《高分子物理》教學(xué)大綱

《高分子物理》教學(xué)大綱英文名稱：Polymerphysics學(xué)分：3.5學(xué)分學(xué)時(shí)：56學(xué)時(shí)先修課程：有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)等。教學(xué)對象：高分子材料科學(xué)與工程系的本科生。教學(xué)目的：本課程是高分子材料科學(xué)與工程系本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課和從事本專業(yè)的科研、生產(chǎn)工作必備的理論基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握高分子物理的基本概念和基本規(guī)律，對的地理解和掌握高聚物構(gòu)造和性能之間的關(guān)系，為分析和解決高分子材料的科研和生產(chǎn)中的問題提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。教學(xué)規(guī)定：本課程的教學(xué)與學(xué)習(xí)要側(cè)重于精確理解高分子物理的基本概念和基本規(guī)律；掌握高聚物構(gòu)造和性能之間的關(guān)系；對重要的公式要會(huì)推導(dǎo)，明確這些公式的物理意義，結(jié)合課后的習(xí)題練習(xí)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)加深對高分子物理的理解，使學(xué)生能順利學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課，提高自學(xué)與更新本專業(yè)知識(shí)的能力。教學(xué)內(nèi)容：高分子鏈的構(gòu)造（6學(xué)時(shí)）1.1構(gòu)成和構(gòu)造1.1.1構(gòu)造單元的化學(xué)構(gòu)成1.1.2高分子鏈的構(gòu)型：旋光異構(gòu)、幾何異構(gòu)、鍵接異構(gòu)1.1.3分子構(gòu)造1.1.4共聚物的序列構(gòu)造1.2構(gòu)象1.2.1高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)構(gòu)象1.2.2高分子鏈的柔順性1.2.3高分子鏈的構(gòu)象統(tǒng)計(jì)1.均方末端距的幾何計(jì)算法2.均方末端距的統(tǒng)計(jì)計(jì)算法3.均方旋轉(zhuǎn)半徑基本規(guī)定掌握高分子鏈構(gòu)造的構(gòu)成、構(gòu)造及其與高聚物性能之間的關(guān)系。掌握和理解構(gòu)型、構(gòu)象、高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)、鏈柔性、均方末端距等基本概念。掌握高聚物鏈構(gòu)造、溫度、外力等因素對高聚物柔性的影響，以及完全伸直鏈、自由結(jié)合鏈、自由旋轉(zhuǎn)鏈的均方末端距的計(jì)算。重點(diǎn)重點(diǎn)規(guī)定掌握構(gòu)型、構(gòu)象、均方末端距等基本概念，高聚物鏈構(gòu)造、溫度、外力等因素對高聚物柔性的影響，以及完全伸直鏈、自由結(jié)合鏈、自由旋轉(zhuǎn)鏈的均方末端距的計(jì)算。難點(diǎn)對的理解構(gòu)型、構(gòu)象等基本概念，高分子鏈的構(gòu)造、內(nèi)旋轉(zhuǎn)與鏈柔性之間的關(guān)系。區(qū)別單鏈連柔性與材料的鏈柔性的不同之處。聚合物的凝聚態(tài)構(gòu)造（6學(xué)時(shí)）2.1非晶態(tài)構(gòu)造2.1.1無規(guī)線團(tuán)模型2.1.2局部有序模型2.2晶態(tài)2.2.1晶體構(gòu)造的基本概念2.2.2聚合物的晶體構(gòu)造2.2.3聚合物的結(jié)晶形態(tài)2.2.4晶態(tài)聚合物的構(gòu)造模型2.2.5結(jié)晶度和微晶尺寸2.3液晶態(tài)2.3.1液晶的化學(xué)構(gòu)造2.3.2分子構(gòu)造對液晶行為的影響2.3.3液晶的表征2.3.4液晶的流變性2.4聚合物的取向構(gòu)造2.4.1取向機(jī)理2.4.2取向度2.5高分子合金的形態(tài)構(gòu)造2.5.1相容性2.5.2形態(tài)基本規(guī)定掌握內(nèi)聚能密度的概念，內(nèi)聚能密度大小與分子間作用力之間的關(guān)系；結(jié)晶度的概念、測定辦法和計(jì)算辦法；取向和解取向的概念、機(jī)理以及取向?qū)Ω呔畚镄阅艿挠绊?。