《高分子物理》电子版教案

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绪言

一、高分子科学的发展

? 高分子（Macromolecular，Polymer）概念的形成和高分子科学的出现始于20世纪20

年代。

? 1920年德国Staudinger提出高分子长链结构的概念。 ? 此前1839年美国人Goodyear发明了天然橡胶的硫化。 ? 1855年英国人Parks制得赛璐璐塑料（硝化纤维+樟脑）。 ? 1883年法国人de Chardonnet发明了人造丝。

从1920年提出高分子概念后，才开始了合成高分子科学的时代，相继合成了尼龙（聚酰胺）、氯丁橡胶、丁苯橡胶、PS、PVC、PMMA等高分子材料，形成了高分子化学研究领域。随着大批新合成高分子的出现，解决对这些聚合物的性能表征，以及了解其结构对性能的影响等问题也随之变得必要了，从20世纪50年代，随时物理学家、化学家的投入，形成了高分子物理研究领域；同时高分子材料制品已向人们生活各个领域迅速扩展，高分子材料的成型加工原理，反应工程的研究日渐产生，形成了“高分子工程”研究领域。 ? 至今与高分子有关的诺贝尔奖获得者：

配位聚合：Ziegler（德国）、Natta（意大利），flory（美），导电高分子Heeger，MacDiarmid(美)，白川英树（日本），de Gennes(法国)。

? 我国高分子研究起步于50年代初，唐敖庆于1951年，发表了首篇高分子科学论文（高

分子统计理论）：

? 长春应化所1950年开始合成橡胶工作（王佛松，沈之荃）； ? 冯新德50年代在北大开设高分子化学专业。

? 何炳林50年代中期在南开大学开展了离子交换树脂的研究。

? 钱人元于1952年在应化所建立了高分子物理研究组，开展了高分子溶液性质研究。 ? 钱保功50年代初在应化所开始了高聚物粘弹性和辐射化学的研究。 ? 徐僖先生50年初成都工学院（四川大学）开创了塑料工程专业。 ? 王葆仁先生1952年上海有机所建立了PMMA、PA6研究组。

我国在高分子化合物高分子领域的研究不断发展壮大。

（我国与高分子领域的中科院院士：唐敖庆、钱人元、钱保功、徐僖、冯新德、何炳林、 王佛松，沈之荃、王佛松、程溶时、黄葆同、白春礼、周其凤等） ? 高分子工业：采取引进－消化－再引进的道路。

