高分子物理之1

高分子物理主講：李紅山嘉應(yīng)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境學(xué)院講授內(nèi)容緒論高分子鏈的結(jié)構(gòu)高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子溶液聚合物分子量和分子量分布聚合物的分子運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)變橡膠彈性聚合物的粘彈性聚合物的屈服和斷裂聚合物的流變性作業(yè)及考核方式平時(shí)作業(yè)及課程演講,占總成績(jī)30%；期末閉卷考試,占總成績(jī)70%。參觀見習(xí)一次教材：高分子物理（金日光華幼卿主編）

參考書：《高分子物理》何曼君（復(fù)旦大學(xué)）《高聚物結(jié)構(gòu)與性能》（第二版）何平笙等（中國(guó)科技大學(xué)）《高分子化學(xué)》林尚安（中山大學(xué)）第一章緒論

學(xué)習(xí)目的與要求

了解高分子物理的研究范疇；初步掌握高分子鏈內(nèi)和高分子鏈間的相互作用；初步掌握高分子材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。本章的主要內(nèi)容一、高分子物理的研究范疇二、高分子鏈內(nèi)和高分子間的相互作用三、高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能阿司匹林（2-乙酰氧基苯甲酸）

一、高分子物理的研究范疇

高分子物理主要研究高分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系

鏈結(jié)構(gòu)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)形成變化規(guī)律性能功能影響提供使用高分子材料原理的知識(shí)提供高分子設(shè)計(jì)、合成的信息高分子物理研究對(duì)象討論高分子結(jié)構(gòu)和性能，并通過(guò)研究分子運(yùn)動(dòng)來(lái)揭示結(jié)構(gòu)與性能之間內(nèi)在聯(lián)系以及它們的基本規(guī)律，從而對(duì)高分子的合成材料的成型加工、測(cè)試、改性提供理論依據(jù)。how？——研究方法

決定結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的內(nèi)在因素在于高分子的運(yùn)動(dòng)及相互作用，探索各種環(huán)境下高分子各運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以分子運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)討論各領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)際問題乃是高分子物理學(xué)的精髓。學(xué)習(xí)高分子物理的兩條主線：結(jié)構(gòu)決定性能高分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)從時(shí)間上看高分子物理的發(fā)展情況：20世紀(jì)不同高聚物結(jié)構(gòu)不同、性能不同同種高聚物形成不同材料、性能不同指導(dǎo)高分子材料的成型加工技術(shù)促進(jìn)高分子材料潛在性能利用促進(jìn)高分子工業(yè)的發(fā)展21世紀(jì)研究結(jié)構(gòu)多變性而賦予的多性能二、高分子鏈內(nèi)和高分子間的相互作用

作用的原因：質(zhì)點(diǎn)間的吸引與排斥結(jié)晶區(qū)非晶區(qū)(a)(b)高分子鏈形態(tài)示意（a）為形象化串珠（b）為熱運(yùn)動(dòng)高分子鏈高聚物聚集態(tài)作用的結(jié)果：

一定條件（T、P）高分子內(nèi)、間排斥與吸引達(dá)到平衡高聚物的聚集態(tài)呈現(xiàn)靜止可穩(wěn)定狀態(tài)組成的高聚物大分子、原子空間排列一定高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與性能一定三、高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能高分子材料性能與結(jié)構(gòu)、合成、成型的關(guān)系結(jié)構(gòu)鏈結(jié)構(gòu)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子材料性能高分子合成制備高分子材料成型

通過(guò)高聚物的合成制備或成型加工可以改變高聚物的分子鏈結(jié)構(gòu)及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，從而改變高分子材料的性能；反過(guò)來(lái)，在結(jié)構(gòu)與性能規(guī)律的指導(dǎo)下可以提出合理的成型加工措施，或者提出合成指定性能的高聚物；進(jìn)而，進(jìn)行高分子設(shè)計(jì)及材料設(shè)計(jì)。常見高聚物的結(jié)構(gòu)與性能及用途高聚物吸引力對(duì)稱性柔順性結(jié)晶性軟化點(diǎn)用途聚乙烯－＋＋＋＋＋115℃

