武汉理工大学：高分子物理 教学大纲

《高分子物理》教学大纲

课程名称：高分子物理/Polymer Physics

先修课程：有机化学、物理化学、高分子化学

适用专业：高分子材料与工程

开课学院（部）、系(教研室)：材料学院高分子材料与工程系

一、课程的性质与任务

本课程为学科基础课。本课程主要讲授高分子物理的基础理论及研究方法。包括高分子的链结构、聚集态结构、高分子溶液、聚合物的分子量及分子量分布、高分子的松驰与转变、高分子的力学性能、高分子的电学性能以及其它基本性质。从分子运动和热转变出发，系统地阐述高分子的结构与性能的关系，为高分子材料设计、加工、应用提供理论基础。

通过本课程的学习，要求学生能够分析高分子的结构，根据高分子的结构分析高分子材料可能具有的性能，掌握高分子的结构与性能的对应关系。

二、课程的教学内容、基本要求

（一）教学内容

1.高分子链的结构：高分子链的组成和构造，构象。

2.聚合物的聚集态结构：聚合物的晶态结构，聚合物的非晶态结构，聚合物的液晶态结构，聚合物的取向态结构，高分子合金的织态结构。

3.高分子溶液：聚合物的溶解，高分子溶液热力学性质，高分子溶液的相平衡，共混聚合物相容性的热力学，聚合物的浓溶液。

4.聚合物分子量和分子量分布：聚合物分子量的统计意义，分子量的测定方法，聚合物分子量分布测定方法。

5.聚合物的转变与松弛：聚合物分子运动的特点，玻璃化转变，结晶行为和结晶动力学，结晶热力学。

6.橡胶弹性：形变类型及物理量，橡胶弹性的热力学分析，橡胶弹性的统计理论，唯象理论，影响因素，热塑性弹性体。

7.聚合物的粘弹性：粘弹性现象，粘弹性的数学描述，时温等效原理，粘弹性的研究方法，动态力学谱研究聚合物的分子结构和分子运动。

8.聚合物的屈服和断裂：聚合物的塑性和屈服，聚合物的断裂和强度及影响因素。

9.聚合物的流变性：牛顿流体和非牛顿流体，聚合物的切粘度，聚合物熔体的弹性表现，拉伸粘度。

10.聚合物电学性能、热性能、光等性能以及表面与界面性能。

（二）基本要求

1.正确理解下列基本概念和它们之间的内在联系：

构型与构象；高分子的链柔性和高斯链；晶体结构的基本概念；液晶与取向；旋节线机理与成核生长机理；分子量与分子量分布；普适校正曲线；粘度的表示方法；聚合物的转变与松弛；UCST和LCST；高分子电解质；凝胶和冻胶；特性粘度和表观粘度；第二维利系数；聚合物分子运动的特点；松弛时间和高聚物的次级松驰；玻璃化温度和高聚物的粘流温度；次级松弛和物理老化；法向应力效应；Avrami指数；应力松弛和蠕变；时温等效原理和位移因子；滞后现象和力

学损耗；高弹形变和强迫高弹形变；高聚物的介电系数和介电损耗；屈服应力和冷拉；脆化温度；银纹和剪切屈服；剪切流动和拉伸流动。

2.正确理解晶体和溶液中的构象，晶态结构、非晶态结构的结构模型，相分离的热力学和动力学，聚合物分子量的统计意义，唯象理论，聚合物的电、热、光以及其它性能；重点掌握高分子链的构象统计，高分子溶液的晶格理论和稀溶液理论，玻璃化转变理论，结晶动力学和热力学，橡胶弹性的热力学分析及统计理论，聚合物的断裂理论，粘弹性的数学描述及其温度依赖性。

3.牢固掌握聚合物结构与性能之间的关系：聚合物结构与聚合物链柔性的关系，结构与聚合物液晶行为的关系，分子结构对聚合物玻璃化转变温度、粘流温度的影响扩调节途径，聚合物熔点和结晶速度的影响因素，聚合物结构对聚合物粘弹行为的影响及调节方法，聚合物的塑料与屈服，聚合物熔体的弹性表现，聚合物结构对其强度、韧性、流变性能、电学性能、光学性能、热性能等基本性能的影响以及提高聚合物性能的因素。

4.熟练运用下列测试方法：

聚合物晶态结构、液晶态结构、取向结构的测定方法；聚合物分子量及其分子量分布的测定方法，玻璃化转变温度、熔点的测定方法；粘弹性的研究方法，力学性的测试表征；聚合物熔体切粘度的测定方法；聚合物电、热、光、表面与界面性能的测定方法。

5.了解新型的高分子技术：高分子液晶，高分子合金的形态结构；聚合物的增塑、溶液纺丝、凝胶与冻胶；热塑性弹性体等。

该课程采用闭卷考试和平时成绩相结合的方式进行考核。其中闭卷考试80%，平时成绩20%。

（三）课程内容的重点、难点

1.高分子链的结构

重点：聚合物的高分子链的组成和构造，高分子链的柔顺性。

难点：聚合物的构型与构象

2.聚合物的聚集态结构

重点：聚合物的晶态结构，液晶态结构，取向结构

难点：聚合物的结晶形态、结构模型，结晶度和晶粒尺寸；分子结构对液晶行为的影响

3.高分子溶液

重点：聚合物的溶解过程，聚合物能力的判定，高分子溶液的相平衡

难点：柔性链高分子溶液的热力学性质

4.聚合物分子量和分子量分布

重点：聚合物分子量的统计意义

难点：分子量的测定方法，聚合物分子量分布测定方法

5.聚合物的转变与松弛

重点：聚合物分子运动的特点，玻璃化转变理论及其影响因素

难点：Avrami方程和球晶生长的线速度方程，结晶热力学

6.橡胶弹性

重点：橡胶弹性的统计理论，唯象理论，交联与结构的影响，热塑性弹性体

难点：橡胶弹性的热力学分析

7.聚合物的粘弹性

重点：聚合物的粘弹性现象，粘弹性的研究方法，动态力学谱研究聚合物的分子结构和分子运动

难点：聚合物粘弹性的力学模型，时温等效原理

8.聚合物的屈服和断裂

重点：聚合物的应力-应变曲线，聚合物的屈服判据，聚合物的断裂和强度及影响因素

难点：聚合物的断裂理论

9.聚合物的流变性

重点：聚合物的粘性流动，聚合物切粘度的影响因素，聚合物熔体的弹性表现

难点：聚合物切粘度影响因素的分子解释

三、课程改革与特色

本课程使用多媒体教学；

课程中增加虚拟实验，对关键难点与实验采用动画模拟，使学生增加难点的感性认识；

考试采用闭卷考试与平时成绩的结合，提高学生的学习兴趣。闭卷考试试卷由系统从题库中自动组卷，并考核试卷的科学性与客观性。

四、推荐教材及参考书

推荐教材：《高分子物理》，主编：金日光、华幼卿，化学工业出版社，2005年

参考书：《高分子物理》，主编：何曼君、陈维孝等，复旦大学出版社，1990年