《高分子結(jié)構(gòu)與性能》教學(xué)大綱.docx

1、高分子結(jié)構(gòu)與性能課程教學(xué)大綱課程編號：CHEM3014 課程類別：專業(yè)必修課程 授課對象：應(yīng)用化學(xué) 開課學(xué)期：第6學(xué)期 學(xué) 分：2學(xué)分指定教材：何曼君等編著，高分子物理，復(fù)旦大學(xué)出版社，2007年3月教學(xué)目的：本課程為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科生的專業(yè)教學(xué)課程以及化學(xué)、化工等專業(yè)的任意選修課程。 高分子物理學(xué)是研究高分子的結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的科學(xué)，是聚合物成型加工和應(yīng)用的理論 基礎(chǔ)。主要有三個組成部分：高分子鏈的結(jié)構(gòu)，高分子的分子運(yùn)動以及高聚物的性能。通過 課堂教學(xué)、課堂討論、習(xí)題以及相關(guān)實(shí)驗演示等使學(xué)生了解、掌握高分子聚合物材料性能與 結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系；培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際考慮問題的方法和分析、解決問題

2、的能力，為后續(xù) 課程的學(xué)習(xí)或進(jìn)一步深造，以及從事本領(lǐng)域的科學(xué)研究工作打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。第一章緒論課時1周，共1課時教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)高分子學(xué)科的發(fā)展史；高分子物理的研究內(nèi)容及意義高分子科學(xué)發(fā)展中諾貝爾獎的獲得者及其貢獻(xiàn)等第二節(jié)高分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分子量的統(tǒng)計意義；柔性；結(jié)構(gòu)的不均一性等思考題：1、觀看資料片現(xiàn)代奇跡：塑膠原料，體會高分子材料在社會發(fā)展中的重要作用，認(rèn)識 學(xué)習(xí)高分子科學(xué)的重要性？2、簡單描述對高分子結(jié)構(gòu)的初步認(rèn)識。第二章高分子鏈的結(jié)構(gòu) 課時：1-2周，共3課時教學(xué)內(nèi)容聚合物鏈的近程結(jié)構(gòu)單個高分子鏈的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)； 構(gòu)型的概念；聚合物鏈的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)構(gòu)象的概念；高分子鏈的柔順性的概念及主要影響因

3、素均方末端距的幾何計算法； 高分子鏈柔順性的表征； 晶體和溶液中的構(gòu)象 蠕蟲狀鏈（一般了解）第一節(jié)第二節(jié)二、四、五、六、思考題：1、解釋名詞、概念高分子的構(gòu)型；全同立構(gòu)高分子；間同立構(gòu)高分子等規(guī)度；平均(數(shù)均)序列長度； 高分子的構(gòu)象；高分子的柔順性；鏈段；靜態(tài)柔順性；動態(tài)柔順性；等效自由連接鏈； 高斯鏈；高分子末端距分布函數(shù)。2、線型聚異戊二烯可能有哪些構(gòu)型？3、聚合物有哪些層次的結(jié)構(gòu)?哪些屬于化學(xué)結(jié)構(gòu)？哪些屬于物理結(jié)構(gòu)？4、為什么說柔順性是高分子材料獨(dú)具的特性？5、通常情況下PS是一種剛性很好的塑料，而丁二烯與苯乙烯的無規(guī)共聚物(B:S=75:25)和 三嵌段共聚物SBS (B:S=75:

4、25)是相當(dāng)好的橡膠材料，從結(jié)構(gòu)上分析其原因。6、若聚丙烯的等規(guī)度不高，能否用改變構(gòu)象的方法提高其等規(guī)度？為什么？7、天然橡膠和古塔玻膠在結(jié)構(gòu)上有何不同？畫出示性結(jié)構(gòu)式。8、高分子最基本的構(gòu)象有哪些？在不同條件下可能呈現(xiàn)的典型的構(gòu)象有哪些？9、鏈段的組成、大小有什么特點(diǎn)？容內(nèi)節(jié)節(jié)節(jié)節(jié)節(jié)節(jié)學(xué)一二三四五六教第第第第第第第三章高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 課時：3-6周，共8課時聚合物分子間的作用力聚合物結(jié)晶的形態(tài)和基本結(jié)構(gòu)晶態(tài)高聚物的結(jié)構(gòu)模型高聚物的結(jié)晶過程、結(jié)晶動力學(xué)及影響高聚物結(jié)晶能力的各種因素。高聚物結(jié)晶的熱力學(xué)分析；結(jié)晶高聚物的熔融與熔點(diǎn)高聚物的取向態(tài)結(jié)構(gòu)和織態(tài)結(jié)構(gòu) 思考題：1、解釋名詞、概念高分子

5、的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)結(jié)晶性聚合物液晶性聚合物球晶高分子液晶液晶原(介 原)內(nèi)聚能密度半結(jié)晶期結(jié)晶度結(jié)晶聚合物的熔點(diǎn)取向聚合物晶面指數(shù) 膽留型液晶的螺距2、高分了聚集態(tài)結(jié)構(gòu)包括哪些內(nèi)容？試述高分了聚集態(tài)結(jié)構(gòu)有哪些特點(diǎn)及與成型加工條件、性能的關(guān)系。3、如何從結(jié)構(gòu)上分析某種聚合物屬于結(jié)晶性聚合物？4、以聚乙烯為例，說明在什么條件下可以形成單晶、球晶、串晶、伸直鏈片晶，這些形態(tài) 的晶體特征是什么？為什么在聚合物不易形成100%結(jié)晶的宏觀單晶體？5、在正交偏光顯微鏡I：觀察球晶時，可以看到消光黑十字、明暗相間的同心圓環(huán)(消光環(huán), 對某些球晶)，解釋這些現(xiàn)象。6、選擇題(1) 通常條件下，本體聚合物的結(jié)晶溫度為：

6、(1)高于八,；(2)低于7；： (3)在命之間(2) 熔點(diǎn)最高的聚合物是：(1)聚偏二氯乙烯；(2)聚二氟氯乙烯；(3)聚四氟乙烯(3) 結(jié)晶能力最小的聚合物是：(1)PE； (2) PET： (3) PC(4) 熔點(diǎn)最低的是：(1)PA66； (2) PA610： (3) PA10107、試述Avrami方程在本體聚合物結(jié)晶動力學(xué)研究中的意義。8、最大結(jié)晶速度溫度Tmax和Tm的關(guān)系如何？9、如何制得尺寸穩(wěn)定性好、韌性好、透明性也比較好的均聚聚丙烯注塑制品？10、溫度對本體聚合物結(jié)晶速度影響的規(guī)律是什么？解釋其原因。11、均聚物A是一種結(jié)晶聚合物，若加入10%體積分?jǐn)?shù)的增塑劑(Xi=-0.

7、1)或者用1()%摩爾 的單體B與單體A進(jìn)行無規(guī)共聚(單體B的均聚物為非結(jié)晶性聚合物)，增塑均聚物A的 熔點(diǎn)與AB無規(guī)共聚物的熔點(diǎn)何者高？能從中得到什么規(guī)律？12、兩種聚丙烯絲，在紡絲過程中，牽伸比相同，而分別采用冰水冷卻和90C熱水冷卻。將 這兩種絲加熱到90°C,何者收縮率大？為什么？13、有兩種乙烯和丙稀的共聚物，其組成相同，其中-種在室溫時是橡膠狀的，一直到溫度 降低到-70°C時才變硬；另一種在室溫時卻是硬而韌又不透明的材料，試解釋它們內(nèi)在結(jié) 構(gòu)上的差別。14、高分子液晶的結(jié)構(gòu)有幾種類型？特征如何？液晶性聚合物溶液的一C、一一t的 關(guān)系如何？這些關(guān)系的意義如何？1

