高分子物理第四章ppt课件
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高分子物理---第四章 分子量与分子量分布
i i i
T c0
n Kc n M
1 Kc Mn
(2) 气相渗透法(VPO)
通过间接测定溶 液的蒸气压降低 值而得到溶质分 子量的方法
溶液
T 溶剂
T Ax2 n2 x2 n1 n2
n2 n2 n1 n2 , x2 n m/ M n1 n2 n1
假设聚合物试样的总质量为m, 总物质的量为 n, 不同分子量分子的种类用 i 表示
第 i 种分子的分子量为Mi , 物质的量为ni , 质量为mi , 在整 个试样中所占的摩尔分数为xi , 质量分数为wi , 则有:
n
i
n,
m
i
m
ni xi , n
mi wi m
x
i
1,
P
P T
1 1 T , P P T
V G G 1 而 n n P n V1 T 1 T P T P 1 T 1
M Mn
2 n
2
2 M n M w 1 n Mn
多分散系数: Polydispersity coefficient Mw Mz d or d Mn Mw
单分散 Monodispersity
4.2 聚合物分子量的测定
化学方法 Chemical method 端基分析法 热力学方法 Thermodynamics method 沸点升高，冰点降低，蒸气压下降，渗透压法 光学方法 Optical method 光散射法 动力学方法 Dynamic method 粘度法，超速离心沉淀 及扩散法 其它方法 Other method 电子显微镜，凝胶渗透色谱法
T c0
n Kc n M
1 Kc Mn
(2) 气相渗透法(VPO)
通过间接测定溶 液的蒸气压降低 值而得到溶质分 子量的方法
溶液
T 溶剂
T Ax2 n2 x2 n1 n2
n2 n2 n1 n2 , x2 n m/ M n1 n2 n1
假设聚合物试样的总质量为m, 总物质的量为 n, 不同分子量分子的种类用 i 表示
第 i 种分子的分子量为Mi , 物质的量为ni , 质量为mi , 在整 个试样中所占的摩尔分数为xi , 质量分数为wi , 则有:
n
i
n,
m
i
m
ni xi , n
mi wi m
x
i
1,
P
P T
1 1 T , P P T
V G G 1 而 n n P n V1 T 1 T P T P 1 T 1
M Mn
2 n
2
2 M n M w 1 n Mn
多分散系数: Polydispersity coefficient Mw Mz d or d Mn Mw
单分散 Monodispersity
4.2 聚合物分子量的测定
化学方法 Chemical method 端基分析法 热力学方法 Thermodynamics method 沸点升高，冰点降低，蒸气压下降，渗透压法 光学方法 Optical method 光散射法 动力学方法 Dynamic method 粘度法，超速离心沉淀 及扩散法 其它方法 Other method 电子显微镜，凝胶渗透色谱法
高分子物理-第04讲-高分子链的构象统计(选讲)
h
2 0
无扰状态下高分子链的均方末端距
(1) 调节溶剂-链节的作用屏蔽掉体积排除 效应 和链节-链节相互作用
达到θ温度的溶液, 测得无扰尺寸<h2>0 (2) 降低高分子链的分辨率—消除局部的刚性和旋 转的不自由将链重新划分成有效链节数 Z 和有效 链节长度 b (Kuhn segment)
粗粒化
近程相互作用: short range interaction
主要是指高分子链节中非键合原子间的相互作用, 主要表现为 斥力.
近程相互排斥作用的存在，使得实际高分子的内旋转受阻， 使之在空间可能有的构象数远远小于自由内旋转的情况。受 阻程度越大，构象数就越少，高分子链的柔性就越小。
远程相互作用: long-distance interaction
高分子链占有体积及交联和氢键等都属于远程相 互作用。
2、均方末端距的计算(统计算法)
三维空间无规行走: 在三维空间中
z
任意行走, 从坐标原点出发, 第跨一
步距离为 l, 走了 n 步后, 出现在离
原点距离为 h 处的小体积单元
dxdydz内的几率大小为 W(h)----末
O
端距的几率密度, 则均方末端距可 x
用下式表示:
h2 Whh2dh 0
dV=dxdydz y
对于一维无规行走, 有: W xdxe2x2dx
对于三维无规行走, 有:
23
2nl2
3
W x,y,zdxdydz e2x2y2z2dxdydz
对于无规行走, 末端距向量在三个坐标轴上的投影的平均 值相等, 且 x2 y2 z2 h23
Review 链段(segment)
单个化学键能否独立运动(旋转)？ 不能。因为高分子的链式结构，一个键运动必然 要带动附近其它键一起运动。也就是说，一个键 在空间的取向与相连的其它键有关。
2024年高分子物理课件
2024年高分子物理课件一、教学内容本课件依据《高分子物理》教材第四章“高分子链的结构与性质”展开，详细内容包括：4.1节高分子链的构造与形态，4.2节高分子链的柔性与刚性，4.3节高分子链的缠结与解缠结，以及4.4节高分子链的力学性能。
