物理緒論資料課件

《高分子物理》

《PolymerPhysics》蘇州大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院CollegeofChemistry，ChemicalEngineering&MaterialsScience,SuzhouUniversityJian-JunWang2022/12/291《高分子物理》

《PolymerPhysics》蘇州大

高分子物理是研究聚合物結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的一門學(xué)科，其主要任務(wù)是使學(xué)生掌握有關(guān)聚合物的多層次結(jié)構(gòu)、分子運(yùn)動(dòng)及主要物理、機(jī)械性能的基本概念、基本理論和基本研究方法，為從事高分子設(shè)計(jì)、改性、加工，應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

第一講:Introduction2022/12/292高分子物理是研究聚合物結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的一門學(xué)科，學(xué)習(xí)高分子物理，使同學(xué)掌握以下主要內(nèi)容：1.聚合物結(jié)構(gòu)：鏈結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、分子量與分布。2.松弛與轉(zhuǎn)變：玻璃化轉(zhuǎn)變、結(jié)晶轉(zhuǎn)變、次級(jí)轉(zhuǎn)變。3.熱力學(xué)：高分子溶液、高分子合金、橡膠彈性。4.聚合物的性能：粘彈性、流變性。牢固掌握：結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變、性能的基本概念，結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的基本原理；表征與測(cè)定方法的基本原理；能夠建立自己的表達(dá)方式；描述結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變、性能的定理、公式及應(yīng)用，性質(zhì)、性能的影響因素。能夠重復(fù)課堂、書本中的內(nèi)容，靈活運(yùn)用、適當(dāng)做到舉一反三。

2022/12/293學(xué)習(xí)高分子物理，使同學(xué)掌握以下主要內(nèi)容：2022/12/29教材與資料選用教材：金日光

華幼卿主編．高分子物理．（第二版）．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000年；參考教材：[1]L.H.Sperling.IntroductiontoPhysicalPolymerScience,NewYork:AWiley-IntersciencePublication,2000年；[2]何曼君等.高分子物理(修訂版).上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2000年；[3]馬德柱等.聚合物的結(jié)構(gòu)與性能(第二版).北京:科學(xué)出版社,2000；[4]趙華山等.高分子物理學(xué).紡織出版社;[5]錢人元等.聚合物的結(jié)構(gòu)與性能.北京:科學(xué)出版社。復(fù)習(xí)資料：張麗華王香梅編著高分子物理學(xué)習(xí)筆記暨習(xí)題北京：國防工業(yè)出版社，2008年；2022/12/294教材與資料選用教材：金日光

華幼卿主編．高分子物理參考教材2022/12/295參考教材2022/12/295主要授課章節(jié)內(nèi)容第一章

高分子鏈的結(jié)構(gòu)第二章聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

第三章高分子溶液

第四章聚合物的分子量和分子量分布

第五章聚合物的轉(zhuǎn)變與松弛

第六章橡膠的彈性

第七章聚合物的粘彈性

第八章聚合物的屈服和斷裂第九章

聚合物的流變性2022/12/296主要授課章節(jié)內(nèi)容第一章高分子鏈的結(jié)構(gòu)2022/12/296緒論人類的文明史=材料的發(fā)展史