纖維、塑料聚氯乙烯＋＋＋－130℃

纖維、塑料聚偏二氯乙烯＋＋＋＋＋＋185℃

纖維、塑料聚丙烯腈＋＋＋＋＋220℃

纖維聚丙烯酸甲酯－＋＋－10℃

塑料、橡膠聚乙烯醇＋＋＋－＋＋150℃

纖維常見高聚物的結(jié)構(gòu)與性能及用途高聚物吸引力對(duì)稱性柔順性結(jié)晶性軟化點(diǎn)用途聚異丁烯－＋＋＋＋＋＜0℃

橡膠聚已二酰已二胺＋＋＋＋＋＋＋265℃

纖維、橡膠聚已內(nèi)酰胺＋＋＋＋＋＋＋215℃

纖維、塑料聚已二酸乙二酯－＋＋＋＋＋54℃

纖維聚對(duì)苯二甲酸乙二酯－＋＋－＋＋265℃

纖維天然橡膠－＋＋＋＋＋20℃

橡膠高分子物理是高分子學(xué)科體系中最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。它以物理學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和高分子化學(xué)等課程為基礎(chǔ)，又為后續(xù)課程聚合物合成工藝學(xué)、聚合物加工原理等打下理論基礎(chǔ)。思考題（1）飲料瓶為何盛熱水則變軟？（2）汽車輪胎是否可取代飛機(jī)輪胎？（3）以PE為例說(shuō)明聚合物應(yīng)用廣泛，PE的結(jié)構(gòu)式簡(jiǎn)單但是有許多用途？飛機(jī)輪胎區(qū)別于汽車輪胎的外觀特征是：飛機(jī)輪胎胎面有一條條沿圓周方向延伸的直溝，而沒有橫向溝槽；汽車輪胎胎面大多是由周向直溝與橫向溝槽組成各式各樣的花紋圖案。胎面花紋不是為了美觀而設(shè)計(jì)，而是根據(jù)性能要求來(lái)確定。飛機(jī)的滑行與制動(dòng)要求輪胎具備良好的防水滑功能，飛機(jī)輪胎為此設(shè)置了周向直溝；而橫向溝槽會(huì)顯著縮短輪胎壽命，因此飛機(jī)輪胎沒有橫向溝槽。

飛機(jī)對(duì)輪胎還有更特殊的性能要求。飛機(jī)比汽車重得多，但所有的飛機(jī)設(shè)計(jì)師都希望輪胎越小越好、越輕越好。輪胎的體積越小，飛機(jī)的有效空間就越大；輪胎的重量越輕，飛機(jī)的有效載荷就越大。這就要求輪胎具備很高的負(fù)荷能力。以波音737-300客機(jī)為例，其主輪胎的單胎載荷為15060公斤，外徑為1米，重量為70公斤；外徑相當(dāng)?shù)钠囕喬サ妮d荷為2900公斤,重量為50公斤。可見，飛機(jī)輪胎的負(fù)荷能力要求比汽車輪胎高很多。飛機(jī)輪胎的高負(fù)荷能力需要高的充氣內(nèi)壓保證。上述飛機(jī)輪胎的充氣內(nèi)壓為1379kPa，汽車輪胎的內(nèi)壓為880kPa。

內(nèi)壓高要求輪胎有更多層數(shù)的骨架材料，飛機(jī)輪胎的胎體比較厚，生熱比較大。高內(nèi)壓會(huì)增大輪胎的接地壓強(qiáng)，飛機(jī)跑道規(guī)定了接地壓強(qiáng)的最大值，為此，輪胎通過(guò)增加下沉率從而增加接地面積來(lái)兼顧高負(fù)荷與低壓強(qiáng)的要求。然而，下沉率越高，輪胎的變形越大、生熱越大，這就要求輪胎具有良好的耐熱性能。

此外，飛機(jī)輪胎的速度性能一般都達(dá)到360km/h；汽車輪胎的速度性能一般為80～240km/h。飛機(jī)輪胎可連續(xù)滑行的距離比較短；汽車輪胎可連續(xù)滑行的距離比較長(zhǎng)。

簡(jiǎn)單