二、教学目标1. 理解并掌握高分子链的基本结构、形态及性质；2. 学会分析高分子链的柔性与刚性的影响因素，理解其与高分子材料性能的关系；3. 了解高分子链缠结与解缠结现象，及其在高分子材料加工中的应用。
三、教学难点与重点教学难点：高分子链的柔性与刚性的判断，高分子链缠结与解缠结现象的理解。
教学重点：高分子链的结构与性质的关系，以及这些性质对高分子材料性能的影响。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件，高分子模型；2. 学具：笔记本电脑，高分子物理教材。
五、教学过程1. 导入：通过展示日常生活中常见的高分子材料，引发学生对高分子物理性质的思考，导入新课；2. 新课内容：（1）介绍高分子链的基本构造与形态，通过模型展示，加深学生的理解；（2）讲解高分子链的柔性与刚性的影响因素，结合例题进行分析；（3）阐述高分子链的缠结与解缠结现象，通过实践情景引入，解释其在高分子材料加工中的应用；（4）分析高分子链的力学性能，引导学生思考其与实际应用的联系。
3. 随堂练习：针对新课内容，设计练习题，巩固所学知识；六、板书设计1. 高分子链的结构与性质；2. 高分子链的柔性与刚性；3. 高分子链的缠结与解缠结；4. 高分子链的力学性能。
七、作业设计1. 作业题目：（1）简述高分子链的基本构造与形态；（2）分析高分子链柔性与刚性的影响因素；（3）解释高分子链缠结与解缠结现象及其在高分子材料加工中的应用。
2. 答案：（1）见教材4.1节；（2）见教材4.2节；（3）见教材4.3节。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生对高分子链的结构与性质的理解程度，以及教学方法的有效性；2. 拓展延伸：鼓励学生课后查阅资料，了解高分子物理在高分子材料领域的最新研究进展，提高学生的科学素养。
高分子物理第四章 聚合物的分子量与分子量分布
分子量分布宽度
第四章
聚合物的分子量与分子量分布
分子量分布宽度
分布宽度指数
n M Mn
2
2
n
Mw Mn 1 M n
2
w M Mw
2
M
2 n
2 w
Mz 1 M w
Mw
Mn
Mz
Mw
通过实验分别测定若 干不同浓度溶液的渗 透压π，用π/c对c作图 将得到一条直线，直 线的截距可以求得分 子量 M ，斜率可以求 得A2
第四章
聚合物的分子量与分子量分布
例
某种聚合物溶解于两种溶剂 A和B中，渗透压π和浓度c的关系
如图所示： （1）当浓度c→0时，从纵轴上的截距能得到什么？ （2）从曲线A的初始直线段的斜率能得到什么？ （3）B是良溶剂还是劣溶剂？
w
i
i
1
mi ni M i
分子量的 离散分布
第四章
聚合物的分子量与分子量分布
聚合物的分子量
间断函数变为连续函数，则得到
分子量的 微分分布
第四章
聚合物的分子量与分子量分布
聚合物的分子量
聚合物分子量积分分布函数
分子量的 积分分布
第四章
聚合物的分子量与分子量分布
聚合物的分子量
微分分布函数与积分分布函数之间的关系
大粒子Zimm图
第四章
聚合物的分子量与分子量分布
聚合物分子量的测定方法
粘度法－粘均分子量
液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏 性，粘度是表征液体流动时受内摩擦的大小。 高分子的 分子量影响 其在溶液中 的形态，进 而会影响其 溶液粘度。 第四章 聚合物的分子量与分子量分布
高分子物理课件(复旦大学)chapter4-5
Small temperature difference resulting from different rates of solvent evaporation from and condensation onto droplets of pure solvent and polymer solution maintained in an atmosphere of solvent vapor. Measure Mn that is too lower for membrane osmometry method. Measurement chamber of VPO (Pasternak, 1962). Droplets of solvent Calibrated with low-molecular weight and polymer solution are placed, with standards: a relative method. the aid of hypodemic syringer, on the Quasi-steady-state phenomena. care must be “beads” of two theristors used as taken to standarize such variables as time of temperature-sensing elements and measurement and drop size between maintained in equilibrium with an calibration and sample measurement. atmosphere of solvent vapor.
