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高分子物理学_吴其晔_第四章聚合物的高弹性

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高分子物理学(吴其晔)课后答案

高分子物理学(吴其晔)课后答案

高分子物理答案详解（第三版）第1章高分子的链结构1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型。

等。

2．构象与构型有何区别？聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的，通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯？为什么？答：（1）区别：构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化，而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列；构象的改变不需打破化学键，而构型的改变必须断裂化学键。

（2）不能，碳-碳单键的旋转只能改变构象，却没有断裂化学键，所以不能改变构型，而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。

3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象，而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象？答（1）由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小，产生排斥作用，使平面锯齿形（…ttt…）构象极不稳定，必须通过C-C键的旋转，形成31螺旋构象，才能满足晶体分子链构象能最低原则。

（2）由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开，相互间距离比范德华半径大，所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。

4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性？如何表征？答：（1）空间位阻参数（或称刚性因子），值愈大，柔顺性愈差；（2）特征比Cn，Cn值越小，链的柔顺性越好；（3）连段长度b，b值愈小，链愈柔顺。

5．聚乙烯分子链上没有侧基，内旋转位能不大，柔顺性好。

该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶？答：这是由于聚乙烯分子对称性好，容易结晶，从而失去弹性，因而在室温下为塑料而不是橡胶。

6.从结构出发，简述下列各组聚合物的性能差异：（1）聚丙烯睛与碳纤维；（2）无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯；（3）顺式聚1，4-异戊二烯（天然橡胶）与反式聚1，4-异戊二烯（杜仲橡胶）。

（4）高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。

(1)线性高分子梯形高分子(2 非晶高分子结晶性高分子(3)柔性(4)高密度聚乙烯为平面锯齿状链，为线型分子，模量高，渗透性小，结晶度高，具有好的拉伸强度、劲度、耐久性、韧性；低密度聚乙烯支化度高于高密度聚乙烯（每1000 个主链 C 原子中约含15～35 个短支链），结晶度较低，具有一定的韧性，放水和隔热性能较好；交联聚乙烯形成了立体网状的结构，因此在韧性、强度、耐热性等方面都较高密度聚乙烯和低密度聚乙烯要好。

高分子物理第四章ppt课件

高分子物理第四章ppt课件

▲理论依据
1
CED 12 E2
V
F H T S 0
即：溶解混合过程△S＞0；△H越小越好。
H N N 11 xx2 N 2 N V 1 V E 1 1 1 2 V E 2 2 1 2 2N N 11 xx2 N 2 N V 1 122
§4-2 溶剂的选择
O －＋ ＋－
H ＋－ －＋
～C－N－R－C－N～
H O ＋－ －＋ －＋ ＋－
O H －＋
＋－ ＋－
－＋
～N－C－R－N－C～
H ＋－ －＋
O －＋ ＋－
O －＋ ＋－
H ＋－ －＋
～C R N～
NO
H O ＋－
－＋ －＋
＋－
O －＋ ＋－
H ＋－ －＋
～C R N～ NO
H O ＋－
－＋
＋－
－＋
进而，△H取决于溶剂与溶质的溶解度参数之差值，两者越接近△H越小，溶解越容 易。
▲实际选择时的差值范围
12 1.5
▲溶解度参数的计算 查表法：教材P46表4-1、表4-2 结构式推算法：按下式查教材P48表5-25计算
1
2
E ' 2 V2
混合溶剂溶解度参数的计算：
1 Vii
§4-3 高聚物稀溶液的黏度
溶剂化原则：带有亲电子基团的高聚物溶解于带给电子基团的溶剂之中；或 带有给电子基团的高聚物溶解于带亲电子基团的溶剂之中
常见的亲电子基团：－SO2OH，－COOH，－C6H4OH，＝CHCN， ＝CHNO2，＝CHONO2，－CHCl2，－CH2Cl
常见的给电子基团：－CH2NH2，C6H4NH2，－CON(CH3)2， －CONH－，＝PO4，－CH2COCH2－， －CH2OCOCH－，－CH2－O－CH2－

高分子物理-聚合物的高弹性与黏弹性

高分子物理-聚合物的高弹性与黏弹性
第八章 聚合物的高弹性与黏弹性
• 非晶态聚合物在玻璃化温度以上时处于高
弹态，可以产生很大形变，如果高弹态聚 合物形成交联网络，不导致分子链产生滑 移，外力除去后大形变会完全恢复，这种 大形变的可逆性称为高弹性。
• 高分子材料的形变性质是与时间有关的，
这种关系介于理想弹性体和理想粘性体之 间，称为粘弹性 。
Fmix RT (n1 ln 1 n2 ln 2 n12 )
• 在体系中引入溶剂分子会导致：
• （1）由于溶胀时网链熵的减少，因而ΔFel
增加；
• （2）由于溶剂分子与网链的混合熵增加，
因而ΔFmix减少。
• 这两种变化彼此平衡时，便可得到溶胀平
衡的状态：
F n1
dQ TdS 也应该是负值，说明拉伸过 程中放出热量。
• 较精细的实验发现，当伸长率小于10
％时，f对T曲线的斜率变成负值，这 种现象称为热弹转变现象。
•
对实际高弹体，(
u l
)
T
,V
并不等于零。令
fu