8、5、Flory的結(jié)品聚合物、非結(jié)晶聚合物結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)是什么？有什么實(shí)驗事實(shí)支持他的 模型？第四章聚合物的分子運(yùn)動課時：7-9周，共6課時教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)高聚物分子的熱運(yùn)動一、高聚物分子運(yùn)動的特點(diǎn)；二、三種力學(xué)狀態(tài)以及二個轉(zhuǎn)變過程第二節(jié)高聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變機(jī)理及影響玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的因素第三節(jié)高聚物的粘性流動粘性流動的特點(diǎn)及影響流動溫度的因素思考題：1、解釋名詞、概念聚合物的轉(zhuǎn)變；聚合物的力學(xué)狀態(tài)；玻璃化轉(zhuǎn)變；剪切流動；拉伸流動；假塑性流體； WLF方程；離模膨脹；韋森堡效應(yīng)；內(nèi)應(yīng)力。2、聚合物分子運(yùn)動有哪些特點(diǎn)？3、聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變在工藝上、科學(xué)上的意義是什么？不同方法測得的沱值可以互

9、相比 較嗎?為什么？4、畫出線型非結(jié)晶、線型結(jié)晶、線型非結(jié)晶的結(jié)晶性聚合物及交聯(lián)聚合物的溫度一形變曲 線，說明這些聚合物有哪些力學(xué)狀態(tài)、轉(zhuǎn)變，并說明相應(yīng)的分子運(yùn)動機(jī)理（考慮分子量、 結(jié)晶度、交聯(lián)度）。5、線型結(jié)晶聚合物在最溫度附近時，鏈段都能進(jìn)行重排運(yùn)動；處于溫度時，鏈段和整個 高分子都能進(jìn)行重排運(yùn)動。這些說法對嗎？為什么？6、塑料都是在其以下溫度使用，纖維的最高使用溫度為7；”這些說法對嗎？為什么？7、玻璃化轉(zhuǎn)變的自由體積理論的內(nèi)容是什么？玻璃化轉(zhuǎn)變時聚合物的自由體積分?jǐn)?shù)是多 少？8、表征聚合物流體剪切流動時剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系的幕律方程是什么？如何利用這一 方程判斷流體的類型？聚合物熔體

10、、濃溶液剪切流動時，于一般條件下屬于什么流體？9、聚合物熔體粘性流動的特征是什么？10、何謂聚合物熔體流動速率指數(shù)？它與熔體的粘度、分子量有什么關(guān)系？第五章聚合物的力學(xué)性能課時：11-13周，共5課時（注：第10周五一放假）教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)高聚物的一般力學(xué)性能與特點(diǎn)（玻璃態(tài)和晶態(tài)聚合物）一、高聚物的拉伸行為二、第二節(jié)二、破壞和強(qiáng)度力學(xué)松弛一一粘彈性概念；動態(tài)粘彈性與分子運(yùn)動 高聚物的高彈性特點(diǎn)和本質(zhì)平衡態(tài)高彈形變的熱力學(xué)及統(tǒng)計理論橡膠彈性的影響因素 思考題：1、解釋名詞、概念屈服；脆性斷裂；韌性斷裂；應(yīng)變誘發(fā)塑料一橡膠轉(zhuǎn)變；應(yīng)力集中；銀紋；強(qiáng)迫高彈性; 高彈性；炳彈性；粘彈性；蠕變；應(yīng)力松弛；滯

