《高分子物理》教学大纲

1《高分子物理》教学大纲一、课程基本信息课程编号：02030803003C课程中文名称高分子物理课程英文名称PolymerPhysics课程类别专业基础课适用专业高材，材化（高分子方向）开课学期第五学期总学时64学时（理论教学64学时）总学分4先修课程高等数学、无机化学、物理化学课程简介本课程是高分子材料与工程和材料化学（高分子方向）专业的专业基础课。课程系统讲授高聚物结构与性能之间关系，主要内容包括：高分子的链结构，凝聚态结构，聚合物的分子运动和转变，聚合物的屈服与断裂，聚合物的高弹性与黏弹性，聚合物的流变性能，以及高分子溶液性质。建议教材金日光等.高分子物理（第三版）[M]，北京：化学工业出版社，2010.参考资料[1]何平笙.新编高聚物结构与性能[M]，北京：科学出版社，2009.[2]何曼君等.高分子物理（第三版）[M]，上海：复旦大学出版社，2010.[3]刘凤岐等.高分子物理（第二版）[M]，北京：高等教育出版社，2004.[4]王槐三等.高分子物理教程[M]，北京：科学出版社，2008.[5]徐世爱等.高分子物理习题集[M]，上海：华东理工大学出版社，2007.二、课程教学目标1.掌握高聚物的流变特性，培养学运用所学理论知识解决高分子材料加工问题的能力。2.掌握聚合物结构对性能的影响，培养学生运用所学理论知识设计新型高分子的能力。3.掌握聚合物材料屈服与断裂的相关知识，培养学生正确使用和科学选材的能力。2三、理论教学内容与要求1高分子链的结构（8学时）教学内容要求程度（1）结构单元的化学组成了解元素有机高分子和无机高分子的概念。掌握碳链高分子、杂链高分子、均聚物和共聚物的概念。（2）高分子链的构型理解旋光异构体、几何异构体和键接异构体的概念。掌握高分子链构型的概念；几何异构对材料性能的影响；等规度的概念。（3）分子构造了解一维、二维和三维大分子的概念。理解线形、支化和交联高分子的概念。掌握分子构造对聚合物的性能的影响。（4）共聚物的序列结构了解生物大分子的序列结构。理解交替、嵌段、接枝和无规共聚物的概念。（5）微构象和宏构象掌握单键内旋转和高分子链构象的概念。（6）高分子链的柔性理解平衡态柔性和动态柔性。掌握聚合物柔性的概念；影响聚合物柔性的因素。（7）高分子链的构象统计了解均方末端距的几何算法及统计算法的推导过程；蠕虫状链的概念。理解均方末端距及均方旋转半径概念。掌握自由结合链、自由旋转链、等效自由结合链、高斯链的基本概念及均方末端距的计算；链段的概念；表征高分子链柔性的参数；高斯密度分布函数及径向分布函数的数学表达形式。2高分子的凝聚态结构（6学时）教学内容要求程度（1）内聚能和内聚能密度理解内聚能和内聚能密度的概念。（2）聚合物的结晶形态了解树枝状晶、纤维状晶、串晶、柱晶和伸直链晶的结构特点、形成条件和判别方法。掌握单晶和球晶的结构特点、形成条件和判别方法。（3）晶态聚合物的结构模型理解描述聚合物晶态结构的几种模型。（4）结晶度和晶粒尺寸、片晶厚度了解X射线衍射法测定聚合物的结晶度。理解晶粒尺寸和片晶厚度的概念。掌握结晶度的概念；密度法和量热法测定结晶度。（5）非晶态聚合物结构理解无规线团模型和局部有序模型的基本观点、实验依3据及不足之处。掌握非晶态聚合物的概念。（6）聚合物液晶态了解液晶的性质及应用。掌握液晶的概念、结构特点及分类。