? 高分子科学：则采取追踪、学习国外的过程中不断发展。

? 我国在世界上少数几项工业技术：如三无镍系顺丁橡胶领域技术和降温母料生产衣用

PP纤维技术是国际上开创性研究工作。

? 我们要注重学习，学科交叉，独立思考，独立创新，为国民经济发展，解决生产实践中

存在的学术问题，提高高分子科学的学术水平。

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二、高分子物理的教学内容

1、高分子的结构：包括高分子的结构，凝聚态结构。

2、高分子材料的性能：粘弹性，是高分子材料最可贵之处。 3、高分子的分子运动：联系结构与性能的桥梁。

高分子结构是高分子性能的基础，性能是高分子运动的基础反映。

三、高分子科学的发展

? 展望21世纪，高分子材料将进入高度发展时期。

? 高分子材料遍及各行各业，各个领域：包装、农林牧渔、建筑、电子电气，交通运

输、家庭日用、机械、化工、纺织、医疗卫生、玩具、文教办公、家具等等。 ? 加工成型方便：（流动性好，熔点低）可用注塑、挤出、吹塑、压延、发泡、压缩

等大批量生产。

? 落后方面：企业规模小，机械加工落后，能耗大；科研与生产脱钩。 ? 应用：

农业用塑料：①薄膜（透光性、强度、耐老化性），②灌溉用管 建筑工业：①给排水管PVC、HDPE

②塑料门窗：配方，制品设计，加工工艺（挤出温度，螺杆转速，剪切力） ③涂料油漆：强度，溶解性。 ④复合地板，家具（人造木材），壁纸，地板革 ⑤PVC天花板

包装工业：塑料薄膜：PE、PP、PS、PET、PA等 中空容器：PET、、PE、PP等 泡沫塑料：PE、PU等

汽车工业：塑料件、仪表盘、保险机、油箱内饰件、坐垫等

军工工业：固体燃料、低聚物、复合纤维等，质轻（飞机和火箭） 电气工业：绝缘材料（导热性、电阻率）等、导电主分子 电子：通讯光纤、电缆、电线等，光盘、手机、电话 家用电器：外壳、内胆（电视、电脑、空调）等 医疗卫生中的应用：

人工心脏、人工脏器、人工肾（PU）、人工肌肉、（智能型凝胶）输液管、血袋、注

射器、可溶缝合浅药物释放。

防腐工程：耐腐蚀性，防腐结构材料。

（水管阀门）PTFE：230～260‵长期工作，适合温度高腐蚀严重的产品。 功能高分子： 液晶高分子、 降解高分子聚二氧化碳树脂

导电高分子、 电致发光高分子聚苯胺 高分子分离膜（分离淬取） 高吸水性树脂

? 高分子物理知识解决实际生产问题： ① 分子量，分子量分布（高分子性能因素之一）：

分子量大，材料强度大，但加工流动性变差，分子量要适中

分子量分布：纤维来说，分布窄些，高分子量组分对强度性能不利。橡胶：平均分子量大，

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加工困难，一起增塑作用。所以经过塑炼，降低分子量，使分布变宽

②凝聚态结构： 结晶使材料强度↑，脆，韧性↓ 加成核剂，减小球晶尺寸 另外球晶大小也影响性能，球晶不能过大， 改变结晶温度，多成核

③ 加工过程： 聚碳酸酯，改变温度，降低粘度。粘度低，加工容易。 聚乙烯：改变螺杆转速，注射压力→剪切力→降低粘度。

? 高聚物结构的特点：

①链式结构：结构单元10-10

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②链的柔顺性：内旋转产生非常多的构象：DP=100的PE，构象数10。 ③多分散性，不均一性，长短不一。

④凝聚态结构的复杂性，晶态、非晶态，球晶、串晶、单晶、伸直链晶等。

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第一章 高分子链的结构

高分子结构的层次：

? 物质的结构：指在平衡态分子中原子之间或平衡态分子间在空间的几何排列。

? 高分子链的结构：高分子的链结构又称一级结构，指的是单个分子的结构和形态，它研

究的是单个分子链中原子或基团的几何排列情况。包含一次结构和二次结构。 ? 高分子的一次结构：研究的范围为高分子的组成和构型，指的是单个高分子内一个或几

个结构单元的化学结构和立体化学结构，故又称化学结构或近程结构。 ? 高分子的二次结构：研究的是整个分子的大小和在空间的形态(构象)。

例如：是伸直链、无规线团还是折叠链、螺旋链等。这些形态随着条件和环境的变化而变化，故又称远程结构。 ? 高分子的聚集态结构：高分子的聚集态结构又称二级结构，是指具有一定构象的高分子

链通过范德华力或氢键的作用，聚集成一定规则排列的高分子聚集体结构。

§1.1组成和构造

1、结构单元的化学组成：

按化学组成不同聚合物可分成下列几类：

① 碳链高分子（C）分子链全部由碳原子以共价键相连接而组成，多由加聚反应制得。 如：聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA。

② 杂链高分子（C、O、N、S）分子主链上除碳原子以外，还含有氧、氮、硫等二种或二种

以上的原子并以共价键相连接而成。由缩聚反应和开环聚合反应制得。 如：聚酯、聚醚、聚酰胺、聚砜。P …… 此处隐藏：1568字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……