材料包括：金屬材料無機(jī)非金屬材料（硅酸鹽）有機(jī)高分子材料復(fù)合材料2022/12/297緒論人類的文明史=材料的發(fā)展史一、高分子材料的形成和高分子科學(xué)的發(fā)展什么是高分子？高分子科學(xué)的發(fā)展高分子科學(xué)與工程的三個(gè)基礎(chǔ)性分支學(xué)科2022/12/298一、高分子材料的形成和高分子科學(xué)的發(fā)展什么是高分子？2022什么是高分子？高分子就是那些分子量特別大的物質(zhì)。常見的分子,我們稱它們?yōu)樾》肿?一般由幾個(gè)或幾十個(gè)原子組成，分子量也在幾十到幾百之間。如水分子的分子量為18、二氧化硫的分子量是44。高分子則不同，它的分子量至少要大于1萬。高分子物質(zhì)的分子一般由幾千、幾萬甚至幾十萬個(gè)原子組成，它的分子量也就是幾萬、幾十萬、甚至以億來計(jì)算。高分子的“高”就是指它的分子量高。2022/12/299什么是高分子？高分子就是那些分子量特別大的物質(zhì)。常見的分子,高分子分為:天然高分子和人工合成高分子天然橡膠，棉花等都屬于天然有機(jī)高分子；石墨、金剛石、石棉屬于天然無機(jī)高分子。人工合成高分子主要包括：化學(xué)纖維、合成橡膠和合成樹脂(塑料)，也稱為三大合成材料。此外，大多數(shù)涂料和粘合劑的主要成分也是人工合成高分子。人工合成高分子指從結(jié)構(gòu)和分子量已知的小分子出發(fā)聚合而成，又被稱為聚合物(Polymer)。2022/12/2910高分子分為:天然高分子和人工合成高分子天然橡膠，棉花等都屬于鏈節(jié):高分子物質(zhì)有個(gè)共同的結(jié)構(gòu)特性，即都是由簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元(鏈節(jié))以重復(fù)的方式連接而成的。鏈節(jié)間連接的方式不同，所形成的高分子物質(zhì)也不同，其性質(zhì)會(huì)有很大差別。拓?fù)湫螒B(tài):線型高分子、支鏈型/支化型（狀）高分子、網(wǎng)形高分子。2022/12/2911鏈節(jié):高分子物質(zhì)有個(gè)共同的結(jié)構(gòu)特性，即都是由簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元(線型高分子是由許多鏈節(jié)組成的長鏈，其連接方式就像許多鐵圈一個(gè)接一個(gè)地套起來形成一條長鏈一樣，如聚乙烯。線型高分子的分子鏈上長出了許多枝杈就形成支鏈型高分子。在線型高分子鏈上，有些能起反應(yīng)的基因跟別的單體或物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后，分子鏈間的化學(xué)鏈會(huì)把他們聯(lián)接起來，形成的結(jié)構(gòu)像漁網(wǎng)，被稱為網(wǎng)狀高分子。（又因其結(jié)構(gòu)不只是一張網(wǎng)，網(wǎng)與網(wǎng)之間又相互交聯(lián)，形成立體結(jié)構(gòu)，所以又叫立體型高分子。）這種高分子性質(zhì)奇特，它不溶于溶劑，而且一旦成型后，再受熱不能再熔化。硫化橡膠就屬于這一類高分子。2022/12/2912線型高分子是由許多鏈節(jié)組成的長鏈，其連接方式就像許多鐵圈一個(gè)高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來A人類直接利用天然高分子，可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)期，比如利用纖維素造紙，利用蛋白質(zhì)煉絲和鞣革，利用生漆作涂料和利用動(dòng)物膠作墨的粘合劑等等。雖然在十九世紀(jì)的中后期人們已經(jīng)知道對(duì)天然高分子進(jìn)行改性，典型例子是天然橡膠的硫化成功(1839年)和硝酸纖維素的發(fā)現(xiàn)(1846年)。人工合成高分子化合物則是二十世紀(jì)才開始的！然而真正從小分子出發(fā)合成高分子化合物是從酚醛樹脂開始的(1907年)。接著1912年出現(xiàn)了丁鈉橡膠。2022/12/2913高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來A人類直接利用天然高分子，可以追高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來B1920年德國人Standinger發(fā)表了劃時(shí)代的文獻(xiàn)“論聚合”。他提出了“高分子”、“長鏈大分子”的概念。他預(yù)言了一些含有某些官能團(tuán)的有機(jī)物可以通過官能團(tuán)間的反應(yīng)而聚合，比如聚苯乙烯、聚甲醛等，后來都得到了證實(shí)。但在1926年的“自然科學(xué)研究者”會(huì)議(德國)上大家都主張纖維素是低分子，只有Standinger孤軍奮戰(zhàn)。