Mw Mn
(3) Z-average molecular weight (Z均分子量):
高分子物理——第四章 非晶态高聚物ppt课件
（三）、高弹态（橡胶态）
力学特征：ε大，约100 ～1000%，且可逆，具有高 弹性，称为高弹态，为聚合物特有的力学状态。模量 E进一步降低—聚合物表现出橡胶行为
分子运动：链段运动
热运动 T↑，链段运动能力↑，ε↑
外力
蜷曲
伸长
T↑，大分子链柔性↑，回复力↑
高弹形变是链段运动使分子发生伸展
卷
曲的宏观表现。回复力↑（抵抗形变）与流动性
主价力（键合力、化学键）
共价键：由原子的价电子自旋配对所形成的键。 C—C（键长、键角、键能） 特点：不离解、不导电、具饱和性和方向性 类型：σ键（电子云分布轴对称）、π键（对称面）
离子键：由正负离子间的静电相互作用形成的键。 金属键：由金属原子的价电子和金属离子晶格之间的相互作用
形成的
次价力（此作用力的大小决定了分子结构，特别是聚集态结构）
⑴ 静电力（取向力，偶极力） 极性分子、永久偶极间
其大小同
偶极矩
↑而↑
定向程度 有关 ↑而↑
T
↑而↓
它是极性分子间的主要作用力
12～21KJ/mol
⑵ 诱导力 永久偶极与由它引起的诱导偶极间 极性分子之间或极性分子与非极性分子间 6～12KJ/mol
⑶ 色散力 是分子瞬时偶极之间的相互作用力 存在于一切分子中（极性或非极性），具加和
4、晶区的分子运动：晶区缺陷的运动、 晶型转变、晶区的局部松驰、折叠链的“手 风琴式”运动。
2，3，4都是小尺寸运动，或者微布朗运动
在上述运动单元中，对聚合物的物理和力 学性能起决定性作用的、最基本的运动单元， 只有1、2两种，而整链运动是通过各链段协同 运动来实现的，因此链段运动最为重要，高分 子材料的许多性能都与链段运动有直接关系。
《高分子物理》ppt课件
为和结晶形态。
PART 03
高分子溶液性质与行为
REPORTING
高分子溶解过程及热力学
溶解过程的描述
高分子在溶剂中的溶解过程包括 溶胀、溶解两个阶段，涉及高分 子链的舒展和溶剂分子的渗透。
热力学参数
溶解过程中的热力学参数如溶解 度参数、混合焓、混合熵等，决 定了高分子与溶剂的相容性。
温度对溶解的影响
区别
高分子化学主要关注高分子的合成和化学反应，而高分子物理则更加关注高分子的结构和性质以及它们之间的关 系。此外，两者的研究方法也有所不同，高分子化学通常采用化学合成和表征的方法，而高分子物理则采用各种 物理手段和理论计算的方法。
PART 02
高分子链结构与形态
REPORTING
高分子链化学结构
可用于制造透明或半透明的制品，如透明塑料、有机玻璃等。
03
耐候性
高分子材料在户外环境下能够保持其光学性能的稳定，不易发生黄变、
老化等现象，因此适用于户外光学器件的制造。
耐热性、耐腐蚀性等其他性能
耐热性
高分子材料通常具有较好的耐热性，能够在高温环境下保持其物理和化学性质的稳定。这 使得高分子材料在高温工作环境中具有广泛的应用，如汽车发动机部件、电子电器部件等 。
特定的高分子结构、温度区间和浓度等。
液晶态性能
液晶态高分子具有优异的光学性能、力学性能（如高强度和高模量 ）以及热稳定性等。
PART 05
高分子材料力学性能与增 强机制
REPORTING
拉伸、压缩、弯曲等力学性能
拉伸性能
高分子材料在拉伸过程中，经历弹性变形、屈服、应变硬化和断裂 等阶段，表现出不同的力学行为。
核磁共振法研究分子运动状态
PART 03
高分子溶液性质与行为
REPORTING
高分子溶解过程及热力学
溶解过程的描述
高分子在溶剂中的溶解过程包括 溶胀、溶解两个阶段，涉及高分 子链的舒展和溶剂分子的渗透。
热力学参数
溶解过程中的热力学参数如溶解 度参数、混合焓、混合熵等，决 定了高分子与溶剂的相容性。
温度对溶解的影响
区别
高分子化学主要关注高分子的合成和化学反应，而高分子物理则更加关注高分子的结构和性质以及它们之间的关 系。此外，两者的研究方法也有所不同，高分子化学通常采用化学合成和表征的方法，而高分子物理则采用各种 物理手段和理论计算的方法。
PART 02
高分子链结构与形态
REPORTING
高分子链化学结构
可用于制造透明或半透明的制品，如透明塑料、有机玻璃等。
03
耐候性
高分子材料在户外环境下能够保持其光学性能的稳定，不易发生黄变、
老化等现象，因此适用于户外光学器件的制造。
耐热性、耐腐蚀性等其他性能
耐热性
高分子材料通常具有较好的耐热性，能够在高温环境下保持其物理和化学性质的稳定。这 使得高分子材料在高温工作环境中具有广泛的应用，如汽车发动机部件、电子电器部件等 。
特定的高分子结构、温度区间和浓度等。
液晶态性能
液晶态高分子具有优异的光学性能、力学性能（如高强度和高模量 ）以及热稳定性等。
PART 05
高分子材料力学性能与增 强机制
REPORTING
拉伸、压缩、弯曲等力学性能
拉伸性能
高分子材料在拉伸过程中，经历弹性变形、屈服、应变硬化和断裂 等阶段，表现出不同的力学行为。
核磁共振法研究分子运动状态
高分子材料-4.5-热塑性弹性体PPT课件
刚开始时塑料为分(Fen)散相，橡胶为连续相。
但在共混过程中，橡胶同时发生原位交联反 应，黏度大增，在机械剪切力的作用下被破 碎为微米级的颗粒。
同时发生相反转，塑料变为连续相，交联橡 胶微粒变为分散相。
TPV是Thermal Plastic Vulcanizate的缩写。
.
