10-1 聚合物分子运动的特点--1
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《高分子化学与物理基础》 3/13
本章教学内容、重点及目的
教学内容：聚合物分子运动的特点；玻璃化转变；玻璃 化转变的影响因素。
重点：聚合物分子运动的特点，玻璃化转变的影响因素
教学目的：通过本章的学习，全面理解和掌握高分子运动 的特点、聚合物的玻璃化转变，建立起分子运动与分子结 构和力学状态之间的关系。
0e
T T
E / RT
E - 松弛所需的活化能
activation energy
在较短的时间内观察到松弛现象
在较长的时间内观察到松弛现象
Time-Temperature superposition 时温等效
《高分子化学与物理基础》 12/13
本讲小结
高分子运动的特点
《高分子化学与物理基础》
4/13
本章内容
10.1 聚合物分子运动的特点 10.2 聚合物的力学状态
10.3 玻璃化转变
《高分子化学与物理基础》
5/13
10.1 聚合物分子运动的特点
The characterizations of polymer molecular movements （1） 分子运动的多样性 Varieties of molecular movements （2） 分子运动与时间的关系 多种运动单元
旋转，端基的运动等
•高分子的整体运动——高分子作为整体呈现质量中
心的移动
•晶区内的运动——晶型转变，晶区缺陷的运动，晶
区中的局部松弛模式等
《高分子化学与物理基础》 8/13
(2) 分子运动的时间依赖性
松弛时间（relaxation time ）：在一定的温度或 外场（力场、电场、磁场）的作用下，聚合物从 一种平衡状态通过分子运动到达另外一种与外界 条件相适应的新平衡态所需要的时间。
每个特点的内容
松弛时间的物理意义
《高分子化学与物理基础》
13/13
多种源自文库动方式
Small molecules, =10-8~1010s High molecules, =10-1~10-4s
The relationship with time （3） 分子运动与温度的关系
The relationship with temperature
T
T
6/13
《高分子化学与物理基础》
(1)分子运动的多样性
由于高分子的长链结构，分子量不仅高，还具有多 分散性，此外，它还可以带有不同的侧基，加上支 化，交联，结晶，取向，共聚等，使得高分子的运 动单元具有多重性，或者说高聚物的分子运动有多 重模式。
多种运动单元：如侧基、支链、链节、链段、整个分子链等
小尺寸运动单元 （链段尺寸以下）
多种运动方式
大尺寸运动单元 （链段尺寸以上）
《高分子化学与物理基础》 7/13
分子运动单元
•链段的运动——主链中碳-碳单键的内旋转，使得高
分子链有可能在整个分子不动，即分子链质量中心不变 的情况下，一部分链段相对于另一部分链段而运动。
•链节的运动——比链段还小的运动单元
•侧基的运动——侧基运动是多种多样的，如转动，内
第十章 聚合物的转变与松弛
本章学时数
4学时
《高分子化学与物理基础》
1/13
高分子物理学研究的核心内容
高分子的结构
决定了
高分子的运动方式
宏观表现为
高聚物的性能
《高分子化学与物理基础》
2/13
聚合物物理性质与温度的关系
丁苯Rubber 在低温下变硬
PMMA, T>100C, 变软
尽管结构无变化，但对于不同温度或外力， 分子运动是不同的，物理性质也不同 原因——分子运动不同，聚合物显示不同的物理性质
各种运动单元的运动需要克服内摩擦阻力，不可 能瞬时完成。
《高分子化学与物理基础》
9/13
例：橡皮的拉伸
低分子， 10-8~10-10s, 可以看作是无松弛的瞬时 过程。
x
t
图1 拉伸橡皮的回缩曲线
高分子， 10-1~10+4 s或更大, 可明显观察到松弛过程。
这一过程 称为松弛过程
《高分子化学与物理基础》 10/13
(3)分子运动的温度依赖性
温 度 对 高 分 子 运 动 的 作 用
使运动单元活化
（T升高，分子运动能增加，当克服位垒 后，运动单元处于活化状态。）
使聚合物体积膨胀
（加大了分子间的自由空间） 随T 加快松弛过程，或 者，缩短
《高分子化学与物理基础》 11/13
从活化能的角度来看分子运动
Arrhenius Equation 阿累尼乌斯方程
本章教学内容、重点及目的
教学内容：聚合物分子运动的特点；玻璃化转变；玻璃 化转变的影响因素。
重点：聚合物分子运动的特点，玻璃化转变的影响因素