4年之后，在法蘭克德(德國)召開的“有機(jī)化學(xué)與膠體化學(xué)”年會(huì)上“高分子”學(xué)說終于取得了勝利，堅(jiān)持纖維素是低分子的只有一人。Standinger的學(xué)說在1932年法拉第學(xué)會(huì)上得到公認(rèn)。Standinger是高分子科學(xué)的奠基人，為了表彰他的杰出貢獻(xiàn)，1953年72歲的他登上了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。2022/12/2914高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來B1920年德國人Standin高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來C一旦高分子學(xué)說被確立起來，便有力地促進(jìn)了高分子合成工業(yè)的發(fā)展。上世紀(jì)的二十年代末和三四十年代，大量重要的新聚合物被合成出來，比如醇酸樹脂(1926)、聚氯乙烯(1928)、脲醛樹脂(1929)、聚苯乙烯(1930)、聚甲基丙烯酸甲酯(1930)、高壓聚乙烯(1935)、聚醋酸乙烯(1936)、丁基橡膠(1940)、滌綸纖維(1941)、聚氨酯(1943)、環(huán)氧樹脂(1947)、ABS(1948)等。到了五十年代，德國的齊格勒(Ziegler)和意大利的納塔(Natta)發(fā)明了新的催化劑，使乙烯低壓聚合制備高密度聚乙烯(1953)和丙烯定向聚合制備全同聚丙烯(1955)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。這是高分子科學(xué)又一個(gè)里程碑，1963年齊格勒和納塔分享了當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。此后，新的高效催化劑的問世，使聚乙烯、聚丙烯的生產(chǎn)更大型化，價(jià)格更便宜。順丁橡膠(1959)、異戊橡膠(1959)和乙丙橡膠(1960)等彈性體獲大規(guī)模發(fā)展，同時(shí)聚甲醛(1956)聚碳酸酯(1957)、聚酰亞胺(1962)、聚砜(1965)、聚苯硫醚(1968)等工程塑料相繼問世。各種新的高強(qiáng)度、耐高溫等高分子材料層出不窮。所以從這一時(shí)期開始高分子全面走向了繁榮。2022/12/2915高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來C一旦高分子學(xué)說被確立起來，便有高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來D高分子合成工業(yè)的成就又反過來極大地促進(jìn)了高分子科學(xué)理論的發(fā)展。美國化學(xué)家Flory從上世紀(jì)四十年代至七十年代在縮聚反應(yīng)理論、高分子溶液的統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)和高分子鏈的構(gòu)象統(tǒng)計(jì)等方面作出了一系列杰出的貢獻(xiàn)，進(jìn)一步完善了高分子學(xué)說。Flory因此獲得了1974年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，成為高分子科學(xué)史上第三個(gè)里程碑。后來法國的德熱納(deGennes)把現(xiàn)代凝聚態(tài)物理學(xué)的新概念如軟物質(zhì)、標(biāo)度律、復(fù)雜流體、分形、魔梯、圖樣動(dòng)力學(xué)、臨界動(dòng)力學(xué)等嫁接到高分子科學(xué)的研究中來。他的這些概念豐富了高分子學(xué)說，德熱納獲得了1991年度諾貝爾物理獎(jiǎng)。日本的白川英樹（Shirakawa）因?qū)щ姼叻肿臃矫娴奶厥庳暙I(xiàn)獲得了2000年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。2000年世界上合成材料的年總產(chǎn)量已達(dá)到2億噸(其中塑料1.63億噸、合成橡膠0.11億噸、合成纖維0.28億噸)。塑料的增長速度最快(圖1-2)，因?yàn)樗芰嫌性隙唷⑸a(chǎn)易、成本低、加工快、比強(qiáng)度大、性能好等特點(diǎn)，可以代替部分金屬、木材、皮革等傳統(tǒng)材料，塑料現(xiàn)在的產(chǎn)量已超過了木材和水泥等結(jié)構(gòu)材料的總產(chǎn)量。合成橡膠的產(chǎn)量也已超過了天然橡膠而合成纖維的年產(chǎn)量在上世紀(jì)80年代就已達(dá)到了棉花、羊毛等天然和人造纖維的2倍。我國高分子工業(yè)的發(fā)展也極為迅猛，目前，我國三大合成材料年產(chǎn)量在世界上的排名為：合成纖維第一位，塑料第二位，合成橡膠第四位。