17
第十七页，共二十四页。
玻璃态或结晶态微区
.
5
第五页，共二十四页。
<二> 苯乙烯类热塑性弹性体
1. 结构
苯乙烯类嵌段(Duan)共聚型热塑性弹性体的结构 为S—D—S。S为聚苯乙烯硬段(Duan)，其聚集微 区为无定形玻璃态——物理交联点；D为聚 二烯烃或氢化聚丁二烯软段，在常温下处于 高弹态——提供橡胶的弹性。
.
6
第六页，共二十四页。
第十二页，共二十四页。
<四> 乙(Yi)烯-α辛烯共聚物（POE）
1. 结构
该TPE是通过乙烯与α辛烯在茂金属催化剂的 催化下定向共聚而成的具有特殊序列分布的 聚烯烃共聚物。POE是Poly Olefin Elastomer 的缩写。
辛烯共聚单体在分子链上均匀分布，其质量 含量>20%wt。
引入少量的辛烯破坏了与其相邻接碳的结晶， 形成具有无定形结构的弹性区；剩余的PE微 结晶区起到了物理交联点的作用。
POE主链的特性与PE类似——良好的绝缘性 和耐化学介质性。
但耐热性低——永久变形大。
通过部分交联的方式可以改善。
3. 应用
替代EPDM制(Zhi)造防水卷材，耐候性更好。
微交联的POE——高耐候电缆料。
POE还可以用于PP的增韧改性剂，在提高韧 性的同时，强度和加工性牺牲较小。
但在共混过程中，橡胶同时发生原位交联反 应，黏度大增，在机械剪切力的作用下被破 碎为微米级的颗粒。
同时发生相反转，塑料变为连续相，交联橡 胶微粒变为分散相。
TPV是Thermal Plastic Vulcanizate的缩写。
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第十七页，共二十四页。
玻璃态或结晶态微区
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第五页，共二十四页。
<二> 苯乙烯类热塑性弹性体
1. 结构
苯乙烯类嵌段(Duan)共聚型热塑性弹性体的结构 为S—D—S。S为聚苯乙烯硬段(Duan)，其聚集微 区为无定形玻璃态——物理交联点；D为聚 二烯烃或氢化聚丁二烯软段，在常温下处于 高弹态——提供橡胶的弹性。
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第六页，共二十四页。
第十二页，共二十四页。
<四> 乙(Yi)烯-α辛烯共聚物（POE）
1. 结构
该TPE是通过乙烯与α辛烯在茂金属催化剂的 催化下定向共聚而成的具有特殊序列分布的 聚烯烃共聚物。POE是Poly Olefin Elastomer 的缩写。
辛烯共聚单体在分子链上均匀分布，其质量 含量>20%wt。
引入少量的辛烯破坏了与其相邻接碳的结晶， 形成具有无定形结构的弹性区；剩余的PE微 结晶区起到了物理交联点的作用。
POE主链的特性与PE类似——良好的绝缘性 和耐化学介质性。
但耐热性低——永久变形大。
通过部分交联的方式可以改善。
3. 应用
替代EPDM制(Zhi)造防水卷材，耐候性更好。
微交联的POE——高耐候电缆料。
POE还可以用于PP的增韧改性剂，在提高韧 性的同时，强度和加工性牺牲较小。
高分子化合物的合成第4章 高聚物的物理状态
增塑剂,增强剂, 增塑剂,增强剂,填充剂等
玻璃态 Tg 高弹态 Tf 粘流态 ε%
T
四,聚合物的粘性流动
1,高聚物粘性流动的特点: ,高聚物粘性流动的特点: 链的流动通过分段位移实现. ⑴ 链的流动通过分段位移实现. 高分子流动为非牛顿流动. ⑵ 高分子流动为非牛顿流动.
牛顿定律: 牛顿定律:σ=ηγ
PS用二乙烯苯交联. 用二乙烯苯交联. 用二乙烯苯交联
结束
结束
�
剪切力 粘度 剪切速率
η为常量,不随σ和γ而变,为理想粘性液体流动, 为常量,不随 和 而变 为理想粘性液体流动, 而变, 为常量 符合牛顿定律,称为牛顿流体. 符合牛顿定律,称为牛顿流体. 低分子液体流动服从牛顿定律; 低分子液体流动服从牛顿定律; 高分子液体流动不服从牛顿定律,为非牛顿流体.原因. 高分子液体流动不服从牛顿定律,为非牛顿流体.原因.