(
u l
)T
,V
表示拉伸时橡胶内能的变化对张力的贡献。
• 拉伸时橡胶熵的变化对张力的贡献为：

l

F T
l, p T ,V



T
F l
T , p l,V
f T
l ,V
• 因此：
f

(
u l
)T
,V

T
(
f T
)l
,V
• 这就是橡胶热力学方程式。
•（f / T）l,V 的物理意义：在试样的长度和体

第四章2 高分子的高弹性

第四章2 高分子的高弹性

线性粘弹性：符合胡克定律的线性弹性行为和 符合牛顿定律的线性粘性行为的组合，则称线 性粘弹性。
高分子材料的高弹性和粘弹性
F
力学松弛 行为
静态粘弹性
蠕变 ：温度、应力一定，随时
间的延长形变增加。
聚合物粘弹性
动态粘弹性
应力松弛 ：温度、形变一定，应力
随时间延长而减小。
滞后 力学损耗（内耗）
图2.2 蠕变、应力松弛示意图.
1
τ=η/E
牛顿粘壶
d 2 2 dt
σ
Maxwell 模型受力分析
t=0
t 增大
t
2、蠕变
1、定义：一定温度、一定应力作用下，材料的形变 随时间延长而增加的现象。 若除掉外力，形变随时间变化而减小－－称为蠕 变回复。
1 2 3
0 t
高分子材料的蠕变曲线
t
高分子材料的高弹性和粘弹性
一、滞后现象
动态粘弹性
试样在交变应力作用下，应变的变化落 后于应力的变化的现象
汽车速度60公里/小时 轮胎某处受300次/分的周期应力作用。
ζ (t) ε(t)
σ0
(t ) 0 sin wt
(t ) 0 sin( wt - )

2
3
wt
对弹性材料：（t） 0 sin wt形变与时间t无关，与应力同相位 对牛顿粘性材料：（t） 0 sin( wt - )应变落后于应力 2 2
形变量一般～500%，可达1000%。普通金属材料的形 变量＜1％
高分子材料的高弹性和粘弹性
温度升高，弹性模量增大 ；
温度，链段运动加剧，回缩力，维持相同形变所需 的作用力 抵抗变形的能力升高。

高分子流变学 第四章

高分子流变学 第四章

郝文涛，合肥工业大学化工学院
20
熔体破裂现象之二
粘滑（stickslip） 在更高的挤出速度或压力下，出现粘滑转变(喷射流 动)； 其显著的特征为：毛细管内压力的振荡和由光滑与粗 糙交替组成的挤出物表面，其破裂形成的肋状物尺寸 小于挤出物直径的10%。 在控压挤出的流动曲线上能看到在临界应力下剪切速 率的突然跃升。
130s-1
1.0 μm
19
郝文涛，合肥工业大学化工学院
30
八、测量高聚物熔体弹性的意义
3.
对某些物理性能（如 光学性能）的影响
三种物料的熔体指数 MI与密度差别不大 LDPE A的弹性较大， LDPE B和LDPE C的 弹性基本相同 薄膜光泽度差异与弹 性差异基本一致
入口压力降 80 60 40 20 10 LDPE B LDPE C 剪切应力 150°C LDPE A
郝文涛，合肥工业大学化工学院
21
熔体破裂现象之三
整体波状破裂（wavy） 整体破裂，在短的毛细管中挤出物的变形程度可达 到与挤出物直径相当，出现不规则破碎。
郝文涛，合肥工业大学化工学院
22
补充内容：
发生整体破裂的临界剪切应力，只取决于聚合物熔体本 身，而与口模的直径、长度及其制造材料无关。 鲨鱼皮产生的临界条件依赖于：
郝文涛，合肥工业大学化工学院 16
补充材料：高分子流体的“缩骨功”
高分子溶液或熔体的分子一般都是长链分子，由于它们的长度 比它们的直径大得多，通常就像线团那样一团一团地蜷曲着。 然而当这些完全不规则的胖胖的线团不得不通过模具的小孔 时，由于体积不能变化，故只得把自己拉长（分子链被迫拉 伸）； 而一旦冲过模孔，它们便努力恢复自己原来自由松散的状态。 这就像武侠小说中的高手，有一种“缩骨功”，得以穿过本来无 法与人身体相适应的孔洞，过后又重新恢复正常一样。 高分子流体的这种弹性恢复一般在0.02秒里就能完成。 现代的科学手段进一步证实，它与法向应力之间也存在一定的 关系。 有了这些科学理论根据，人们就能更准确地制造高分子产品， 把它们的尺寸控制在我们所要求的范围之中。

高分子物理学(吴其晔)课后答案

高分子物理学(吴其晔)课后答案

高分子物理答案详解（第三版）第1章高分子的链结构1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型。

等。

2．构象与构型有何区别？聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的，通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯？为什么？答：（1）区别：构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化，而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列；构象的改变不需打破化学键，而构型的改变必须断裂化学键。

（2）不能，碳-碳单键的旋转只能改变构象，却没有断裂化学键，所以不能改变构型，而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。

3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象，而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象？答（1）由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小，产生排斥作用，使平面锯齿形（…ttt…）构象极不稳定，必须通过C-C键的旋转，形成31螺旋构象，才能满足晶体分子链构象能最低原则。