2022/12/2916高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來D高分子合成工業(yè)的成就又反過來極高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來E當(dāng)今，高分子科學(xué)與高分子工業(yè)的研究和發(fā)展方向是：（1）通過新型高效催化劑的開發(fā)，重要的通用高分子品種向更大型工業(yè)化發(fā)展；（2）通過新型聚合方法、化學(xué)和物理改性以及復(fù)合，獲得新性能、新品種、新用途的高聚物；（3）開發(fā)功能高分子如生物高分子、光敏高分子、導(dǎo)電高分子等等。2022/12/2917高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來E當(dāng)今，高分子科學(xué)與高分子工業(yè)的15世紀(jì)美洲瑪雅人用天然橡膠做容器，雨具等生活用品。1839美國人古德伊爾(CharlesGoodyear)發(fā)現(xiàn)天然橡膠與硫磺共熱后明顯地改變了性能，使它從硬度較低、遇熱發(fā)粘軟化、遇冷發(fā)脆斷裂的不實(shí)用的性質(zhì)，變?yōu)楦挥袕椥浴⒖伤苄缘牟牧稀?869美國的海厄特(JohnWesleyHyatt,1837-1920)把硝化纖維、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱，制造出了第一種人工合成塑料“賽璐珞”(cellulose)。1887CountHilairedeChardonnet用硝化纖維素的溶液進(jìn)行紡絲，制得了第一種人造絲。2022/12/291815世紀(jì)美洲瑪雅人用天然橡膠做容器，雨具等生活用品。18391909美國人貝克蘭(LeoBaekeland)用苯酚與甲醛反應(yīng)制造出第一種完全人工合成的塑料--酚醛樹酯。1920HermannStaudinger發(fā)表了"關(guān)于聚合反應(yīng)"(UberPolymerization)的論文提出：高分子物質(zhì)是由具有相同化學(xué)結(jié)構(gòu)的單體經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)(聚合)，通過化學(xué)鍵連接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一詞即源于此。1926瑞典化學(xué)家斯維德貝格等人設(shè)計(jì)出一種超離心機(jī)，用它測(cè)量出蛋白質(zhì)的分子量：證明高分子的分子量的確是從幾萬到幾百萬。1926美國化學(xué)家WaldoSemon合成了聚氯乙烯，并于1927年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。2022/12/29191909美國人貝克蘭(LeoBaekeland)用苯酚與甲1930聚苯乙烯(PS)發(fā)明。1930德國人用金屬鈉作為催化劑，用丁二烯合成出丁鈉橡膠和丁苯橡膠。1932HermannStaudinger總結(jié)了自己的大分子理論，出版了劃時(shí)代的巨著《高分子有機(jī)化合物》成為高分子化學(xué)作為一門新興學(xué)科建立的標(biāo)志。1935杜邦公司基礎(chǔ)化學(xué)研究所有機(jī)化學(xué)部的卡羅瑟斯(WallaceH.Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼龍。尼龍?jiān)?938年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。1940英國人溫費(fèi)爾德(T.R.Whinfield,1901-1966)合成出聚酯纖維(PET)。2022/12/29201930聚苯乙烯(PS)發(fā)明。1930德國人用金屬鈉作為催化1940sPeterDebye發(fā)明了通過光散射測(cè)定高分子物質(zhì)分子量的方法。1948PaulFlory建立了高分子長鏈結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)理論。1950s德國人齊格勒(KarlZiegler)與意大利人納塔(GiulioNatta)分別用金屬絡(luò)合催化劑合成了聚乙烯與聚丙烯。1955美國人利用齊格勒-納塔催化劑聚合異戊二烯，首次用人工方法合成了結(jié)構(gòu)與天然橡膠基本一樣的合成天然橡膠。1971S.LWolek發(fā)明可耐300oC高溫的Kevlar。2022/12/29211940sPeterDebye發(fā)明了通過光散射測(cè)定高分子高分子科學(xué)與工程的三個(gè)基礎(chǔ)性分支學(xué)科高分子化學(xué)高分子物理（結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究）高分子工程（聚合反應(yīng)工程和高分子成型）2022/12/2922高分子科學(xué)與工程的三個(gè)基礎(chǔ)性分支學(xué)科高分子化學(xué)2022/122022/12/29232022/12/2923二、高分子物理學(xué)的研究對(duì)象及內(nèi)容