（7）聚合物的取向态了解取向度及其测定方法。理解取向研究的应用。掌握取向及解取向的概念、取向现象和取向机理。（8）聚合物的织态结构了解聚合物合金的概念。理解聚合物共混物的形态。掌握相容性的概念及判定方法。3高分子溶液（10学时）教学内容要求程度（1）聚合物溶解理解高分子溶液的概念。掌握聚合物溶解过程的特点。（2）溶解过程的热力学分析理解从热力学的观点解释聚合物溶解过程。掌握溶度参数的概念及聚合物溶剂选择的原则。（3）柔性链高分子溶液的热力学性质理解Flory-Huggins格子模型理论基本假定及推导过程。掌握理想溶液的热力学性质及热力学参数的计算；聚合物溶液热力学参数的计算；Huggins相互作用参数的物理意义；过量化学位的含义。（4）Flory-Krigbaum理论了解排斥体积的概念。理解Flory-Krigbaum理论的基本假定。掌握θ状态、θ溶液、θ温度和θ溶剂的概念，并弄清θ溶液与理想溶液之间的差别。（5）高分子溶液的相平衡掌握第二维利系数A2的物理意义及溶剂性质的关系。（6）高分子溶液的相分离理解高临界共溶温度和低临界共溶温度的概念。掌握相分离的条件。（7）共混物相容性的热力学理解相分离的热力学；旋节线机理和成核与增长机理。（8）聚电解质溶液了解聚电解质溶液的概念。（9）聚合物浓溶液理解聚合物增塑；聚合物溶液纺丝。掌握凝胶和冻胶的概念及特点。4聚合物的分子量和分子量分布（6学时）教学内容要求程度（1）聚合物分子量的统计意义掌握聚合物分子量及分子量分布的表示方法。（2）聚合物分子量的测定方法了解沸点升高和冰点降低，气象渗透法的基本原理；溶4液黏度的浓度依赖性。掌握端基分析法测定分子量的条件，测定方法和大致的测定范围，弄清其测定何种分子量；光散射法测定何种分子量；相对黏度、增比黏度、比浓黏度、比浓对数黏度和特性黏数的概念；黏度法测定黏均相对分子量的基本原理、实验方法、实验仪器、数据处理过程和测定范围；Mark-Housin方程；一点法测定相对分子质量的应用条件和计算方法；无扰尺寸和溶胀因子的定义，弄清溶胀因子的大小与高分子链状态之间的关系。（3）聚合物分子量分布的测定方法了解逐步降温、逐步沉淀、柱上溶解和梯度淋洗法等分级实验方法；凝胶渗透色谱（GPC）分离原理；GPC的仪器构成，弄清标定曲线和标定方程、普适标定参数和普适标定曲线，以及普适标定曲线与标定曲线之间的转换；GPC测定聚合物相对分子质量分布的原理。5聚合物的分子运动和转变（8学时）教学内容要求程度（1）聚合物分子运动的特点掌握运动单元的多重性、分子运动的时间依赖性和分子运动的温度依赖性。（2）黏弹行为的的五个区域掌握聚合物的三种力学状态和两个转变，并能用分子运动观点来解释。（3）玻璃-橡胶转变行为理解玻璃化温度的测定方法。掌握玻璃化转变的概念。（4）玻璃化转变理论了解热力学理论和动力学理论。掌握自由体积理论，并能用自由体积理论解释聚合物的玻璃化转变现象；影响玻璃化温度的因素。（5）结晶行为和结晶动力学了解结晶速度的测定方法；Hoffmann方程。理解分子结构对结晶能力与结晶速度的影响；半衰期与结晶速率常数之间的关系。掌握均相成核与异相成核，主期结晶与次期结晶的概念；Avramin方程及其应用范围；Avramin指数的物理意义及其与晶体生长方式和成核方式之间的关系；结晶速度的影响因素。（6）熔融热力学理解小分子与聚合物熔融过程不同的原因。