第四章
§4-1 - §4-2 - §4-3 -
高聚物的物理力学状态
线型无定形高聚物的物理力学状态 结晶高聚物的物理力学状态 体型高聚物的物理力学状态
§4-1 -
线性无定形高聚物的物理力学状态
一,线型无定形高聚物ε-T变化曲线 线型无定形高聚物 变化曲线
ε%
Tg 玻璃化温度 Tf 粘流温度 Td 分解温度 Tx 脆化温度
⑶分子量越大, Tf越高,变化明显. 分子量越大, 越高,变化明显.
橡胶态使用温度范围扩大. 橡胶态使用温度范围扩大. 考虑塑性加工性,希望分子量小些好:粘度小,易成型. 考虑塑性加工性,希望分子量小些好:粘度小,易成型.
⑷外力越大,作用时间越长,粘流温度降低. 外力越大,作用时间越长,粘流温度降低.
⑶高分子流动时伴有高弹形变. 高分子流动时伴有高弹形变.
玻璃态 Tg 高弹态 Tf 粘流态 ε%
T
四,聚合物的粘性流动
1,高聚物粘性流动的特点: ,高聚物粘性流动的特点: 链的流动通过分段位移实现. ⑴ 链的流动通过分段位移实现. 高分子流动为非牛顿流动. ⑵ 高分子流动为非牛顿流动.
牛顿定律: 牛顿定律:σ=ηγ
PS用二乙烯苯交联. 用二乙烯苯交联. 用二乙烯苯交联
结束
结束
�
剪切力 粘度 剪切速率
η为常量,不随σ和γ而变,为理想粘性液体流动, 为常量,不随 和 而变 为理想粘性液体流动, 而变, 为常量 符合牛顿定律,称为牛顿流体. 符合牛顿定律,称为牛顿流体. 低分子液体流动服从牛顿定律; 低分子液体流动服从牛顿定律; 高分子液体流动不服从牛顿定律,为非牛顿流体.原因. 高分子液体流动不服从牛顿定律,为非牛顿流体.原因.
第四章
§4-1 - §4-2 - §4-3 -
高聚物的物理力学状态
线型无定形高聚物的物理力学状态 结晶高聚物的物理力学状态 体型高聚物的物理力学状态
§4-1 -
线性无定形高聚物的物理力学状态
一,线型无定形高聚物ε-T变化曲线 线型无定形高聚物 变化曲线
ε%
Tg 玻璃化温度 Tf 粘流温度 Td 分解温度 Tx 脆化温度
⑶分子量越大, Tf越高,变化明显. 分子量越大, 越高,变化明显.
橡胶态使用温度范围扩大. 橡胶态使用温度范围扩大. 考虑塑性加工性,希望分子量小些好:粘度小,易成型. 考虑塑性加工性,希望分子量小些好:粘度小,易成型.
⑷外力越大,作用时间越长,粘流温度降低. 外力越大,作用时间越长,粘流温度降低.
⑶高分子流动时伴有高弹形变. 高分子流动时伴有高弹形变.
高分子物理课件04影响强度的因素
六种塑料片、板材材料 的分析、选择、改性
项目4的六组任务
第一组：请为生产发泡片材的生产选择合适的高分子材料； 第二组：请为医药泡罩包装片材的生产选择合适的高分子材料； 第三组：选择透光率＞80%的板材的高分子材料； 第四组：请为目前应用广泛的橱柜、卫浴等板材的生产选择合适的高分
子材料； 第五组：请为汽车刹车片的生产选择合适的高分子材料； 第六组：请为冰箱内衬的生产选择合适的高分子材料。
●低分子掺合物对强度的影响
规律：低分子物质的加入降低强度。 ▓实例 增塑剂的加入能降低强度，但对脆性高聚物而言，少量加入低分子物质，能 增加强度。
●交联对强度的影响
规律：适度交联增加强度，但过度交联，在受外力时，会使应力集中而降低强度。 ▓实例 橡胶的适度交联。
●结晶对强度的影响
规律：结晶度增大，强度增加，但材料变硬而脆；大球晶增加断裂伸长率，小球晶增 加韧性、强度、模量等；纤维状晶体强度大于折叠晶体强度。
子项目汇报结果记录 子项目结果评价记录 项目4参考性结论
项目互相检查意见 项目引深部分案例 项目总结的能力、知识 项目4课件及图片展示
项目5内容及要求展示
项目运行二 项目运行三 新项目布置
项目委托方代表评价时 所做的记录及补充意见
项目互查意见；项目引 深部分的记录；能力、 知识等总结记录
对新项目所提出的要求 及注意事项等的记录
增塑加入，有利于应力松弛和蠕变发展。
▓实例
12
3
4
总
伸
5
长 6
7
蠕 变 量
100℃ 22℃
t
高聚物材料蠕变曲线
T一定：1→7减小应力
0.04 蠕 变 0.03 量
100℃
高分子物理课件
高分子物理课件一、教学内容本节课主要围绕《高分子物理》教材第四章“高分子链的结构与性质”展开，详细内容包括：高分子链的构象统计理论，高分子链的弹性理论，以及高分子链的溶液行为。