三W？what研究對(duì)象----聚合物

？how

研究方法----研究聚合物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系？why研究目的---發(fā)展高分子材料2022/12/2924二、高分子物理學(xué)的研究對(duì)象及內(nèi)容三W2022/12/29研究對(duì)象

?塑料?橡膠?纖維?涂料粘合劑熱塑性塑料(PE,PP,PVC,PS,PMMA,尼龍)

熱固性塑料(酚醛、脲醛)

天然橡膠(聚異戊二烯)

合成橡膠(順丁,丁苯,丁腈,丁基橡膠)腈綸(PAN),丙綸(PP),聚酯纖維(PET),尼龍

高分子[聚合物]2022/12/2925研?塑料?橡膠?纖維?涂料粘合劑熱塑性塑料(PE,PP,研究對(duì)象之一—塑料的發(fā)展1869年31歲的印刷工人約翰?海阿特發(fā)明賽璐珞2022/12/2926研究對(duì)象之一—塑料的發(fā)展1869年31歲的印刷工人約翰?海阿1909年貝克蘭發(fā)明酚醛樹脂2022/12/29271909年貝克蘭發(fā)明酚醛樹脂2022/12/2927酚醛塑料制作的門把手2022/12/2928酚醛塑料制作的門把手2022/12/2928聚合產(chǎn)生的奇跡2022/12/2929聚合產(chǎn)生的奇跡2022/12/29291953年齊格勒在低壓條件下合成出聚乙烯，隨后納塔合成出聚丙烯，1963齊格勒、納塔獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。2022/12/29301953年齊格勒在低壓條件下合成出聚乙烯，隨后納塔合成出聚丙研究對(duì)象之二—橡膠的發(fā)展橡樹之淚2022/12/2931研究對(duì)象之二—橡膠的發(fā)展橡樹之淚2022/12/29312022/12/29322022/12/2932丑卻受寵的合成橡膠2022/12/2933丑卻受寵的合成橡膠2022/12/29331855年瑞士人奧蒂瑪斯把纖維素放在硝酸中得到硝化纖維素溶液，制得第一根人造纖維；1884年查唐納脫把硝化纖維素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造絲；研究對(duì)象之三—纖維的發(fā)展2022/12/29341855年瑞士人奧蒂瑪斯把纖維素放在硝酸中得到硝化纖維素溶液2022/12/29352022/12/29352022/12/29362022/12/2936聚合物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系HOW？研究方法結(jié)構(gòu)：長鏈、柔性、纏結(jié)、鏈段運(yùn)動(dòng)性能：質(zhì)輕、易著色、韌性、耐腐蝕、易加工、減震、生物兼容、易剪裁2022/12/2937聚合物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系HOW？研究方法結(jié)構(gòu)：長鏈、柔性、纏高分子物理內(nèi)容?高分子的鏈結(jié)構(gòu)?高分子的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)?高分子溶液?分子量及分子量分布?聚合物的轉(zhuǎn)變與松弛?橡膠彈性?聚合物的粘彈性?聚合物的屈服與斷裂?聚合物的流變性能?聚合物的其它性能2022/12/2938高分子物理內(nèi)容?高分子的鏈結(jié)構(gòu)?高分子的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)?高分子溶WHY？研究的目的?指導(dǎo)大分子設(shè)計(jì)?指導(dǎo)加工發(fā)展高分子材料:如：高分子分離膜可以用來制備高效家庭凈水器、人工腎、碳纖維復(fù)合材料制備高性能的飛機(jī)。但是高分子材料的發(fā)展嚴(yán)重地影響著地球的環(huán)境衛(wèi)生，許多廢棄的塑料、橡膠、人造纖維制品亟需處理。未來發(fā)展方向：生物降解材料、化學(xué)降解材料、光降解材料。2022/12/2939WHY？研究的目的?指導(dǎo)大分子設(shè)計(jì)發(fā)展高分子材料:如：高分子本講作業(yè)中國對(duì)發(fā)展高分子的貢獻(xiàn)新中國成立以來，中國科學(xué)院院士貢獻(xiàn)人？至少5個(gè)在世新中國成立以來，中國工程院院士貢獻(xiàn)人？至少5個(gè)在世蘇州大學(xué)有哪些有關(guān)高分子的院士？（客座）2022/12/2940本講作業(yè)中國對(duì)發(fā)展高分子的貢獻(xiàn)新中國成立以來，中國科學(xué)院院士《高分子物理》

《PolymerPhysics》蘇州大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院CollegeofChemistry，ChemicalEngineering&MaterialsScience,SuzhouUniversityJian-JunWang2022/12/2941《高分子物理》

《PolymerPhysics》蘇州大

高分子物理是研究聚合物結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的一門學(xué)科，其主要任務(wù)是使學(xué)生掌握有關(guān)聚合物的多層次結(jié)構(gòu)、分子運(yùn)動(dòng)及主要物理、機(jī)械性能的基本概念、基本理論和基本研究方法，為從事高分子設(shè)計(jì)、改性、加工，應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

第一講:Introduction2022/12/2942高分子物理是研究聚合物結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的一門學(xué)科，學(xué)習(xí)高分子物理，使同學(xué)掌握以下主要內(nèi)容：1.聚合物結(jié)構(gòu)：鏈結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、分子量與分布。2.松弛與轉(zhuǎn)變：玻璃化轉(zhuǎn)變、結(jié)晶轉(zhuǎn)變、次級(jí)轉(zhuǎn)變。3.熱力學(xué)：高分子溶液、高分子合金、橡膠彈性。4.聚合物的性能：粘彈性、流變性。牢固掌握：結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變、性能的基本概念，結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的基本原理；表征與測(cè)定方法的基本原理；能夠建立自己的表達(dá)方式；描述結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變、性能的定理、公式及應(yīng)用，性質(zhì)、性能的影響因素。能夠重復(fù)課堂、書本中的內(nèi)容，靈活運(yùn)用、適當(dāng)做到舉一反三。

2022/12/2943學(xué)習(xí)高分子物理，使同學(xué)掌握以下主要內(nèi)容：2022/12/29教材與資料選用教材：金日光

華幼卿主編．高分子物理．（第二版）．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000年；參考教材：[1]L.H.Sperling.IntroductiontoPhysicalPolymerScience,NewYork:AWiley-IntersciencePublication,2000年；[2]何曼君等.高分子物理(修訂版).上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2000年；[3]馬德柱等.聚合物的結(jié)構(gòu)與性能(第二版).北京:科學(xué)出版社,2000；[4]趙華山等.高分子物理學(xué).紡織出版社;[5]錢人元等.聚合物的結(jié)構(gòu)與性能.北京:科學(xué)出版社。復(fù)習(xí)資料：張麗華王香梅編著高分子物理學(xué)習(xí)筆記暨習(xí)題北京：國防工業(yè)出版社，2008年；2022/12/2944教材與資料選用教材：金日光