11、后現(xiàn)象；力學(xué)內(nèi)耗2、何謂拉伸彈性模量？物理意義是什么？ 一種聚合物E=3G的條件是什么（E、G分別為拉 伸、剪切彈性模量）?3、在合適條件下拉伸玻璃態(tài)、結(jié)晶態(tài)聚合物，二者的拉伸行為如何？4、聚合物屈服的形變機(jī)理是什么？5、聚合物拉伸的真應(yīng)力一應(yīng)變曲線有幾種類型？相應(yīng)的拉伸行為如何？6、對某一單軸取向的高分子材料制品，在平行于取向方向進(jìn)行高速拉伸應(yīng)力一應(yīng)變試驗得 到的沖擊強(qiáng)度值，與落重沖擊試驗方法得到的沖擊強(qiáng)度值一致嗎？為什么？7、聚合物脆性斷裂的理論有哪兒種？要點(diǎn)是什么？脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂的有效途徑有 哪些？8、在測定聚合物的力學(xué)強(qiáng)度時，為什么對試條的尺寸、形狀，測試的溫度、濕度有統(tǒng)規(guī) 定

12、？9、高彈性的特點(diǎn)是什么？實(shí)質(zhì)是什么？如何得到這一認(rèn)識的？10、交聯(lián)橡膠彈性統(tǒng)計理論的根據(jù)是什么？寫出由它得出的交聯(lián)橡膠的狀態(tài)方程，并說明狀 態(tài)方程的意義。11、在具有適洋交聯(lián)度軟橡皮試條下端掛一砥碼（不是過重），達(dá)到平衡形變后，升高溫 度，會觀察到什么現(xiàn)象？為什么？12、“聚物的應(yīng)力松弛是指維持聚合物一恒定應(yīng)變所需的應(yīng)力逐漸衰減到零的現(xiàn)象”，這句 話對嗎？為什么？13、寫出麥克斯韋爾模型、開爾文模型的運(yùn)動方程。這兩種模型可以模擬什么樣的聚合物的 何種力學(xué)松弛行為？14、一硫化橡膠試樣在周期性交變拉伸作用下，應(yīng)變落后于應(yīng)力變化的現(xiàn)象稱為現(xiàn)象，對應(yīng)于同一應(yīng)力值，回縮時的應(yīng)變拉伸時的應(yīng)變，其原因是

13、、。拉伸曲線下的面積表示, I可縮曲線下的面積表示，兩個面積之差表示。第六章高分子溶液性質(zhì)課時：13-16周，共6課時教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)聚合物的溶解溶解過程及其熱力學(xué)解釋（稀溶液理論）；溶劑選擇原則第二節(jié)高分子的亞濃溶液第三節(jié)高分子的濃溶液第四節(jié)高分子溶液的粘度第五節(jié)聚電解質(zhì) 思考題：1、解釋名詞、概念溶度參數(shù)；Huggins參數(shù)；臨界Huggins參數(shù)；平衡溶脹度；第二維利系數(shù)；0溶劑、0溫 度；相對粘度；增比粘度；比濃粘度；特性粘度；支化因子；Mark-Houwink方程；凍膠 凝膠；亞濃溶液2、什么是溶脹？什么是溶解？試從分子運(yùn)動的觀點(diǎn)說明線型聚合物和交聯(lián)聚合物溶脹的最 終狀態(tài)的區(qū)別。3、H

14、uggins參數(shù)的物理意義是什么？其值與哪些因素有關(guān)？4、如何選擇PVC的良溶劑？5、如何測求出聚合物的溶度參數(shù)？6、A2的物理意義如何？ A2的大小與哪些因素有關(guān)？7、一交聯(lián)丁苯橡膠試樣，25°C于溶劑苯中達(dá)到溶脹平衡時，溶脹體重2.116g。己知：干膠 ffiO.1273 g,干膠密度0.941 g/ciW,苯的分子量為78,苯的密度為0.8685 g/cm /, =0.398, 求試樣網(wǎng)鏈的平均分子量。8、說明聚合物稀溶液熱力學(xué)性質(zhì)偏離理想溶液性質(zhì)的原因。舉出一個表示偏離程度大小的 熱力學(xué)函數(shù)，從這一函數(shù)分析在什么條件下聚合物稀溶液具有“理想溶液”的性質(zhì)。9、由聚合物稀溶液的哪