二、教学目标1. 掌握高分子链的构象统计理论，理解高分子链的形态与力学性能之间的关系。
2. 熟悉高分子链的弹性理论，了解高分子材料的弹性性能。
3. 了解高分子链的溶液行为，理解高分子溶液的性质及其应用。
三、教学难点与重点教学难点：高分子链的构象统计理论和弹性理论的理解。
教学重点：高分子链的构象统计理论，高分子链的弹性性能，以及高分子溶液的行为。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件，高分子物理实验视频，黑板，粉笔。
2. 学具：教材，笔记本，计算器。
五、教学过程1. 导入：通过展示高分子材料在日常生活中的应用，引导学生思考高分子材料的性质与结构之间的关系。
2. 新课内容：a. 讲解高分子链的构象统计理论，结合PPT课件，分析高分子链形态与力学性能之间的关系。
b. 介绍高分子链的弹性理论，通过实例讲解，让学生了解高分子材料的弹性性能。
c. 讲解高分子链的溶液行为，通过实验视频，让学生观察高分子溶液的性质。
3. 随堂练习：针对新课内容，设计相关习题，让学生当堂巩固所学知识。
六、板书设计1. 高分子链构象统计理论2. 高分子链弹性理论3. 高分子链溶液行为七、作业设计1. 作业题目：a. 解释高分子链构象统计理论的基本原理。
b. 简述高分子链弹性理论的主要观点。
c. 分析高分子溶液的性质及其应用。
2. 答案：八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生对高分子链构象统计理论和弹性理论的理解程度，以及高分子溶液行为的掌握情况。
2. 拓展延伸：引导学生通过查阅资料，了解更多关于高分子物理的知识，如高分子结晶、高分子复合材料等。
同时，鼓励学生关注高分子科学领域的前沿动态，提高学术素养。
重点和难点解析1. 高分子链构象统计理论的理解。
2. 高分子链弹性理论的讲解。
高分子物理第四章
条件、改进材料的性能，制备具有预期性能的聚合物材料具有重要意义。
聚合物的聚集态结构主要包括非晶态结构、晶态结构、 液晶态结构和取向态结构。
一、分子间力
• 范德华力、氢键
范德华力 （作用范围：0.3-0.5nm）
静电力 12-21kJ/mol
诱导力 6-12kJ/mol
色散力 1-8kJ/mol
氢键
量热法
红外光谱法
量热法：DSC热焓法
12 8 Endotherm (W/g) Heating 5C/min 97.2J/g 保 温 94.4J/g Cooling 5C/min
4
0
-4
-8 0 50
100 150 200 Temperature (C)
250
聚丙烯的熔融与结晶
DSC测得聚丙烯结晶峰热94.4J/g，由表知聚丙烯的熔融热
n=? 表4-8
lg(-ln(1﹣Vc))=nlgt+lgk
尼龙－1010等温结晶图
几种聚合物的等温结晶曲线， 可以看到明显的次期结晶
按修正式与Avrami原式作图
3、温度效应
天然橡胶的结晶速度与温度的关系
几种结晶聚合物的Tm和Tmax（K） 聚合物 天然橡胶 Tm 301 Tmax 249 Tmax / Tm 0.83
413
290 348
0.83
0.83 0.77
聚对苯二酸乙二酯
540
453
0.84
结晶速度同温度的关系
4、其它影响因素 • 链结构 结构简单 对称性高 规整性好 取代基位阻 小 链柔性好 结晶速率↗
• 分子量
聚甲基硅苯硅氧烷的分子量对球晶 生长速度的影响
局限：未描述晶体的具体形状 未提出晶体间的关系
高分子物理 第四章PPT课件
计算其四种平均分子量。 假设： 0.5
16
解:
Mni
niMi 14 015 016 03.715 0
ni
111
i
M w i m m iM ii 1 14 0 1 1 1 4 0 4 1 0 1 1 5 1 0 5 1 0 5 1 0 1 1 6 1 0 5 0 150 9 .1 150
第四章 聚合物的分子量及分子量分布
1
教学内容
第一节 聚合物分子量的统计意义 多分散性、 平均分子量种类 、多分散系数
第二节 聚合物分子量的测定方法 端基分析法、溶液依数性法、渗透压法、气相渗透法、黏度法
第三节 聚合物分子量分布的测定方法 分子量分布的研究方法、分子量分布的表示方法、分子量 分布的数据处理、GPC
W (n)
a
bc
M104