（2）由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开，相互间距离比范德华半径大，所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。

4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性？如何表征？答：（1）空间位阻参数（或称刚性因子），值愈大，柔顺性愈差；（2）特征比Cn，Cn值越小，链的柔顺性越好；（3）连段长度b，b值愈小，链愈柔顺。

5．聚乙烯分子链上没有侧基，内旋转位能不大，柔顺性好。

该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶？答：这是由于聚乙烯分子对称性好，容易结晶，从而失去弹性，因而在室温下为塑料而不是橡胶。

6.从结构出发，简述下列各组聚合物的性能差异：（1）聚丙烯睛与碳纤维；（2）无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯；（3）顺式聚1，4-异戊二烯（天然橡胶）与反式聚1，4-异戊二烯（杜仲橡胶）。

（4）高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。

(1)线性高分子梯形高分子(2 非晶高分子结晶性高分子(3)柔性(4)高密度聚乙烯为平面锯齿状链，为线型分子，模量高，渗透性小，结晶度高，具有好的拉伸强度、劲度、耐久性、韧性；低密度聚乙烯支化度高于高密度聚乙烯（每1000 个主链 C 原子中约含15～35 个短支链），结晶度较低，具有一定的韧性，放水和隔热性能较好；交联聚乙烯形成了立体网状的结构，因此在韧性、强度、耐热性等方面都较高密度聚乙烯和低密度聚乙烯要好。

高分子物理习题集

高分子物理习题集

《高分子物理习题集》刘喜军编著齐齐哈尔大学材料科学与工程系高分子材料与工程教研室2001．10．1目录绪论 ----------------------------------------1第一章高分子链的结构--------------------------2第二章高分子聚集态结构------------------------7第三章高聚物的分子运动和热转变---------------13第四章高聚物的弹性理论和力学松弛现象---------25第五章高聚物的屈服、断裂和强度---------------第六章聚合物熔体的粘流态及流变性------------第七章高分子溶液性质及其应用----------------第八章高聚物的电学性能---------------------- 6 0附录 ---------------------------------------6 0参考资料 ---------------------------------------6 0绪论1、高分子科学都研究哪些内容？2、高分子物理学是怎样的一门科学,其研究内容都包括哪些方面？3、高分子材料还存在哪些缺点？4、今后高分子材料发展的主要方向是什么？5、什么是天然高分子？什么是改性天然高分子？举例说明6、高分子学说与胶体缔合论争论的交点是什么？7、高分子物理学在高分子学说的创立过程中起到了哪些作用？8、高分子学说是何人何时提出的？其真正被人们所承认又是什么时候？9、H.Staudinger曾预言了哪些高分子的长链结构？10、在高分子科学史上三次获诺贝尔奖的都是何人？其主要成果各是什么？11、第一个人工合成的高分子材料是什么？12、首先人工合成的纤维、橡胶和塑料品种各是什么，具体是什么时间？第一章高分子链的结构一、基本概念：1、高聚物的结构；高分子链结构; 高聚物的聚集态结构2、近程结构；远程结构•3、一次结构；二次结构；三次结构；超分子结构4、交联度；支化度5、化学结构；物理结构6、键接异构；构型；几何异构；旋光异构；顺反异构7、热固性树脂；热塑性树脂8、全同立构；间同立构；无规立构9、有规立构；等规度10、序列；数均序列长度；序列分布11、构象；链段；柔顺性；无规线团12、自由结合链；自由旋转链；真实高分子链；等效自由结合链；高斯链13、近程相互作用；远程相互作用14、末端距；均方回转半径；均方末端距；无扰尺寸15、极限特征比；刚性因子（σ、A）16、IPN；Semi-IPN二、分析判断题1、由于构型和构象都是指分子中原子或基团在空间的不同排列，因此二者并无区别( )2、由于聚乙烯醇分子链每隔一个碳原子便出现一个不对称碳原子，即聚乙烯醇是等规立构高分子，因此可以结晶( )3、任何一种“无规线团”状高分子链都可以按等效自由结合链处理( )4、等规聚丙稀大分子链在晶体中呈螺旋构象( )5、所谓“自由连接链”就是链段长度等于键长的高分子链( )6、所谓“自由旋转链”就是内旋转角不受限制的高分子链( )7、任何高聚物的刚柔性，均与其大分子链的柔顺性是一致的( )8、链段是高分子链中最小的独立运动单元，通过热力学性质和动力学性质的测定，均可求得其长度且结果完全相同( )9、HPPE因为在聚合时压力很大，所以产品的密度也高，LPPE•因为聚合时的压力低,•所以产品的密度也低（）10、分子在晶体中是规整排列的，所以只有全同立构或间同立构的高分子才能结晶，无规立构的高分子不能结晶（）11、所谓自由旋转链，就是键角（θ）、内旋转角（φ）均不受限制的分子链（）12、分子量相同的大分子链, 链越柔顺则线团尺寸( )a,越小 b,越大 c,基本不变13、下列哪种聚合物是支链聚合物( )a,HDPE b,等规聚丙稀 c,LDPE14、下列哪种聚合物是热塑性的( )a,硬质橡胶 b,HDPE15、哪种聚合物在室温下透气性更好( )a,等规聚丙稀 b,无规聚丙稀16、下列三种高聚物中，耐热性最好的是( )a,聚酰亚胺 b,尼龙66 c,芳香尼龙17、按高聚物结构层次的划分,高分子链的构型属于( )a,一次结构 b,二次结构 c,三次结构18、高顺--1,4聚异戊二稀在室温下为( )a,塑料 b,橡胶 c,纤维19、α-取代烯烃聚合物, 当不对称碳原子在链中的排列方式为DLDL......, 则这种聚合物的立构属于( )a,全同 b,无规 c,间同20、HPPE聚合时压力很大,LPPE聚合时压力很小,所以二者的密度( )a,HPPE>LPPE b,HPPE<LPPE c,HPPE=LPPE21、下列高聚物中，单个分子链柔顺性最大的是( )a 聚己二酸乙二醇酯 b聚丙烯(全同) c 聚二甲基硅氧烷三、填空题1、交联高聚物特性是不（）、不（）2、高分子一次结构内容包括（）、（）、（）、（）和（）；高分子的二次结构讨论的内容是（）；高分子的聚集态结构属（）。

