高分子物理講義

1、緒論高分子物理研究的主要內(nèi)容高分子物理研究的主要內(nèi)容：1.高分子化合物的結(jié)構(gòu)：構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)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(dú)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(xué)性能、熱學(xué)性能、電學(xué)性能、光學(xué)性能……。3.高分子化合物的分子運(yùn)動：它是連接結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的鈕帶。由于高分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不均一性，高分子的運(yùn)動樣式是多種多樣，千變?nèi)f化的。用經(jīng)典的力學(xué)方法研究高分子

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

3、結(jié)構(gòu)范圍包括：a.分子鏈中原子的類型及排列；b結(jié)構(gòu)單元的連接方式；b.鏈結(jié)構(gòu)的成份（共聚組成及序列）；d支化、交聯(lián)和端基；e構(gòu)型（取代基在空間的排列）；所以有人又將近程結(jié)構(gòu)稱之為“化學(xué)結(jié)構(gòu)”。一次結(jié)構(gòu)一旦確定，聚合物的最基本性能也就決定了。（2）遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)(二次結(jié)構(gòu))——主要研究分子鏈的大小和在空間的幾何形狀，也稱為“構(gòu)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(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使大分子鏈呈卷

4、曲狀態(tài)。同時，由于分子的熱運(yùn)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(gòu)象）。最典型的有：伸直鏈，無規(guī)線團(tuán)，折疊鏈，螺旋鏈......（5頁，圖11）。（3）聚集態(tài)結(jié)構(gòu)——是指高分子材料整體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，它分為三次結(jié)構(gòu)和高次結(jié)構(gòu)。將在第二章討論。三次結(jié)構(gòu)包括：晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)和液晶態(tài)結(jié)構(gòu)。它主要描述高分子聚集體內(nèi)大分子鏈之間的排列和堆砌情況。高次結(jié)構(gòu)又稱“織態(tài)結(jié)構(gòu)”，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)：首先由一些具有不同原子組成的單體通過反應(yīng)形成了由結(jié)構(gòu)單元按一定方式連接而成的高分子鏈（即為一次結(jié)構(gòu)）；這些高分子鏈有長有短，而且由于主鏈上單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)）；通過一定的成型加工方法或者通過共混、復(fù)合等方法使大分子鏈排列堆砌形成制品（聚集態(tài)結(jié)構(gòu)）。所以高分子的結(jié)構(gòu)是由這幾個結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)層次對性能的綜合貢獻(xiàn)。其中，一次結(jié)構(gòu)和二次結(jié)構(gòu)間接地決定了高聚物的基本性能，而聚集態(tài)結(jié)構(gòu)則直接影響到聚合物的使用性能。12.12.高分子的近程結(jié)構(gòu)高分子的近程結(jié)構(gòu)近程結(jié)構(gòu)——一次結(jié)構(gòu)——化學(xué)結(jié)構(gòu)，是組成高分子的最基本的微觀結(jié)構(gòu)，它對高分子的基本性能

7、起到?jīng)Q定性的作用。我們對它所涉及的內(nèi)容具體展開討論：一、分子鏈的化學(xué)組成一、分子鏈的化學(xué)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(jù)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(xì)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..