高分子物理講義

1、緒論高分子物理研究的主要內容高分子物理研究的主要內容：1.高分子化合物的結構：構造、構型、構象和形態(tài)。2.高分子化合物的性能：低分子化合物所不具備的一些獨特性能：粘彈性、高彈性、可塑性、成纖性、成膜性……。高分子化合物作為材料的性能：力學性能、熱學性能、電學性能、光學性能……。3.高分子化合物的分子運動：它是連接結構與性能之間關系的鈕帶。由于高分子結構的復雜性和不均一性，高分子的運動樣式是多種多樣，千變萬化的。用經典的力學方法研究高分子

2、的運動有著難以克服的困難。只有用統(tǒng)計力學的方法才可以比較容易地描述高分子的運動，通過對分子運動的理解我們可以建立起高分子的結構與性能之間的內在聯(lián)系。對于這樣復雜的聚合物結構，我們主要從兩方面由淺入深地進行研究一、高分子的鏈結構（單個高分子的化學結構和立體化學結構，以及高分子的大小和形態(tài)）（1）近程結構(一次結構)——是組成高分子的最基本的微觀結構。它主要包含構造（consitution）和構型（configuration）兩部分，這部分

3、結構范圍包括：a.分子鏈中原子的類型及排列；b結構單元的連接方式；b.鏈結構的成份（共聚組成及序列）；d支化、交聯(lián)和端基；e構型（取代基在空間的排列）；所以有人又將近程結構稱之為“化學結構”。一次結構一旦確定，聚合物的最基本性能也就決定了。（2）遠程結構(二次結構)——主要研究分子鏈的大小和在空間的幾何形狀，也稱為“構象”（confmation）。大分子鏈上具有許多單鍵（σ鍵，電子云圍繞鍵軸對稱），它們可以發(fā)生內旋轉，從而使大分子鏈呈卷

4、曲狀態(tài)。同時，由于分子的熱運動，大分子的卷曲狀態(tài)不斷變化，使大分子可以呈現(xiàn)出各種各樣的空間幾何形狀（構象）。最典型的有：伸直鏈，無規(guī)線團，折疊鏈，螺旋鏈......（5頁，圖11）。（3）聚集態(tài)結構——是指高分子材料整體內部的結構，它分為三次結構和高次結構。將在第二章討論。三次結構包括：晶態(tài)結構、非晶態(tài)結構、取向態(tài)結構和液晶態(tài)結構。它主要描述高分子聚集體內大分子鏈之間的排列和堆砌情況。高次結構又稱“織態(tài)結構”，它研究的是高分子材料加工成

5、型時各種添加物與聚合物之間、不同的高聚物之間是如何堆砌排列的。聚集態(tài)結構主要是在材料的成型加工過程中形成的。它在聚合物的微觀結構和宏觀性能之間起著聯(lián)系作用，是決定聚合物材料使用性能的主要因素。通過以上的討論，我們可以這樣來理解高分子材料的結構：首先由一些具有不同原子組成的單體通過反應形成了由結構單元按一定方式連接而成的高分子鏈（即為一次結構）；這些高分子鏈有長有短，而且由于主鏈上單鍵的內旋轉使得大分子鏈在空間呈現(xiàn)出不同的幾何形狀（由此形

6、成了二次結構）；通過一定的成型加工方法或者通過共混、復合等方法使大分子鏈排列堆砌形成制品（聚集態(tài)結構）。所以高分子的結構是由這幾個結構層次組成的一個完整的整體，高聚物所表現(xiàn)出的性能也是各個結構層次對性能的綜合貢獻。其中，一次結構和二次結構間接地決定了高聚物的基本性能，而聚集態(tài)結構則直接影響到聚合物的使用性能。12.12.高分子的近程結構高分子的近程結構近程結構——一次結構——化學結構，是組成高分子的最基本的微觀結構，它對高分子的基本性能

7、起到決定性的作用。我們對它所涉及的內容具體展開討論：一、分子鏈的化學組成一、分子鏈的化學組成形成大分子主鏈的元素一般都落在元素周期表的IVBVIB主族，如：碳、氧、硅、氮、硫、等，其中以碳為主。根據大分子主鏈上原子的類型及排列情況，可分為全同鏈和雜鏈，細分可以把大分子鏈分成以下五種：1，碳鏈狀高分子，碳鏈狀高分子（carbonchainpolymer）——CCCCCCCC——乙烯基聚合物都屬于此類（PS、PE、PP、PMMA、PVC..