高分子物理教案(4)_聚集态2

高分子物理教案(4)_聚集态2
a) 高分子链构象的内旋转位能，链内近邻单元间的非键合作用 b) 不同链间堆积时链间的相互作用。
对分子间作用力较大的聚合物，分子间力会影响链的构象，如氢 键、极性偶极力
对分子间作用力较小的聚合物，构象主要由近邻单元间的相互作用 决定，与分子间作用力关系不大。因此可能通过计算链的内旋转 位能确定链的稳定构象。
1) Flory代表的无规线团均相模型。
2) 局部有序模型，如折叠链缨状胶束球粒模型。
存在 2~4 nm的局部有序区 球粒相：有序区和粒界区 粒间相：无序区（1~ 5 nm)
有序区由高分子链平行排布
局部有序的证据：
(1) 本体密度及密度起伏
高聚物的非晶态密度与结晶密度的比率很高。
对非晶态：
a /c 0.652(无规线团） a /c 0.85~0.96(实际高聚物）
（1）分子链规整性很差的聚合物（非晶聚合物） （2）具有规整性，可以结晶的聚合物（结晶性聚合物）在动力学条
件不允许情况下形成非晶态。 （3）结晶聚合物在晶态中存在非晶区。
由于聚合物的长链结构及聚集态亚稳态的广泛性和动力学长 松弛过程，关于高分子非晶态在分子水平的形态存在许多不同的 观点。非晶态高分子链间排列的空间构象是否存在局部有序性， 有两大类观点：
结晶度的测定方法
聚合构材料结晶度的常用测定方法有： a：x射线衍射 b：量热法 c：密度法 d：红外光谱法 (IR)
上述诸方法不易将晶体缺陷与非晶相区分开。不同测量方 法反映的晶体缺陷及界面结构不同，因而不同方法获得的定 量结果有所不同。
第二节 聚合物非晶态的结构
非晶聚合物的结构认识是随着结晶结构的认识而发展的。 非晶态在高聚物中格外重要，是聚合物材料的重要聚集方式。
晶粒的宏观或亚微观的结构，直接影响材料的宏观性能。 也推动了关于分子链的堆积方式，晶体的形成与生长方式。

高分子物理吴其晔课后题答案

高分子物理吴其晔课后题答案

高分子物理吴其晔课后题答案1、68．如图甲所示，上方装有电子阀门的圆柱形容器放在水平桌面上。

控制阀门，使容器中相同时间内流入液体的质量相等，注入液体直至图乙状态。

图丙所呈现的物理量之间的函数关系图像可能是（）[单选题] *A．液面上升速度v和时间t的关系B．液体密度ρ和液体体积V的关系C．液体质量m和液体密度ρ的关系D．液面上升高度h和时间t的关系(正确答案)2、31．在炎热的夏天，下列能有效降低室内气温的办法是（）[单选题] *A．关闭门窗，不让外界的热空气进来B．在地上洒一些水(正确答案)C．打开电风扇D．打开电冰箱的门，散出冷空气3、13．如图是甲和乙两种物质的质量和体积关系图象，下列说法正确的（）[单选题] * A．乙物质的密度比甲物质的密度大B．体积为50cm3的乙物质的质量为35gC．质量为25g的甲物质的体积为30cm3D．当甲和乙两物质的质量相同时，乙物质的体积较大(正确答案)4、若以M表示水的摩尔质量，v表示水的摩尔体积，ρ表示水的密度。