教学目的：通过本章的学习，全面理解和掌握高分子运动 的特点、聚合物的玻璃化转变，建立起分子运动与分子结 构和力学状态之间的关系。
0e
T T
E / RT
E - 松弛所需的活化能
activation energy
在较短的时间内观察到松弛现象
在较长的时间内观察到松弛现象
Time-Temperature superposition 时温等效
《高分子化学与物理基础》 12/13
本讲小结
高分子运动的特点
《高分子化学与物理基础》
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本章内容
10.1 聚合物分子运动的特点 10.2 聚合物的力学状态
10.3 玻璃化转变
《高分子化学与物理基础》
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10.1 聚合物分子运动的特点
The characterizations of polymer molecular movements （1） 分子运动的多样性 Varieties of molecular movements （2） 分子运动与时间的关系 多种运动单元
旋转，端基的运动等
•高分子的整体运动——高分子作为整体呈现质量中
心的移动
•晶区内的运动——晶型转变，晶区缺陷的运动，晶
区中的局部松弛模式等
《高分子化学与物理基础》 8/13
(2) 分子运动的时间依赖性
松弛时间（relaxation time ）：在一定的温度或 外场（力场、电场、磁场）的作用下，聚合物从 一种平衡状态通过分子运动到达另外一种与外界 条件相适应的新平衡态所需要的时间。
每个特点的内容
松弛时间的物理意义
《高分子化学与物理基础》
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多种源自文库动方式
Small molecules, =10-8~1010s High molecules, =10-1~10-4s
The relationship with time （3） 分子运动与温度的关系
The relationship with temperature
T
T
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(1)分子运动的多样性
由于高分子的长链结构，分子量不仅高，还具有多 分散性，此外，它还可以带有不同的侧基，加上支 化，交联，结晶，取向，共聚等，使得高分子的运 动单元具有多重性，或者说高聚物的分子运动有多 重模式。
多种运动单元：如侧基、支链、链节、链段、整个分子链等
小尺寸运动单元 （链段尺寸以下）
多种运动方式
大尺寸运动单元 （链段尺寸以上）
《高分子化学与物理基础》 7/13
分子运动单元
•链段的运动——主链中碳-碳单键的内旋转，使得高
分子链有可能在整个分子不动，即分子链质量中心不变 的情况下，一部分链段相对于另一部分链段而运动。
•链节的运动——比链段还小的运动单元
•侧基的运动——侧基运动是多种多样的，如转动，内
第十章 聚合物的转变与松弛
本章学时数
4学时
《高分子化学与物理基础》
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高分子物理学研究的核心内容
高分子的结构
决定了
高分子的运动方式
宏观表现为
高聚物的性能
《高分子化学与物理基础》
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聚合物物理性质与温度的关系
丁苯Rubber 在低温下变硬
PMMA, T>100C, 变软
尽管结构无变化，但对于不同温度或外力， 分子运动是不同的，物理性质也不同 原因——分子运动不同，聚合物显示不同的物理性质
各种运动单元的运动需要克服内摩擦阻力，不可 能瞬时完成。
《高分子化学与物理基础》
9/13
例：橡皮的拉伸
低分子， 10-8~10-10s, 可以看作是无松弛的瞬时 过程。
x
t
图1 拉伸橡皮的回缩曲线
高分子， 10-1~10+4 s或更大, 可明显观察到松弛过程。
这一过程 称为松弛过程
《高分子化学与物理基础》 10/13
(3)分子运动的温度依赖性
温 度 对 高 分 子 运 动 的 作 用
使运动单元活化
（T升高，分子运动能增加，当克服位垒 后，运动单元处于活化状态。）
使聚合物体积膨胀
（加大了分子间的自由空间） 随T 加快松弛过程，或 者，缩短
《高分子化学与物理基础》 11/13
从活化能的角度来看分子运动
Arrhenius Equation 阿累尼乌斯方程