華幼卿主編．高分子物理參考教材2022/12/2945參考教材2022/12/295主要授課章節(jié)內(nèi)容第一章

高分子鏈的結(jié)構(gòu)第二章聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

第三章高分子溶液

第四章聚合物的分子量和分子量分布

第五章聚合物的轉(zhuǎn)變與松弛

第六章橡膠的彈性

第七章聚合物的粘彈性

第八章聚合物的屈服和斷裂第九章

聚合物的流變性2022/12/2946主要授課章節(jié)內(nèi)容第一章高分子鏈的結(jié)構(gòu)2022/12/296緒論人類的文明史=材料的發(fā)展史

材料包括：金屬材料無機(jī)非金屬材料（硅酸鹽）有機(jī)高分子材料復(fù)合材料2022/12/2947緒論人類的文明史=材料的發(fā)展史一、高分子材料的形成和高分子科學(xué)的發(fā)展什么是高分子？高分子科學(xué)的發(fā)展高分子科學(xué)與工程的三個(gè)基礎(chǔ)性分支學(xué)科2022/12/2948一、高分子材料的形成和高分子科學(xué)的發(fā)展什么是高分子？2022什么是高分子？高分子就是那些分子量特別大的物質(zhì)。常見的分子,我們稱它們?yōu)樾》肿?一般由幾個(gè)或幾十個(gè)原子組成，分子量也在幾十到幾百之間。如水分子的分子量為18、二氧化硫的分子量是44。高分子則不同，它的分子量至少要大于1萬。高分子物質(zhì)的分子一般由幾千、幾萬甚至幾十萬個(gè)原子組成，它的分子量也就是幾萬、幾十萬、甚至以億來計(jì)算。高分子的“高”就是指它的分子量高。2022/12/2949什么是高分子？高分子就是那些分子量特別大的物質(zhì)。常見的分子,高分子分為:天然高分子和人工合成高分子天然橡膠，棉花等都屬于天然有機(jī)高分子；石墨、金剛石、石棉屬于天然無機(jī)高分子。人工合成高分子主要包括：化學(xué)纖維、合成橡膠和合成樹脂(塑料)，也稱為三大合成材料。此外，大多數(shù)涂料和粘合劑的主要成分也是人工合成高分子。人工合成高分子指從結(jié)構(gòu)和分子量已知的小分子出發(fā)聚合而成，又被稱為聚合物(Polymer)。2022/12/2950高分子分為:天然高分子和人工合成高分子天然橡膠，棉花等都屬于鏈節(jié):高分子物質(zhì)有個(gè)共同的結(jié)構(gòu)特性，即都是由簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元(鏈節(jié))以重復(fù)的方式連接而成的。鏈節(jié)間連接的方式不同，所形成的高分子物質(zhì)也不同，其性質(zhì)會(huì)有很大差別。拓?fù)湫螒B(tài):線型高分子、支鏈型/支化型（狀）高分子、網(wǎng)形高分子。2022/12/2951鏈節(jié):高分子物質(zhì)有個(gè)共同的結(jié)構(gòu)特性，即都是由簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元(線型高分子是由許多鏈節(jié)組成的長鏈，其連接方式就像許多鐵圈一個(gè)接一個(gè)地套起來形成一條長鏈一樣，如聚乙烯。線型高分子的分子鏈上長出了許多枝杈就形成支鏈型高分子。在線型高分子鏈上，有些能起反應(yīng)的基因跟別的單體或物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后，分子鏈間的化學(xué)鏈會(huì)把他們聯(lián)接起來，形成的結(jié)構(gòu)像漁網(wǎng)，被稱為網(wǎng)狀高分子。（又因其結(jié)構(gòu)不只是一張網(wǎng)，網(wǎng)與網(wǎng)之間又相互交聯(lián)，形成立體結(jié)構(gòu)，所以又叫立體型高分子。）這種高分子性質(zhì)奇特，它不溶于溶劑，而且一旦成型后，再受熱不能再熔化。硫化橡膠就屬于這一類高分子。2022/12/2952線型高分子是由許多鏈節(jié)組成的長鏈，其連接方式就像許多鐵圈一個(gè)高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來A人類直接利用天然高分子，可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)期，比如利用纖維素造紙，利用蛋白質(zhì)煉絲和鞣革，利用生漆作涂料和利用動(dòng)物膠作墨的粘合劑等等。雖然在十九世紀(jì)的中后期人們已經(jīng)知道對(duì)天然高分子進(jìn)行改性，典型例子是天然橡膠的硫化成功(1839年)和硝酸纖維素的發(fā)現(xiàn)(1846年)。人工合成高分子化合物則是二十世紀(jì)才開始的！然而真正從小分子出發(fā)合成高分子化合物是從酚醛樹脂開始的(1907年)。接著1912年出現(xiàn)了丁鈉橡膠。2022/12/2953高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來A人類直接利用天然高分子，可以追高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來B1920年德國人Standinger發(fā)表了劃時(shí)代的文獻(xiàn)“論聚合”。