➢样品A纺丝性能：不好 ➢样品B纺丝性能：好一些 ➢样品C纺丝性能：最好，因为分子量15～20万占比例很大
5
第 一节 聚合物分子量的统计意义
6
4.1.1 聚合物分子量的多分散性（Polydispersity）
1, 聚合物分子量的特点:
✓分子量在103-107之间 ✓分子量不均一，具有多分散性 聚合物是由聚合度不等的同系物的混合物组成，所以聚合物的分 子量只有统计的意义 测定的分子量只是统计平均值，若要确切描述高聚物分子量，除 了给出统计平均值外，还应给出分子量分布
Can be Obtained from anionic polymerization 阴离子聚合
( = 1.03 ~ 1.05 近似为单分散)
19
(2) 越大，说明分子量越分散 (3) 不同反应的产物
缩聚产物： ＝２ 自由基产物： ＝３～５ 有支化： ＝２５～３０ （ＰＥ）
16
解:
Mni
niMi 14 015 016 03.715 0
ni
111
i
M w i m m iM ii 1 14 0 1 1 1 4 0 4 1 0 1 1 5 1 0 5 1 0 5 1 0 1 1 6 1 0 5 0 150 9 .1 150
第四章 聚合物的分子量及分子量分布
1
教学内容
第一节 聚合物分子量的统计意义 多分散性、 平均分子量种类 、多分散系数
第二节 聚合物分子量的测定方法 端基分析法、溶液依数性法、渗透压法、气相渗透法、黏度法
第三节 聚合物分子量分布的测定方法 分子量分布的研究方法、分子量分布的表示方法、分子量 分布的数据处理、GPC
W (n)
a
bc
M104
➢样品A纺丝性能：不好 ➢样品B纺丝性能：好一些 ➢样品C纺丝性能：最好，因为分子量15～20万占比例很大
5
第 一节 聚合物分子量的统计意义
6
4.1.1 聚合物分子量的多分散性（Polydispersity）
1, 聚合物分子量的特点:
✓分子量在103-107之间 ✓分子量不均一，具有多分散性 聚合物是由聚合度不等的同系物的混合物组成，所以聚合物的分 子量只有统计的意义 测定的分子量只是统计平均值，若要确切描述高聚物分子量，除 了给出统计平均值外，还应给出分子量分布
Can be Obtained from anionic polymerization 阴离子聚合
( = 1.03 ~ 1.05 近似为单分散)
19
(2) 越大，说明分子量越分散 (3) 不同反应的产物
缩聚产物： ＝２ 自由基产物： ＝３～５ 有支化： ＝２５～３０ （ＰＥ）
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▲理论依据
1
CED 12 E2
V
F H T S 0
即：溶解混合过程△S＞0；△H越小越好。
H N N 11 xx2 N 2 N V 1 V E 1 1 1 2 V E 2 2 1 2 2N N 11 xx2 N 2 N V 1 122
§4-2 溶剂的选择
O －＋ ＋－
H ＋－ －＋
～C－N－R－C－N～
H O ＋－ －＋ －＋ ＋－
O H －＋
＋－ ＋－
－＋
～N－C－R－N－C～
H ＋－ －＋
O －＋ ＋－
O －＋ ＋－
H ＋－ －＋
～C R N～
NO
H O ＋－
－＋ －＋
＋－
O －＋ ＋－
H ＋－ －＋
～C R N～ NO
H O ＋－
－＋
＋－
－＋
进而，△H取决于溶剂与溶质的溶解度参数之差值，两者越接近△H越小，溶解越容 易。
▲实际选择时的差值范围
12 1.5
▲溶解度参数的计算 查表法：教材P46表4-1、表4-2 结构式推算法：按下式查教材P48表5-25计算
1
2
E ' 2 V2
混合溶剂溶解度参数的计算：
1 Vii
§4-3 高聚物稀溶液的黏度
溶剂化原则：带有亲电子基团的高聚物溶解于带给电子基团的溶剂之中；或 带有给电子基团的高聚物溶解于带亲电子基团的溶剂之中
常见的亲电子基团：－SO2OH，－COOH，－C6H4OH，＝CHCN， ＝CHNO2，＝CHONO2，－CHCl2，－CH2Cl
常见的给电子基团：－CH2NH2，C6H4NH2，－CON(CH3)2， －CONH－，＝PO4，－CH2COCH2－， －CH2OCOCH－，－CH2－O－CH2－
一、高聚物稀溶液黏度的表示方法
高聚物稀 溶液黏度