理解晶體構(gòu)造的基本概念，聚合物（聚乙烯、聚丙烯）的晶體構(gòu)造，聚合物的結(jié)晶形態(tài)、晶態(tài)高聚物的構(gòu)造模型；理解非晶態(tài)和液晶態(tài)高聚物的構(gòu)造。掌握高分子合金相容性、形態(tài)和性能之間的關(guān)系。重點(diǎn)掌握內(nèi)聚能密度的概念，內(nèi)聚能密度大小與分子間作用力之間的關(guān)系；結(jié)晶度的概念、測定辦法和計(jì)算辦法；取向和解取向的概念、機(jī)理以及取向?qū)Ω呔畚镄阅艿挠绊憽ｋy點(diǎn)對的理解和掌握聚合物的取向和解取向的概念、聚合物的結(jié)晶態(tài)和取向態(tài)之間的區(qū)別。理解晶態(tài)、非晶態(tài)和液晶態(tài)高聚物的構(gòu)造。高分子溶液（7學(xué)時(shí)）3.1聚合物的溶解3.1.1溶解過程3.1.2溶度參數(shù)3.1.3溶劑對聚合物溶解能力的鑒定3.2柔性鏈高分子溶液的熱力學(xué)理論3.2.1Flory-Huggins晶格模型理論3.3高分子溶液的相平衡3.3.1滲入壓3.3.2相分離3.4聚合物的濃溶液基本規(guī)定掌握高分子溶液、溶度參數(shù)的基本概念，求取高聚物溶度參數(shù)的實(shí)驗(yàn)辦法和計(jì)算辦法；不同的線型高聚物（結(jié)晶、非晶、極性、非極性）的溶解特性和交聯(lián)高聚物的溶脹；高分子稀溶液的Huggins參數(shù)、混合熱、混合熵、混合自由能和化學(xué)位體現(xiàn)式。掌握超額化學(xué)位、θ溶劑、θ溶液、滲入壓的概念和高分子濃溶液、凝膠和凍膠等基本概念。重點(diǎn)重點(diǎn)規(guī)定掌握高分子溶液、溶度參數(shù)的基本概念；不同的線型高聚物（結(jié)晶、非晶、極性、非極性）的溶解特性和交聯(lián)高聚物的溶脹；高分子稀溶液的Huggins參數(shù)、混合熱、混合熵、混合自由能和化學(xué)位體現(xiàn)式。難點(diǎn)對的理解和掌握溶度參數(shù)、凝膠和凍膠的基本概念。區(qū)別不同的線型高聚物（結(jié)晶、非晶、極性、非極性）的溶解特性和交聯(lián)高聚物的溶脹特性。聚合物的分子量和分子量分布（5學(xué)時(shí)）4.1聚合物分子量的統(tǒng)計(jì)意義4.1.1聚合物分子量的多分散性4.1.2統(tǒng)計(jì)平均分子量4.1.3分子量分布寬度4.2聚合物分子量的測定辦法4.2.1端基分析4.2.2氣相滲入法（VPO）4.2.3滲入壓法（或膜滲入法）4.2.44.3聚合物分子量分布的測定辦法4.3.l沉淀與溶解分級4.3.2凝膠滲入色譜（GPC）基本規(guī)定掌握不同分子量和分子量分布寬度的表達(dá)辦法，理解分子量的微分分布曲線和積分分布曲線。掌握端基分析法、沸點(diǎn)上升法、冰點(diǎn)減少法、蒸氣壓下降法、膜滲入壓法、粘度法和凝膠滲入色譜法（GPC）測定聚合物分子量的原理和辦法。掌握Mark-Houwink方程、GPC辦法中的普適校正曲線、校正曲線以及第二維利系數(shù)等內(nèi)容。重點(diǎn)重點(diǎn)掌握膜滲入壓法、粘度法和凝膠滲入色譜法（GPC）測定聚合物分子量的原理和實(shí)驗(yàn)辦法。掌握Mark-Houwink方程、GPC辦法中的普適校正曲線。難點(diǎn)對的理解和掌握不同分子量和分子量分布寬度的表達(dá)辦法。區(qū)別凝膠滲入色譜法（GPC）測定聚合物分子量的中的普適校正曲線和校正曲線。