他提出了“高分子”、“長鏈大分子”的概念。他預(yù)言了一些含有某些官能團(tuán)的有機(jī)物可以通過官能團(tuán)間的反應(yīng)而聚合，比如聚苯乙烯、聚甲醛等，后來都得到了證實(shí)。但在1926年的“自然科學(xué)研究者”會(huì)議(德國)上大家都主張纖維素是低分子，只有Standinger孤軍奮戰(zhàn)。4年之后，在法蘭克德(德國)召開的“有機(jī)化學(xué)與膠體化學(xué)”年會(huì)上“高分子”學(xué)說終于取得了勝利，堅(jiān)持纖維素是低分子的只有一人。Standinger的學(xué)說在1932年法拉第學(xué)會(huì)上得到公認(rèn)。Standinger是高分子科學(xué)的奠基人，為了表彰他的杰出貢獻(xiàn)，1953年72歲的他登上了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。2022/12/2954高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來B1920年德國人Standin高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來C一旦高分子學(xué)說被確立起來，便有力地促進(jìn)了高分子合成工業(yè)的發(fā)展。上世紀(jì)的二十年代末和三四十年代，大量重要的新聚合物被合成出來，比如醇酸樹脂(1926)、聚氯乙烯(1928)、脲醛樹脂(1929)、聚苯乙烯(1930)、聚甲基丙烯酸甲酯(1930)、高壓聚乙烯(1935)、聚醋酸乙烯(1936)、丁基橡膠(1940)、滌綸纖維(1941)、聚氨酯(1943)、環(huán)氧樹脂(1947)、ABS(1948)等。到了五十年代，德國的齊格勒(Ziegler)和意大利的納塔(Natta)發(fā)明了新的催化劑，使乙烯低壓聚合制備高密度聚乙烯(1953)和丙烯定向聚合制備全同聚丙烯(1955)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。這是高分子科學(xué)又一個(gè)里程碑，1963年齊格勒和納塔分享了當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。此后，新的高效催化劑的問世，使聚乙烯、聚丙烯的生產(chǎn)更大型化，價(jià)格更便宜。順丁橡膠(1959)、異戊橡膠(1959)和乙丙橡膠(1960)等彈性體獲大規(guī)模發(fā)展，同時(shí)聚甲醛(1956)聚碳酸酯(1957)、聚酰亞胺(1962)、聚砜(1965)、聚苯硫醚(1968)等工程塑料相繼問世。各種新的高強(qiáng)度、耐高溫等高分子材料層出不窮。所以從這一時(shí)期開始高分子全面走向了繁榮。2022/12/2955高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來C一旦高分子學(xué)說被確立起來，便有高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來D高分子合成工業(yè)的成就又反過來極大地促進(jìn)了高分子科學(xué)理論的發(fā)展。美國化學(xué)家Flory從上世紀(jì)四十年代至七十年代在縮聚反應(yīng)理論、高分子溶液的統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)和高分子鏈的構(gòu)象統(tǒng)計(jì)等方面作出了一系列杰出的貢獻(xiàn)，進(jìn)一步完善了高分子學(xué)說。Flory因此獲得了1974年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，成為高分子科學(xué)史上第三個(gè)里程碑。后來法國的德熱納(deGennes)把現(xiàn)代凝聚態(tài)物理學(xué)的新概念如軟物質(zhì)、標(biāo)度律、復(fù)雜流體、分形、魔梯、圖樣動(dòng)力學(xué)、臨界動(dòng)力學(xué)等嫁接到高分子科學(xué)的研究中來。他的這些概念豐富了高分子學(xué)說，德熱納獲得了1991年度諾貝爾物理獎(jiǎng)。日本的白川英樹（Shirakawa）因?qū)щ姼叻肿臃矫娴奶厥庳暙I(xiàn)獲得了2000年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。2000年世界上合成材料的年總產(chǎn)量已達(dá)到2億噸(其中塑料1.63億噸、合成橡膠0.11億噸、合成纖維0.28億噸)。塑料的增長速度最快(圖1-2)，因?yàn)樗芰嫌性隙唷⑸a(chǎn)易、成本低、加工快、比強(qiáng)度大、性能好等特點(diǎn)，可以代替部分金屬、木材、皮革等傳統(tǒng)材料，塑料現(xiàn)在的產(chǎn)量已超過了木材和水泥等結(jié)構(gòu)材料的總產(chǎn)量。合成橡膠的產(chǎn)量也已超過了天然橡膠而合成纖維的年產(chǎn)量在上世紀(jì)80年代就已達(dá)到了棉花、羊毛等天然和人造纖維的2倍。我國高分子工業(yè)的發(fā)展也極為迅猛，目前，我國三大合成材料年產(chǎn)量在世界上的排名為：合成纖維第一位，塑料第二位，合成橡膠第四位。