掌握影响聚合物熔点的因素；熔限的概念。6橡胶弹性（6学时）5教学内容要求程度（1）橡胶弹性的特点掌握橡胶高弹性的特点。（2）形变类型及描述力学行为的基本物理量掌握聚合物基本形变类型及特点；应力、真应力和应变的概念；杨氏模量、切变模量和体积模量的定义及相互关系；泊松比的概念。（3）橡胶弹性的热力学方程理解橡胶热力学方程的推导过程。掌握橡胶热力学方程及其推导过程；橡胶弹性的本质是墒弹性。（4）橡胶弹性的统计理论了解储能函数的修正形式。理解橡胶状态方程的推导过程。掌握储能函数的形式。（5）橡胶弹性的影响因素了解交联与缠结效应。掌握平衡溶胀度的概念；平衡溶胀度方程及其近似形式。7聚合物黏弹性（8学时）教学内容要求程度（1）聚合物力学松弛现象了解交联聚合物与线形聚合物应力松弛行为不同的原因；影响滞后和内耗的内在因素和外在因素；影响应力松弛的因素。理解线形聚合物和交联聚合物蠕变及蠕变回复行为不同的原因。掌握蠕变的基本概念，能够画出聚合物蠕变及其回复曲线，能够分析聚合物蠕变过程中的各种形变及其机理；温度和外力作用的大小对蠕变行为的影响；应力松弛的概念；滞后和内耗的概念；储能模量、损耗模量和损耗因子的概念及物理意义。（2）黏弹性的数学描述了解松弛时间谱的概念。理解boltzmann叠加原理。掌握Maxwell模型、Voigt模型和四原件模型的元件组成、运动方程、对外界应力和应变的响应过程，两个模型的应用范围及不足之处；时温等效原理及实用意义。8聚合物的屈服和断裂（8学时）教学内容要求程度(1)聚合物的应力应变行为了解晶态高聚物的拉伸行为及与非晶态的高聚物拉伸行为的异同点。理解非晶态高聚物拉伸行为的影响因素。6掌握非晶态高聚物的应力-应变曲线示意图；屈服应力、断裂应力、杨氏模量和断裂伸长率的定义；材料大形变的分子机理；不同类型聚合物拉伸行为。（2）屈服-冷拉机理和Considere作图法了解细颈形成的原因；Considere作图。（3）屈服判据了解trasca、VonMises和Coulomb判据。（4）剪切带的结构形态和应力分析理解剪切带形成的原因及特点。（5）银纹现象了解应力发白现象。掌握银纹的概念及特点；银纹与裂缝的区别。（6）脆性断裂与韧性断裂掌握脆性断裂与韧性断裂的概念及特点；影响脆性断裂与韧性断裂的因素。（7）聚合物强度了解聚合物的断裂理论。掌握影响聚合物强度的因素。（8）聚合物增强了解聚合物增强方法。（9）聚合物增韧了解评价聚合物韧性的实验方法及影响因素；聚合物的增韧机理。9聚合物的流变特性（4学时）教学内容要求程度（1）牛顿流体和非牛顿流体掌握牛顿流体和非牛顿流体的基本特征及流动曲线；高聚物熔体的流动性质及特点；表观黏度、零切黏度和无穷零切黏度的概念；熔融指数的概念及测定方法。（2）聚合物熔体的切黏度了解聚合物黏度的测定方法；Rouse模型、管子及蛇行模型。掌握影响聚合物黏度的因素；不同柔性的聚合物对温度和剪切速率的依赖性；Arrhenius方程和WLF方程的适用范围。（3）聚合物熔体的弹性效应理解爬杆现象、挤出物胀大以及熔体的不稳定流动和熔体破裂现象。四、考核方式采用期末考试和平时考核相结合的考核方式。总成绩为100分，其中期末考试成绩占总成绩的70%，平时成绩（包括作业、出勤、课堂小测验等）占总成绩的30%。期末考题类型包括名词解释、选择题、判断题、问答题和计算题。