Na为阿伏加德罗常数，m表示水的分子质量，V’表示水分子体积。

则下列关系中正确的是（）*A.Na=V/V’(正确答案)B.V=M/ρ(正确答案)C.m=M/NA(正确答案)D.v=ρM5、2．一个力F分解为两个力F1、F2，则F1、F2共同作用的效果与F相同．[判断题] *对(正确答案)错6、2．物体的加速度a＝0，则物体一定处于静止状态．[判断题] *对错(正确答案)7、日晷是利用影子的位置变化来计时的，它的主要原理是光的反射[判断题] *对错(正确答案)答案解析：日晷利用了光在均匀介质中沿直线传播8、当0℃的冰熔化成0℃的水时，温度和内能都不变[判断题] *对错(正确答案)答案解析：温度不变，内能增大9、85．在“用托盘天平称物体的质量”的实验中，下列哪项操作是错误的（）[单选题] * A．使用天平时，应将天平放在水平工作台面上B．天平调平后在称量过程发现横梁不平衡，此时可以通过调节平衡螺母使横梁平衡(正确答案)C．称量时左盘应放置待称量的物体，右盘放置砝码D．观察到指针指在分度盘的中线处，确定天平已平衡10、下列事例中，利用热传递改变物体内能的是（）[单选题]A．流星坠入大气层与空气摩擦生热B．用锯条锯木头，锯条发热C．人站在阳光下暴晒，感到很热(正确答案)D．古时候，人们利用钻木取火11、继共享单车之后，共享汽车已经悄然走进我们的生活。

广工大《高分子材料基础》讲稿(1,2章)-14学时

广工大《高分子材料基础》讲稿(1,2章)-14学时

2.挤出过程
（P222-232）
注塑成型过程及注塑模具计算机辅助设计中的流变学问题 高分子熔体流动不稳定性及滑壁现象
1．注塑成型过程的流变分析（P255-262）
1.挤出成型过程中的熔体破裂行为
（P286-292）
4
高分子材料基础 第一、二章
第一章
1.1 1.2
材料科学概论
材料与材料科学 材料结构简述
成，则此种反应称为缩聚反应，其产物称为缩聚物。
己二胺与己二酸缩聚反应得聚酰胺-66,表示为:
nH2N-(-CH2-)6-NH2+nHOOC-(-CH2-)4-COOH H-[-NH-(-CH2-)6-NH-CO-(-CH2-)4-CO-]n-OH+(2n-1)H2O
2．1．3．2
按性能和用途分类
根据以聚合物为基础组分的高分子材料的性能和用途分类：可分 为 橡胶、纤维、塑料:产量最大，与国民经济、人民生活关系密切故称
为“三大合成材料”
黏合剂:是指具有良好的粘合性能，可将两种相同或不相同的物体粘接
在一起的连接材料
涂料:是涂布于物体表面能结成坚韧保护膜的涂装材料 功能高分子:是指在高分子主链和侧枝上带有反应性功能基团，并具有
吴其晔
第二章
巫静安 编
高等教育出版社
第一章：绪论
（P1-14）
基本物理量和高分子液体的基本流变性质（P36-65）
[备注：第二章可以只复印（P36-39）或（P36-65）]
4.非牛顿流体的分类
第五章 第七章 第八章 第九章
（P36-39）
5.关于剪切粘度的深入讨论 输送过程的基本方程及基本流动形式（P158-172） 高分子材料典型加工过程的流变分析

高分子物理课件

高分子物理课件

高分子物理课件一、教学内容本节课主要围绕《高分子物理》教材第四章“高分子链的结构与性质”展开，详细内容包括：高分子链的构象统计理论，高分子链的弹性理论，以及高分子链的溶液行为。

二、教学目标1. 掌握高分子链的构象统计理论，理解高分子链的形态与力学性能之间的关系。

2. 熟悉高分子链的弹性理论，了解高分子材料的弹性性能。

3. 了解高分子链的溶液行为，理解高分子溶液的性质及其应用。

三、教学难点与重点教学难点：高分子链的构象统计理论和弹性理论的理解。

教学重点：高分子链的构象统计理论，高分子链的弹性性能，以及高分子溶液的行为。

四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件，高分子物理实验视频，黑板，粉笔。

2. 学具：教材，笔记本，计算器。

五、教学过程1. 导入：通过展示高分子材料在日常生活中的应用，引导学生思考高分子材料的性质与结构之间的关系。

2. 新课内容：a. 讲解高分子链的构象统计理论，结合PPT课件，分析高分子链形态与力学性能之间的关系。

b. 介绍高分子链的弹性理论，通过实例讲解，让学生了解高分子材料的弹性性能。

c. 讲解高分子链的溶液行为，通过实验视频，让学生观察高分子溶液的性质。

3. 随堂练习：针对新课内容，设计相关习题，让学生当堂巩固所学知识。

六、板书设计1. 高分子链构象统计理论2. 高分子链弹性理论3. 高分子链溶液行为七、作业设计1. 作业题目：a. 解释高分子链构象统计理论的基本原理。

b. 简述高分子链弹性理论的主要观点。

c. 分析高分子溶液的性质及其应用。

2. 答案：八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生对高分子链构象统计理论和弹性理论的理解程度，以及高分子溶液行为的掌握情况。