2022/12/2956高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來D高分子合成工業(yè)的成就又反過來極高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來E當(dāng)今，高分子科學(xué)與高分子工業(yè)的研究和發(fā)展方向是：（1）通過新型高效催化劑的開發(fā)，重要的通用高分子品種向更大型工業(yè)化發(fā)展；（2）通過新型聚合方法、化學(xué)和物理改性以及復(fù)合，獲得新性能、新品種、新用途的高聚物；（3）開發(fā)功能高分子如生物高分子、光敏高分子、導(dǎo)電高分子等等。2022/12/2957高分子科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀和未來E當(dāng)今，高分子科學(xué)與高分子工業(yè)的15世紀(jì)美洲瑪雅人用天然橡膠做容器，雨具等生活用品。1839美國人古德伊爾(CharlesGoodyear)發(fā)現(xiàn)天然橡膠與硫磺共熱后明顯地改變了性能，使它從硬度較低、遇熱發(fā)粘軟化、遇冷發(fā)脆斷裂的不實(shí)用的性質(zhì)，變?yōu)楦挥袕椥?、可塑性的材料?869美國的海厄特(JohnWesleyHyatt,1837-1920)把硝化纖維、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱，制造出了第一種人工合成塑料“賽璐珞”(cellulose)。1887CountHilairedeChardonnet用硝化纖維素的溶液進(jìn)行紡絲，制得了第一種人造絲。2022/12/295815世紀(jì)美洲瑪雅人用天然橡膠做容器，雨具等生活用品。18391909美國人貝克蘭(LeoBaekeland)用苯酚與甲醛反應(yīng)制造出第一種完全人工合成的塑料--酚醛樹酯。1920HermannStaudinger發(fā)表了"關(guān)于聚合反應(yīng)"(UberPolymerization)的論文提出：高分子物質(zhì)是由具有相同化學(xué)結(jié)構(gòu)的單體經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)(聚合)，通過化學(xué)鍵連接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一詞即源于此。1926瑞典化學(xué)家斯維德貝格等人設(shè)計(jì)出一種超離心機(jī)，用它測(cè)量出蛋白質(zhì)的分子量：證明高分子的分子量的確是從幾萬到幾百萬。1926美國化學(xué)家WaldoSemon合成了聚氯乙烯，并于1927年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。2022/12/29591909美國人貝克蘭(LeoBaekeland)用苯酚與甲1930聚苯乙烯(PS)發(fā)明。1930德國人用金屬鈉作為催化劑，用丁二烯合成出丁鈉橡膠和丁苯橡膠。1932HermannStaudinger總結(jié)了自己的大分子理論，出版了劃時(shí)代的巨著《高分子有機(jī)化合物》成為高分子化學(xué)作為一門新興學(xué)科建立的標(biāo)志。1935杜邦公司基礎(chǔ)化學(xué)研究所有機(jī)化學(xué)部的卡羅瑟斯(WallaceH.Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼龍。尼龍?jiān)?938年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。1940英國人溫費(fèi)爾德(T.R.Whinfield,1901-1966)合成出聚酯纖維(PET)。2022/12/29601930聚苯乙烯(PS)發(fā)明。1930德國人用金屬鈉作為催化1940sPeterDebye發(fā)明了通過光散射測(cè)定高分子物質(zhì)分子量的方法。1948PaulFlory建立了高分子長鏈結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)理論。1950s德國人齊格勒(KarlZiegler)與意大利人納塔(GiulioNatta)分別用金屬絡(luò)合催化劑合成了聚乙烯與聚丙烯。1955美國人利用齊格勒-納塔催化劑聚合異戊二烯，首次用人工方法合成了結(jié)構(gòu)與天然橡膠基本一樣的合成天然橡膠。1971S.LWolek發(fā)明可耐300oC高溫的Kevlar。2022/12/29611940sPeterDebye發(fā)明了通過光散射測(cè)定高分子高分子科學(xué)與工程的三個(gè)基礎(chǔ)性分支學(xué)科高分子化學(xué)高分子物理（結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究）高分子工程（聚合反應(yīng)工程和高分子成型）2022/12/2962高分子科學(xué)與工程的三個(gè)基礎(chǔ)性分支學(xué)科高分子化學(xué)2022/122022/12/29632022/12/2923二、高分子物理學(xué)的研究對(duì)象及內(nèi)容

三W？what研究對(duì)象----聚合物

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研究方法----研究聚合物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系？why