第五章聚合物的轉(zhuǎn)變與松弛（7學(xué)時(shí)）5.1聚合物分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)5.1.1運(yùn)動(dòng)單元的多重性5.1.2分子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間依賴性5.1.3分子運(yùn)動(dòng)的溫度依賴性5.2玻璃化轉(zhuǎn)變5.2.1玻璃化溫度的測量5.2.2玻璃化轉(zhuǎn)變理論：自由體積理論5.2.3玻璃化溫度的影響因素和調(diào)節(jié)途徑5.3結(jié)晶行為和結(jié)晶動(dòng)力學(xué)5.3.1分子構(gòu)造和結(jié)晶能力、結(jié)晶速度5.3.2結(jié)晶動(dòng)力學(xué)：Avrami方程5.4結(jié)晶熱力學(xué)5.4.l熔融過程和熔點(diǎn)5.4.2影響Tm因素基本規(guī)定理解高分子運(yùn)動(dòng)單元的多重性、分子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間依賴性和溫度依賴性。規(guī)定掌握非晶共高聚物、結(jié)晶高聚物的溫度-形變曲線以及分子量對溫度-形變曲線的影響；Tg的影響因素、Tg的測定、Tg轉(zhuǎn)變的自由體積理論；聚合物結(jié)晶能力與構(gòu)造的關(guān)系。掌握均相成核、異相成核的概念、結(jié)晶速度的表達(dá)辦法、結(jié)晶速度和溫度的關(guān)系。掌握熔點(diǎn)的概念、以及影響聚合物Tm的因素。掌握次級轉(zhuǎn)變的概念。重點(diǎn)非晶共高聚物、結(jié)晶高聚物的溫度-形變曲線以及分子量對溫度-形變曲線的影響；理解高分子運(yùn)動(dòng)單元的多重性、分子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間依賴性和溫度依賴性的影響因素。Tg的影響因素、Tg的測定、Tg轉(zhuǎn)變的自由體積理論；聚合物結(jié)晶能力與構(gòu)造的關(guān)系。熔點(diǎn)的概念、以及影響聚合物Tm的因素。難點(diǎn)對的理解高分子運(yùn)動(dòng)單元的多重性、分子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間依賴性和溫度依賴性。區(qū)別力學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和相變溫度（Tm）。Tg和Tm的影響因素。第六章橡膠彈性（5學(xué)時(shí)）6.1形變類型及描述力學(xué)行為的基本物理6.2熱力學(xué)分析6.3統(tǒng)計(jì)理論：交聯(lián)橡膠狀態(tài)方程6.4影響因素6.4.l交聯(lián)網(wǎng)彈性模量與其構(gòu)造關(guān)系6.4.2溶脹效應(yīng)6.4.3交聯(lián)網(wǎng)極限性質(zhì)與構(gòu)造關(guān)系6.5熱塑性彈性體基本規(guī)定理解橡膠彈性的特性、橡膠彈性與構(gòu)造之間的關(guān)系，掌握泊松比、楊氏模量、切變模量的概念。重點(diǎn)掌握橡膠彈性的熱力學(xué)分析、交聯(lián)橡膠狀態(tài)方程。掌握熱塑性彈性體的概念，嵌段共聚熱塑性彈性體的構(gòu)造、使用的上下限溫度。重點(diǎn)橡膠彈性的熱力學(xué)分析、交聯(lián)橡膠狀態(tài)方程。嵌段共聚熱塑性彈性體的構(gòu)造、使用的上下限溫度。難點(diǎn)理解和掌握橡膠彈性的熱力學(xué)分析、嵌段共聚熱塑性彈性體的構(gòu)造和使用的上下限溫度。聚合物的粘彈性（8學(xué)時(shí)）7.1粘彈性現(xiàn)象：1.蠕變2.應(yīng)力松弛3.滯后現(xiàn)象與內(nèi)耗7.2粘彈性的數(shù)學(xué)描述7.2.l力學(xué)模型：l.Maxwell模型2.Kelvin模型3.多元件模型7.2.2Boltzmann疊加原理7.3粘彈性的溫度依賴性一時(shí)溫等效原理7.4粘彈性的研究辦法7.4.l扭擺法和扭辮法7.4.2動(dòng)態(tài)粘彈譜儀和動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀7.5動(dòng)態(tài)力學(xué)譜研究聚合物的分子構(gòu)造和分子運(yùn)動(dòng)基本規(guī)定掌握蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和內(nèi)耗的基本概念，線性和抱負(fù)交聯(lián)高聚物的蠕變和回復(fù)曲線；線性和交聯(lián)高聚物的應(yīng)力松弛曲線，聚合物內(nèi)耗-溫度曲線；聚合物構(gòu)造與內(nèi)耗之間的關(guān)系；Boltzmann疊加原理、時(shí)溫等效原理；會(huì)用WLF方程進(jìn)行計(jì)算。