2. 拓展延伸：引导学生通过查阅资料，了解更多关于高分子物理的知识，如高分子结晶、高分子复合材料等。

同时，鼓励学生关注高分子科学领域的前沿动态，提高学术素养。

重点和难点解析1. 高分子链构象统计理论的理解。

2. 高分子链弹性理论的讲解。

聚合物的高弹性和黏弹性ppt课件

聚合物的高弹性和黏弹性ppt课件
3-1 松弛现象 3-2 蠕变 3-3 应力松弛 3-4 滞后 3-5 力学损耗 3-6 测定粘弹性的方法 3-7 粘弹性模型 3-8 粘弹性与时间、温度的关系（时温等效） 3-9 波尔兹曼迭加原理
29
3-1 高聚物的力学松弛现象
力学松弛——高聚物的力学性能随时间的变化统称力学松弛 最基本的有：应力松弛
f (u) T(f)
l T,V
Tl,V
这就是橡胶热力学方程式
实验时用 当纵坐标，T为横坐标，作 图：
f f ~T
18
f
77% 33% 11% 4%
固定拉伸时的张力－温度曲线
T (K )
截距为
；斜率(为
u
)
。
( f )
发现各直线外推到 l T时,V 均通过原点，即截距为0， T l ,V
蠕变 滞后 力学损耗
30
材料类型 理想弹性体
应变与应力关系 应变正比于应力
应变与时间关系 形变与时间无关
理想粘性体
应变速率正比于应力
形随时间线性发展
高聚物的形变与时间有关 这种关系介于理想弹性体和理想粘性体之间 也就是说，应变和应变速率同时与应力有关，因此高分子材料常称为粘弹性材料。
31
形变
线性高聚物
动态 Dynamic
非线性粘弹性 Non-Linear viscoelasticity
应力松弛 蠕变 滞后 力学损耗
2
弹性：对于理想弹性体来讲，其弹性形变可用虎克定律来表示，即：应力与应变成正 比关系，比例常数是固体的模量，其倒数为柔量。应变与时间无关。
粘性：在外力作用下，分子与分子之间发生位移，理想的粘性流体其流动形变可用牛 顿定律来描述：应力与应变速率成正比。

高聚物的高弹性与粘弹性.

高聚物的高弹性与粘弹性.
第六章
高聚物的高弹性与粘弹性
第一节 聚合物的高弹性 1-1 高弹性及其特点 1-2 高弹形变的热力学 第二节聚合物的粘弹性 2-1.高聚物力学性质的特点 2-2.线性与粘性的基本概念 2-3.高聚物粘弹性的力学模型描述 2-4. 时-温等效原理——WLF方程
1-1
高弹性及其特点
������ 1. 橡胶与高弹性的概念 Rubber 橡胶 ������ ASTM标准：20~27°C下，1min可拉伸 2倍的试样，当外力除去后1min内至少回缩到原 长的1.5倍以下者，或者在使用条件下，具有 106~107的杨氏模量者。 Rubber Elasticity 橡胶弹性 橡胶弹性是指以天然橡胶为代表的一类高分子 材料表现出的大幅度可逆形变的性质。
3）.线性粘性
变形的时间依赖性•
变形不可回复• 有能量损失• 外力对物体所作的功在流动中转为热能而 散失，这一点与弹性变形过程中储能完全相反， η为常数。
4）.非线性粘性
聚合物熔体的流动不是线性粘性流动• 它们是非牛顿流体，这种特性与分子结构有 关不受外力时，高分子链为无规线团• 受外力发生流动时，分子链取向，同时缠绕 逐步解体 •η不是常数
2-2.线性与粘性的基本概念
1）.线性弹性——应力正比于应变
变形小• 变形无时间依赖性• 变形在外力除去后完全回复• 无能量损失—能弹性•
变形：能量储存起来 回复：内能释放
能弹性
服从虎克定律： = G
原子偏离平衡位置储存了应变能
应变能释放恢复形状，无能量损耗，形状记忆
5）.线性粘弹性
在应力较小时，高聚物表现出线性粘弹性 在应力较大时，高聚物表现出非线性粘弹性 •线性粘弹性的要求： （1）正比性

高分子物理 第四章PPT课件

高分子物理 第四章PPT课件
计算其四种平均分子量。 假设： 0.5
16
解:
Mni
niMi 14 015 016 03.715 0
ni
111
i
M w i m m iM ii 1 14 0 1 1 1 4 0 4 1 0 1 1 5 1 0 5 1 0 5 1 0 1 1 6 1 0 5 0 150 9 .1 150
第四章 聚合物的分子量及分子量分布
1
教学内容
第一节 聚合物分子量的统计意义 多分散性、 平均分子量种类 、多分散系数
第二节 聚合物分子量的测定方法 端基分析法、溶液依数性法、渗透压法、气相渗透法、黏度法
第三节 聚合物分子量分布的测定方法 分子量分布的研究方法、分子量分布的表示方法、分子量 分布的数据处理、GPC
W (n)
a
bc
M104
➢样品A纺丝性能：不好 ➢样品B纺丝性能：好一些 ➢样品C纺丝性能：最好，因为分子量15～20万占比例很大
5
第 一节 聚合物分子量的统计意义
6
4.1.1 聚合物分子量的多分散性（Polydispersity）
1, 聚合物分子量的特点:
✓分子量在103-107之间 ✓分子量不均一，具有多分散性 聚合物是由聚合度不等的同系物的混合物组成，所以聚合物的分 子量只有统计的意义 测定的分子量只是统计平均值，若要确切描述高聚物分子量，除 了给出统计平均值外，还应给出分子量分布
Can be Obtained from anionic polymerization 阴离子聚合
( = 1.03 ~ 1.05 近似为单分散)
19
(2) 越大，说明分子量越分散 (3) 不同反应的产物
缩聚产物： ＝２ 自由基产物： ＝３～５ 有支化： ＝２５～３０ （ＰＥ）