15、些參數(shù)、這些參數(shù)等于什么數(shù)值時可判定聚合物稀溶液是0溶液？10、當(dāng)T等于0、高于0、低于0時，A2的數(shù)值如何？高分子在稀溶液中的形態(tài)如何？11、詳細(xì)說明聚合物溶液的測求加的大小與哪些因素有關(guān)？通過測求可以得到哪些 重要的物理量？12、己知PS-環(huán)己烷體系的0溫度為34°C, PS-甲苯體系的0溫度低于34°C,假如于40°C測定7T同一種PS試樣溶于此兩種溶劑的溶液的滲透壓和粘度，問：兩種溶液的(乞)10、冬、 CA2、川、a. a值的大小順序如何？兩種體系兩種方法測得的試樣的平均分子量 之間有什么關(guān)系？13、有哪些物理量可以表征高分子在稀溶液中的形態(tài)？14、若用

16、不良溶劑，聚合物溶液的隨溫度升高而,是什么原因？若用良溶劑，聚合物溶液的劉隨溫度升高而。在0溫度以上不太高的溫度范圍內(nèi)，聚合物溶液的仇隨溫度升高而,為什么？15、某PS試樣，經(jīng)精細(xì)分級后，得到7個級分，用滲透壓法測定了各級分的分子量，并在30C 的芝溶液中測定了各級分溶液的,結(jié)果如下：Mn X IO4 (g/mol)43.2531.7726.1823.0715.8912.624.83(ml/g)14711710192705929求出公式rj = kMa中的奴a值。16、聚合物增塑的類型有哪些？舉例說明聚合物加增塑劑后物理機(jī)械性能的變化。17、有哪些實(shí)驗方法可以測求出聚合物溶液的0溫度？第七章高

17、聚物的分子量及分布課時：16-18周，共4課時教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)聚合物分子量的統(tǒng)計意義第二節(jié)分子量及分布的測定思考題：1、解釋名詞、概念VPO法;聚合物分子量分布;分子量分布寬度指數(shù);分子量多分散系數(shù);GPC色譜柱的分辨 率;GPC色譜柱的加寬效應(yīng);普適校正曲線2、寫出航、的定義式。3、測定聚合物平均分子量的方法有哪些？得到的是何種統(tǒng)計平均分子量？4、可以用娜些實(shí)驗方法測求出聚合物稀溶液的A?、Z,?5、在25°C的0溶劑中，測得的濃度為7.36X IO'3 g/ml的聚氯乙稀溶液的滲透壓為0.248 g/(cm)2,求此試樣的分子量及溶液的第二維利系數(shù)，得到的是何種平均分子量？

18、6、簡述GPC法測定聚合物分子量分布的方法原理、分離機(jī)理。7、GPC的普適校正曲線是對的關(guān)系曲線，為什么可稱為普適校正曲線？第八章高聚物的電學(xué)性質(zhì) 課時：18-19周，共3課時教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)聚合物的極化及介電性質(zhì)極化現(xiàn)象，介電系數(shù)、介電損耗及其影響因素第二節(jié)高聚物的導(dǎo)電性質(zhì)導(dǎo)電性及影響因素第三節(jié)高聚物的電擊穿和靜電現(xiàn)象 思考題：1、解釋名詞、概念聚合物的極化；聚合物的介電損耗；駐極體；熱釋電流法；耐電壓強(qiáng)度；靜電現(xiàn)象2、如何利用聚合物的介電性研究高聚物的轉(zhuǎn)變？3、聚氯乙稀、聚乙烯薄膜常用的熱合方法是否相同？為什么？4、防止聚合物靜電的方法有哪些？參考書目1. 何曼君，陳維孝，董西俠.高分子物理(修訂版)，上海：復(fù)旦大學(xué)出