高分子物理讲义(参考)

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1、绪论高分子物理研究的主要内容：1.高分子化合物的结构：构造、构型、构象和形态。2.高分子化合物的性能：低分子化合物所不具备的一些独特性能：粘弹性、高弹性、可塑性、成纤性、成膜性……。高分子化合物作为材料的性能：力学性能、热学性能、电学性能、光学性能……。3.高分子化合物的分子运动：它是连接结构与性能之间关系的钮带。由于高分子结构的复杂性和不均一性，高分子的运动样式是多种多样，千变万化的。用经典的力学方法研究高分子的运动有着难以克服的困难。只有用统计力学的方法才可以比较容易地描述高分子的运动，通过对分子运动的理解我们可以建立起高分子的结构与性能之间的内在联系。第

2、一章高分子的链结构§1-1高分子的结构层次聚合物的结构：是指组成高分子的不同尺度的结构单元在空间的相对排列。高分子化合物具有特殊的结构，与小分子化合物相比有以下一些特点：1．具有长链状大分子结构。这个链状大分子是由许多结构单元通过共价键相联接而成的（n=103-105，M=104-106）。一般情况下，大分子链是线型的（Linear）和支化型的（Branched），在某些情况下大分子链之间可以通过化学键联接形成网状结构（Crosslinkingnetwork）。2．具有结构的不均一性。如：分子量不均一性、结构单元键接顺序的不均一性、空间构型的不均一性，对于共聚

3、物来说，还存在共聚组成的不均一性和序列结构分布的不均一性。3．高分子一旦交联，即使交联度很小，聚合物的性能也会发生很大变化：不溶不熔。4．大部分高分子的主链具有一定的内旋转自由度，从而使大分子链卷曲，表现出一定的柔性。而且由于分子的热运动，分子链的形状在不断地变化。但是如果分子主链不能发生内旋转，或者结构单元之间具有强烈的相互作用，大分子链则成为刚性链。5．聚合物的聚集态有晶态和非晶态之分，但与小分子的晶态和液态不同。高分子结晶的有序程度要低于低分子晶体，而它的非晶态的有序性则要高于小分子的非晶态。高分子的整体结构可以被划分为不同的结构层次：1．由于聚合物的分

4、子链包含很多结构单元，因此结构单元间的相互作用对其聚集态结构与物理性能有着十分重要的影响2．要使高聚物加工成有用的材料，往往需要加入各种助剂。 对于这样复杂的聚合物结构，我们主要从两方面由浅入深地进行研究一、高分子的链结构（单个高分子的化学结构和立体化学结构，以及高分子的大小和形态）（1）近程结构(一次结构)——是组成高分子的最基本的微观结构。它主要包含构造（consitution）和构型（configuration）两部分，这部分结构范围包括：a.分子链中原子的类型及排列；b．结构单元的连接方式；b.链结构的成份（共聚组成及序列）；d．支化、交联和端基；e．

5、构型（取代基在空间的排列）；所以有人又将近程结构称之为“化学结构”。一次结构一旦确定，聚合物的最基本性能也就决定了。（2）远程结构(二次结构)——主要研究分子链的大小和在空间的几何形状，也称为“构象”（conformation）。大分子链上具有许多单键（σ键，电子云围绕键轴对称），它们可以发生内旋转，从而使大分子链呈卷曲状态。同时，由于分子的热运动，大分子的卷曲状态不断变化，使大分子可以呈现出各种各样的空间几何形状（构象）。最典型的有：伸直链，无规线团，折叠链，螺旋链......（5页，图1-1）。（3）聚集态结构——是指高分子材料整体内部的结构，它分为三次结

6、构和高次结构。将在第二章讨论。三次结构包括：晶态结构、非晶态结构、取向态结构和液晶态结构。它主要描述高分子聚集体内大分子链之间的排列和堆砌情况。高次结构又称“织态结构”，它研究的是高分子材料加工成型时各种添加物与聚合物之间、不同的高聚物之间是如何堆砌排列的。聚集态结构主要是在材料的成型加工过程中形成的。它在聚合物的微观结构和宏观性能之间起着联系作用，是决定聚合物材料使用性能的主要因素。通过以上的讨论，我们可以这样来理解高分子材料的结构：首先由一些具有不同原子组成的单体通过反应形成了由结构单元按一定方式连接而成的高分子链（即为一次结构）；这些高分子链有长有短，而

7、且由于主链上单键的内旋转使得大分子链在空间呈现出不同的几何形状（由此形成了二次结构）；通过一定的成型加工方法或者通过共混、复合等方法使大分子链排列堆砌形成制品（聚集态结构）。所以高分子的结构是由这几个结构层次组成的一个完整的整体，高聚物所表现出的性能也是各个结构层次对性能的综合贡献。其中，一次结构和二次结构间接地决定了高聚物的基本性能，而聚集态结构则直接影响到聚合物的使用性能。§1-2.高分子的近程结构近程结构——一次结构——化学结构，是组成高分子的最基本的微观结构，它对高分子的基本性能起到决定性的作用。我们对它所涉及的内容具体展开讨论：一、分子链的化学组成形

8、成大分子主链的元素一般都落在元素周期表