课程概述

高分子物理是研究高分子结构与性能的一门科学,是化学化工类高分子专业学生的一门专业必修课。它以无机化学、有机化学、物理化学和分析化学等四大化学、以及高分子化学为基础,同时也为后续高分子课程如高分子流变学、高聚物成型加工原理、塑料成型机械、塑料模具设计打下必要的理论基础。

 本门课程主要学习有关高分子物理的基本概念,多级结构、分子运动、相变、机械性能、溶液、结晶等内容。课程将培养学生牢固地掌握高分子物理的基础知识,教授分析问题的思路和方法,提高解决问题的能力,并引导学生对高分子科学和相关领域的兴趣,鼓励以后从事相关的研究和工作。

高分子物理课程的目的:1)通过对高分子的物理性质相关知识的综合学习,使学生能掌握高分子物理的基本概念,进一步拓宽高分子领域的知识面;2)高分子物理的许多相关知识点对于高分子材料与工程专业后续课程如高分子流变学、高分子加工、以及毕业设计等具有铺垫作用。

知识就是力量,对知识的感悟可以改变固有思维模式,帮助建立新的世界观,希望通过该课程在下面几个方面能学以致用。1)初步具备分析高分子材料在合成制备、成型加工、工艺改进、应用与寿命评价等方面的科学与工程问题的能力,建立对高分子科学与工程问题的学习兴趣;2)初步具备分析高分子材料在合成制备、成型加工、工艺改进、应用与寿命评价等方面的科学与工程问题的能力;3)初步建立高分子材料与工程的知识框架,理解高分子材料分子结构-微观结构-宏观材料性能之间的关系,为高分子材料的性能测试与加工打下基础;4)建立起从空间静态和时间动态相结合的思维方式,掌握研究高分子多级结构和性能的动态变化的方法,培养解决复杂科学与工程问题的基本能力,建立动态和多元化的认知观。



证书要求

该课程采用平时测验和作业、专题汇报考核和学业考试等来进行学习成绩评定。

其中,学业考试采用闭卷的形式进行,共占40%

平时随堂测验15-20次,每次权重不超过1%,共占15%

有效课堂回答和问题讨论表现共占5%

课后作业10%;

分组专题汇报(他组同学评价分数15%+教师评价分数10%)以及评他组表现(5%)共占30%

预备知识

先修课程高等数学、大学物理、有机化学、物理化学、高分子化学

后续课程:高分子流变学、高聚物成型加工原理、塑料成型机械、塑料模具设计

 

授课大纲

教学内容和教学要求

®”:重点内容;“¯”:难点;“²”重点和难点。

1.绪论

   教学要求:本单元要求学生了解高分子物理的基本概念、学科范畴、发展历史、应用及前沿,重点理解高分子的多级结构及时空动态变化,并清晰高分子物理学发展的历程、发展趋势当前应用及前沿问题。

   教学内容:

    1)高分子物理学学科范畴和基本概念

2¯高分子的多级结构

3¯高分子结构的时空动态变化

4)高分子物理学在高分子合成、加工和应用中的指导作用

5)高分子物理学的发展历史

6®高分子物理学的应用

7)高分子物理学发展趋势及前沿问题

2.高分子链结构

   教学要求:本单元要求学生掌握聚合物结构的特点,掌握聚合物近程结构和远程结构的概念,掌握高分子链的化学组成、构型、分子构造以及共聚物的序列结构,了解高分子链尺寸的表示方法,掌握高分子链的内旋转构象及柔顺性,了解均方末端距的几何计算法和统计计算法,掌握高分子链的柔顺性的表征及影响柔顺性的因素。初步了解聚合物分子结构对聚合物性能的影响。重点介绍聚合物结构的特点,高分子链的构型,高分子链的内旋转构象,柔顺性及其表征。

   教学内容:

1)聚合物结构的特点及结构层次

2²高分子链的近程结构

3²高分子链的远程结构

3.高分子聚集态结构

教学要求:本单元要求学生掌握聚合物内聚能密度的概念,了解晶态和非高晶态聚合物的凝聚态结构模型,掌握高分子液晶的结构及特点,掌握聚合物的取向结构及取向机理,掌握多组分聚合物的结构特点以及对聚合物性能的影响。重点讲解内聚能密度,聚合物结晶的形态和高分子链在晶体中的构象。

   教学内容:

1)聚合物分子间作用力

2®凝聚态结构模型

3²结晶的形态和结构

4)高分子液晶

5)聚合物的取向结构

6)多组分聚合物

4.高分子分子量及分布

   教学要求:本单元要求学生掌握分子量的各种定义和测试方法、掌握数均、重均、粘均分子量的,以及相应的测试方法,重点讲述核磁法、尺寸排除色谱法、光散射法、粘度法。

   教学内容:

1®分子量的各种定义

2)各种分子量的测试方法以及适用范围

3)核磁法

4²尺寸排除色谱法

5²光散射法

6)粘度法

5高聚物的转变与松弛

   教学要求:本单元要求学生掌握聚合物分子运动的特点,尤其是运动单元的多重性和时间依赖性,掌握聚合物的力学状态和转变。掌握聚合物玻璃化转变的概念,了解玻璃化转变温度的测定方法,了解玻璃化转变理论,掌握影响玻璃化转变温度的因素。掌握高分子结构与结晶能力的关系,掌握结晶速度的表示方法,掌握影响结晶速度的因素,掌握结晶聚合物的熔融与熔点,掌握影响熔点的因素。重点介绍聚合物分子运动的特点,聚合物的力学状态和转变,影响玻璃化转变温度的因素,玻璃化转变温度的测量,聚合物的结晶与熔融。

   教学内容:

1²聚合物的分子运动

2²聚合物的玻璃化转变

3)聚合物结晶与熔融

6.高聚物的高弹性与粘弹性

   教学要求:本单元要求学生掌握聚合物高弹性特点及热力学本质;掌握聚合物粘弹性特点及流变学本质。

   教学内容:

1®掌握聚合物高弹性特点

2¯聚合物高弹性的热力学本质。

3®聚合物的粘弹性

4¯聚合物粘弹性的流变学本质

7聚合物熔体的流变性

   教学要求:本单元要求学生掌握高聚物粘性流动的特点;高聚物流动的本质和特点;掌握聚合物黏性流动的特点,掌握影响黏流温度的因素,了解聚合物熔体的流动曲线和聚合物流动性的表征;了解高聚物流动的表征和弹性效应。掌握影响熔体黏度的因素。重点介绍高聚物粘性流动的特点;熔体挤出的弹性效应;流动曲线分析。

   教学内容:

1®高聚物粘性流动

2)高聚物流动的的弹性效应

3)高聚物流动的表征

8聚合物的力学强度

   教学要求:本单元要求学生掌握聚合物的拉伸行为,了解聚合物的屈服判据,掌握影响聚合物强度的因素,掌握聚合物增强的原理和方法。掌握橡胶弹性的特点,掌握橡胶弹性的热力学分析,掌握橡胶弹性的统计理论,掌握橡胶弹性的影响因素,了解改善橡胶性能的措施。掌握聚合物黏弹性、蠕变、应力松弛、滞后等概念,掌握黏弹性的数学描述,掌握时温等效原理,掌握聚合物的松弛转变及分子机理,了解聚合物黏弹性的实验研究方法。重点介绍不同类型聚合物的拉伸行为,影响聚合物拉伸强度的因素,聚合物增强的方法和原理;橡胶弹性的热力学分析,橡胶弹性的统计理论;聚合物的黏弹性,黏弹性的数学描述,时温等效原理。

   教学内容:

1®聚合物的屈服与断裂

2)橡胶弹性

3²聚合物的黏弹性

9高分子溶液

   教学要求:本单元要求学生掌握聚合物的溶解过程及溶解的特点,掌握溶剂的选择方法。掌握Flory-Huggins高分子溶液理论,了解Flory-Krigbaum稀溶液理论。了解纺丝液、凝胶和冻胶、聚合物的增塑。掌握聚电解质溶液的概念,掌握聚电解质溶液的黏度及渗透压与溶液黏度的关系,了解聚电解质溶液的应用。重点介绍聚合物溶解过程的特点,Flory-Huggins高分子溶液理论,θ温度,高分子溶液的过量化学位,聚电解质在溶液中的形态及聚电解质溶液的特点。

   教学内容:

1®聚合物的溶解

2®高分子溶液的热力学性质

3)高分子浓溶液

4)聚电解质溶液

参考资料

选用教材

[1] 华幼卿、金日光主编高分子物理(第四版),化学工业出版社,2013

必读书目

[1] 何曼君主编高分子物理(第三版),复旦大学出版社, 2007

[2] 陆云、左晓兵主编高分子导论,南京大学出版社,2014

选读书目

[1] Hiemenz PC, Lodge TP. Polymer Chemistry2nd ed.),CRC Press, 2007

[2]Sperling LH. Introduction to Physical Polymer Science4th ed.,John Wiley & Sons, 2006

[3] 殷敬华,莫志深主编现代高分子物理学(上、下),科学出版社,2001

[4] 迈克尔 鲁宾斯坦,拉尔夫 H. 科尔比主编,励杭泉译,《高分子物理》,化学工业出版社,2007

网课推荐:

    [1] 华南理工大学高分子物理 https://www.icourses.cn/sCourse/course_6250.html 或https://www.bilibili.com/video/av75910319?p=75

    [2] 浙江大学高分子物理        https://www.icourses.cn/sCourse/course_4280.html 或  https://www.bilibili.com/video/av68921234?p=1