J-O-04_关于链段,排斥体积及标度律的讨论

J-O-04_关于链段,排斥体积及标度律的讨论

Discourse about the segment, excluded volume and the scaling law
WU Qiye Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042 Key Words： Segment Excluded volume Scaling law
性的变化。首先接枝料熔体流动速率减小，实验测得 1#：MFR=1.672g/10min、2#： MFR= 0.443g/10min，表明接枝后树脂黏度增大，分子量增大。但根据接枝反应机 理，端基反应几率很低，即“接枝并未使分子链增长” ，因此分子量增大应体现为 分子链变“粗” 。按串滴模型，分子链变“粗”相当于统计链段尺寸变大，分子链 柔顺性降低。按照流变学原理，这将使熔体黏度对温度变化的敏感性增大，黏流 活化能增高。同时分子链变“粗”将减弱分子链相互作用，使之在流场中容易解 缠结，导致剪切黏度下降。上述分析的合理性得到实验测量的证实。实验测得基 础树脂的黏流活化能为 24.34 kJ•(mol)-1， 而接枝料的黏流活化能为 28.04 kJ•(mol)-1， 黏流活化能增高。两种物料剪切黏度的对比，在中等剪切速率范围内（ 100~ 1500s-1）分子量较大的 2#料的黏度反而比 1#料低，约低 30-40%。 致谢
后的体积小于原有的体积之和，则内排斥体积为负。 考虑两种情形。1，若溶剂为无热溶剂。所谓无热，指高分子溶解过程中与外 界无热量交换，实际是指链段-链段间相互作用与链段-溶剂分子间相互作用相等。 在这种状态，外排斥体积等于零，但由于分子链本身有内排斥体积，分子链运动 仍是受扰的。此时分子链仍呈一定程度的舒展状态，因此无热溶剂属於良溶剂。2， Θ状态。是指排斥体积等于零，分子链处于无扰运动的一种临界状态。由于存在 内排斥体积，因此真实分子链溶液要达到Θ状态，必须链段-链段间相互作用大于 链段-溶剂分子间相互作用。而且要大到这样一种程度，使链段-链段间引力作用造 成的负排斥体积效应与链段自身的正排斥体积效应抵消，总排斥体积等于零。可 见在Θ状态真实分子链处于一定程度的蜷缩状态，Θ溶剂属於不良溶剂。 排斥体积概念还导致产生“链滴”概念，链滴等同于链段。由此发展出“串 滴”模型、蛇行蠕动模型及管状模型，可以很好地利用标度律说明亚浓溶液渗透 压、分子链长程缠结、浓厚体系粘度与分子量关系等高分子浓厚体系的性质。图 3 给出分子链串滴模型及几条分子链相互缠结示意图。

