决定的？ 上述内容都是高分子物理学课程所需要解 决的内容。
第二节 高分子链的近层结构


一、单体单元的化学结构
1.全同链与杂链 全同链(isochain)：主链(main chain)由同一种原子 组成 称为全同链。
S—S—S—S
C—C—C—C

杂链(heterochain)：由不同原子组成的主链 称为杂链。
Si—O—Si—O
C—O—C—O


举例




LDPE是具有一定柔性的塑料（但当升高温度时 为弹性）。 HDPE 则 是 具 有 一 定 刚 性 （ rigidity ） 与 柔 性 (flexibility)的塑料。 单根PE柔性好，但聚集态(aggregation state)由于 结晶(crystallize)而变为塑料。 PP的刚性则大于PE（HDPE、LDPE）。 EPR则为弹性(elastic)、耐老化(ageing resistance) 性能优越的橡胶。

第五章 聚合物的松弛与转变（7学时） (relaxation and transition of polymer ) 第六章 橡胶弹性（5学时） (rubber-elasticity) 第七章 聚合物的粘弹性（8学时） (viscoelasticity of polymer) 第八章 聚合物的屈服和断裂（6学时） (yield and rupture of polymer) 第九章 聚合物的流变性（6学时） (rheology of polymer)

1.链结构


链结构：研究一个大分子链中原子或基团的集合 结构，具体又分为： a.第一层次结构（近层结构、化学结构）：高分 子基本结构单元的化学结构与主体化学结构，研 究的范围主要包含高分子的组成和构型 (configuration)两个方面。是决定高聚物基本性能 的主要因素（如密度、黏度和熔点等）。


1.什么是高分子物理



高分子物理形成于20世纪50年代，主要创始人 是P.J.Flory、H.Standinger、M.L.Huggins。 它是研究高聚物结构与性能关系(relation of structure and property)的科学，也是研究大分子 运动规律的科学。 它是在物理学、物理化学、有机结构理论、材 料力学与流体力学等基础上发展起来的一门新 兴学科。 目前很多方面尚不很成熟。





重
点
重点要求掌握构型、构象、均方末端距等基本概 念，高聚物链结构、温度、外力等因素对高聚物 柔性的影响，以及完全伸直链、自由结合链、自 由旋转链的均方末端距的计算。


难
点
正确理解构型、构象等基本概念，高分子链的结 构、内旋转与链柔性之间的关系。区别单链连柔 性与材料的链柔性的不同之处。
3.高分子物理学教学的内容
第一章 高分子链的结构（6学时） (chain structure of polymer) 第二章 聚合物的凝聚态结构（6学时） (aggregation state structure of polymer) 第三章 高分子溶液（7学时） (polymer solution) 第四章 聚合物的分子量和分子量分布（5学时） (molecular weight and molecular weight distribution of polymer)