相对黏度(relative viscosity) 增比黏度(specific viscosity)
r
0
SP00 r 1
比浓黏度(reduced viscosity) SP r 1
CC
特性黏度(intrinsic viscosity) Lim SPLilm nr
应用：
聚电解质的应用
絮凝剂 分散剂 催化剂 增稠剂
泥浆处理剂 土壤增湿剂
§4-2 溶剂的选择
极性相似原则 溶剂选择的原则 溶剂化原则
溶解度参数相近原则
一、极性相似原则
规律：极性高聚物溶解于极性溶剂中，非极性高聚物溶解于非极性溶剂中；极性大 高聚物溶解于极性大的溶剂中，极性小的高聚物溶解于极性小的溶剂中。
实例：天然橡胶、丁苯橡胶溶解于苯、石油醚、甲苯、已烷及卤素衍生物等溶剂中； 聚苯乙烯溶解于苯、乙苯等溶剂中； 聚乙烯醇溶解于水、乙醇等溶剂中； 聚丙烯腈溶解于二甲基甲酰胺溶剂中； 有机玻璃溶解于氯仿、丙酮等溶剂中。
§4-2 溶剂的选择
二、溶剂化原则
溶剂化作用：溶质与溶剂接触时，溶剂分子对溶质分子相互作用，此作用大 于溶质分子之间的作用时，则溶质分子彼此分离而溶解于溶剂分子的作用。
▲相对分子质量对黏度的影响 依据：马克-豪温方程
KM
线团体积 大分子链
§4-3 高聚物稀溶液的黏度
K取决于测试温度和相对分子质量范围和常数； α取决于溶液中高分子链形态的参数。
§4-1 聚物溶解过程比小分子物质慢得多 高聚物溶液黏度比同浓度的小分子溶液黏度大得多 高聚物溶液的一般特性 多数高聚物溶液才都能抽丝成膜 多数高聚物溶液遵循宏观热力学规律
●聚电解质（polyelectrolyte）溶液
定义：含有可离解基团的一类高聚物所组形成的液体。
EAA
不
分子A
EBB
混 溶
分子B
EAB
体 系
EAA≥EAB
EBB≥EAB
§4-2 溶剂的选择
▲内聚能与内聚能密度 类似上图中的EAA、EBB表示分子间的力或相互作用能称为内聚能。表示物质分子通过 相互作用而聚集到一起的能量。 单位体积的内聚能称为内聚能密度，一般用CED表示。 ▲内聚能密度与溶解度参数（solubility parameter） 内聚能密度的平方根称为溶解度参数，一般用δ表示。
高聚物溶液是高聚物溶解于低分子溶剂中形成的二元或多元体系组成的真溶液。 高聚物稀溶液浓度：＜5% 高聚物浓溶液浓度：＞5%
§4-1 高聚物的溶解
一、非晶态高聚物的溶解
条件：足够量的溶剂、一定量的非晶态高聚物 溶解过程与运动单元：
溶胀
无限溶胀
运动单元：溶剂分子 部分链段
运动单元：溶剂分子 大部分链段 少部分高分子链
C 0 C
C
§4-3 高聚物稀溶液的黏度
二、影响稀溶液黏度的因素
▲高聚物分子链在稀溶液中的状态 其中被高分子线团“束缚”溶剂、“自由”溶剂的数量及线 团在稀溶液中的三维运动和链段运动均影响高聚物稀溶液 的黏度。 ▲浓度对黏度的影响 趋势：浓度越高黏度越大
SPK'2C
C
lnr K''2C
C
“束缚”溶剂 “自由”溶剂
第四章 高聚物溶液与相对分子质量
学习目的与要求
掌握高聚物的溶解过程，溶剂的选择方法，高聚物稀溶 液黏度的表示方法与影响因素；
了解高聚物的分级和相对分子质量分布曲线的测定； 了解聚电解质溶液的特点与应用； 了解高聚物浓溶液的实际应用。
§4 高聚物溶液与相对分子质量
高聚物溶液的应用
高聚物溶液的应用
黏合剂 涂料 油漆 纺丝 增塑 高聚物的分级 高聚物相对分子质量测定 絮凝剂 分散剂 泥浆处理剂
实例：硝酸纤维素溶解含有－ONO2而溶解于丙酮、丁酮、等溶剂中，也溶 解于醇、醚混合溶剂之中；
三乙酸纤维素溶解于二氯乙烷、三氯乙烷等溶剂中。
§4-2 溶剂的选择
三、溶解度参数相近原则（内聚能密度相近原则）
原则：当 EAB≥EAA EAB≥EBB 时，体系为混溶体系。
EAA
混
溶 体
EAB
系 EBB
EAB≥EAA EAB≥EBB
运动单元：溶剂分子 所有链段 所有高分子链
溶解过程的关键步骤是溶胀（swelling）。其中无限溶胀就是溶解，而有限 溶胀是不溶解。
§4-1 高聚物的溶解
二、结晶高聚物的溶解
▲非极性结晶高聚物的溶解 条件：足够量的溶剂，一定量的非极性结晶高聚物，并且加热到熔点附近。 溶解过程：加热使结晶熔化，再溶胀、溶解。 ▲极性溶解高聚物的溶解 条件：足够量的强极性溶剂，一定量的极性结晶高聚物，不用加热。 溶解过程：通过溶剂化作用溶解。