理解描述粘彈性的力學(xué)模型。掌握粘彈性的研究辦法和動(dòng)態(tài)力學(xué)譜研究聚合物的構(gòu)造和分子運(yùn)動(dòng)。重點(diǎn)蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和內(nèi)耗的基本概念，線性和抱負(fù)交聯(lián)高聚物的蠕變和回復(fù)曲線；線性和交聯(lián)高聚物的應(yīng)力松弛曲線，聚合物內(nèi)耗-溫度曲線；聚合物構(gòu)造與內(nèi)耗之間的關(guān)系；Boltzmann疊加原理、時(shí)溫等效原理；WLF方程。難點(diǎn)對的理解蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和內(nèi)耗的基本概念，聚合物構(gòu)造與內(nèi)耗之間的關(guān)系。聚合物的屈服和斷裂（6學(xué)時(shí)）8.1聚合物的塑性和屈服8.1.1應(yīng)力一應(yīng)變曲線：1.非晶態(tài)聚合物2.晶態(tài)聚合物3.取向聚合物8.1.2剪切帶的構(gòu)造形態(tài)8.1.3銀紋8.2聚合物的斷裂和強(qiáng)度8.2.1脆性斷裂和韌性斷裂8.2.2聚合物的強(qiáng)度8.2.3斷裂理論8.2.4影響聚合物強(qiáng)度的因素和增強(qiáng)1.內(nèi)因（構(gòu)造因素）與外因（溫度和拉伸速率）2.增強(qiáng)途徑與機(jī)理8.2.5沖擊強(qiáng)度與增韌1.沖擊強(qiáng)度的概念2.增韌途徑與機(jī)理3.影響聚合物沖擊強(qiáng)度的因素基本規(guī)定掌握楊氏模量、屈服強(qiáng)度、屈服伸長、斷裂強(qiáng)度（拉伸強(qiáng)度）、斷裂伸長、斷裂能、應(yīng)變硬化、應(yīng)變軟化、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度的概念。掌握強(qiáng)迫高彈形變、非晶和結(jié)晶高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、銀紋屈服和剪切屈服機(jī)理。理解脆性斷裂、韌性斷裂以及斷裂面的形態(tài)、斷裂機(jī)理。掌握影響聚合物拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的因素。重點(diǎn)重點(diǎn)掌握強(qiáng)迫高彈形變的概念，非晶和結(jié)晶高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、銀紋屈服和剪切屈服機(jī)理。影響聚合物拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的因素。難點(diǎn)對的理解和掌握強(qiáng)迫高彈形變和高彈形變的異同之處。區(qū)別和理解銀紋屈服和剪切屈服機(jī)理。第九章聚合物的流變性（6學(xué)時(shí)）9.1牛頓流體和非牛頓流體9.1.1牛頓流體9.1.2非牛頓流體9.1.3聚合物的粘性流動(dòng)9.2聚合物熔體的切粘度9.2.1測定辦法：1.落球粘度計(jì)2.毛細(xì)管粘度計(jì)3.旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)9.2.2影響因素及分子解釋1.分子構(gòu)造與熔體構(gòu)造2.共混3.溫度、切應(yīng)力、切變速率和液壓9.3聚合物熔體的彈性體現(xiàn)9.3.l可回復(fù)的切形變9.3.2動(dòng)態(tài)粘度9.3.3法向應(yīng)力效應(yīng)9.3.4擠出物脹大9.3.5不穩(wěn)定流動(dòng)9.4拉伸粘度基本規(guī)定掌握牛頓流體、非牛頓流體、假塑性流體、脹塑性流體和表觀粘度的概念。聚合物的普適流動(dòng)曲線，剛性高聚物和柔性高聚物的粘流活化能大小以及粘度對