吴其晔-软物质流变学

吴其晔-软物质流变学

橡塑材料与工程教育部重点实验室
School of Polymer Science & Engineering
青岛科技大学
软物质的相变
例 向列相液晶 中的熵致相变
Nematic liquid crystal
溶致性液Байду номын сангаас 优先生成
？
各向同性液体
杆状分子 致晶基元
浓度增大
橡塑材料与工程教育部重点实验室
School of Polymer Science & Engineering
Key Laboratory of Rubber & Plastics, Ministry of Education
高分子科学与工程学院
青岛科技大学
各向同性液相
溶致性液晶
熵致相变
Entropy induced Phase transition
平移自由度的熵 杆状分子热运动熵 转动自由度的熵 浓度低时，平移熵和取向熵都很大。
系统的Helmholtz自由能F
F U TS
内能 U ——体系内粒子间的价键作用； 熵 S ——大量粒子聚集的无序程度。
School of Polymer Science & Engineering
高 分如何处理？ 子科学与工程学院
青岛科技大学
硬物质
F U T S
软物质
体系自由能主要 由主价键决定 体系的熵可以忽略 （体系为简单的、 高度有序系） 系统的平衡态及相变 能致相变 主要由内能决定
School of Polymer Science & Engineering
高分子科学与工程学院
青岛科技大学
复杂性
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(x2y2z2 )
S C K 2(x2 y2 z2)
二、交联网络的熵变
根据仿射形变的假设： 单位体积的试样拉伸前（x,y,z）为（1，1，1）
拉伸后长度变为
(xi , yi , zi )
f
λ1
λ3 λ2
(1, 2 , 3 )
网链的末端距的变化：
(1xi,2 yi,3zi) 第i个网链的一端固定在原点上，
4.仿射形变
5.高斯链组成各向同性网络，其构象总数是各网络 构象数的乘积。
一、孤立柔性链的熵
根据假设按等效自由结合链处理: 一端固定在原点， 另一端落在点（x， y ，z)处的小体 积元 (dx，dy，dz)的几率服 从高斯分布。
高斯分布密度函数：
W
( x. y.z )
3 3/2
e 2 (x2 y2 z2 )
4-1、高弹性的特点
1、弹性模量小 比其它固体物质小得多（P325表7-14） 钢：20000MPa(2×10 5）;（１公斤／m㎡=9.807MPa) PE: 200MPa 结晶物； PS:2500MPa; 橡胶: 0.2-8MPa. 2、形变量大
可达1000%,一般在500%左右,而普通金属材料 的形变量＜1％
22
32
3)
1 2
NTK (
2 1
22
32
3)
根据赫姆霍尔兹自由能定义：恒温过程中，外力对体系作
的功等于体系自由能的增加。
即：
W
F
1 2
NTK
(
2 1
22
32
3)
对于单轴拉伸，体积不变⊿V=0
f
入1 入3
入2
f
入1=入 入2=入3
入1入2入3=1 入2=入3= 1/入
W F 1 NKT (2 2 3)
对轻度交联橡胶在等温（dT=0）下拉伸
f
f
L0
dL
由热力学第一定律: 拉伸过程中
dU QW
Q TdS
W PdV fdl
P —压力 dV—体积变化 f—拉伸力 dL—长度变化
dU TdS PdV fdl
dU TdS PdV fdl
TdS fdl
拉伸过程中dV≈0
对伸长L求偏导得：
波尔兹曼常数
R N%K
N0KT (
1
2 )
N%KT
Mc
(
1
2
)
RT
Mc
(
1
2
)
RT ( 1 )
Mc
2
交联橡胶的状态方程形式之二
状态方程中形变用的是拉伸比λ ， 要将λ换算成ε
l l l0 Vl
l0
l0
l0
1 1
状态方程 RT ( 2 )
Mc
（ 1）2 1 2 3 2 4 3 L
l l
l0
（伸长）l0 1
N N0 （单位体积网链数）
N0KT (
1
2 )
交联橡胶的状态方程形式之一
但单位体积的网链数不易得知，状态方程可作以下变化：
N0KT (
1
2
)
交联橡胶的状态方程形式之一
设网链的分子量为 Mc
试样密度为
单位体积的网链数：
N0
N%
Mc
R 气体常数
N% 阿佛加德罗常数
K
( F T
)L.P
S
所以恒温恒容下：
(
S l
)T
.V
l
( F T
)
L.P
T
.V
T
(
F l
)T
.P
l
.V
( f T
)l.V
f
(
u l
)T
.V
T
(
S l
)T
.V
(
u l
)T
.V
T
(
f T
)l
.V
热力学方程之二
二、熵弹性的分析
将NR拉伸到一定拉伸比
L L0
或伸长率
L L0 L0
100 0 0
λ ＜6时，产生偏差，但偏差不大，实验值小
λ ＞6时，偏差很大
4-3 交联橡胶的统计理论
橡胶不交联，几乎没有使用价值，因此研究 交联橡胶的高弹形变具有重要的实际意义。
统计理论讨论的是橡胶弹性问题的核心—— 形变过程中突出的熵效应，而忽略内能的贡献
定义两个有用的概念： 网链——已交联的分子链（交联点间的分子链） 网络——许多网链结合在一起，形成的结构
假设： 1.交联点无规分布，且每个交联点由四个链构成，所有 网链都是有效交联。 2.网链是高斯链，其末端距分布服从高斯分布，网链 构象变化彼此独立。 3.形变时，材料的体积恒定。
3、弹性模量随温度上升而增大 温度升高，链段运动加剧，回缩力增大，抵抗变形
的能力升高。 4、高弹形变有时间依赖性——力学松弛特性
高弹形变时分子运动需要时间
5、形变过程有明显的热效应 橡胶：拉伸——放热 回缩——吸热
4-2 高弹性的热力学分析
一、高弹形变的热力学方程
外力下发生高弹形变，除去外力后又可恢复原状， 即形变是可逆的，因此可用热力学第一定律和第二定 律进行分析。
RT
Mc
(
1)
(
1)2
1 2
（ɛ非常小时）
RT ( 11 2 )
Mc
RT 3
Mc
E 3 RT
Mc
即应变很小时交联橡胶的应力应变关系符合虎克定律
2、理论与实验的偏差
为了检验上述理论推导，可将理论上导出的应力—拉伸 比的关系曲线与实验曲线加以比较：
实验
理论
1.5
6
由下图可看出：λ ＜1.5拉伸较小时理论与实验曲线重合
在保持λ不变下测定不同温度（Ｔ）下的张力（f）
作f—T图
f/Mpa
2.58
2.26 2.05
1.87
f
(
u l
)T
.V
T
(
f T
)l.V
1.42
283 303 323 343 T/K
f/Mpa
2.58
2.26 2.05
1.87
1.42
283 303 323 343 T/K
第四章 聚合物的高弹性
Elastomeric Property of Polymers
计划学时：4-6学时 主要参考书：
《高分子物理》何曼君等（P332-343） 《高分子物理》刘凤岐等（P245-274）
引言
高弹性——聚合物（在Tg以上）处于高弹态时所表现出的 独特的力学性质，又称橡胶弹性
橡胶、塑料、生物高分子在Tg~Tf间都可表现 出一定的高弹性
2
W F 1 NKT (2 2 3)
2
在前节的热力学方程的推导中
W PdV fdL
因为： V 0
所以： W fdL dF
对L求偏导：
f
(
F l
)T
,V
(
F
)T
,V
(
l
)T
,V
NKT l0
(
1
2
)
对L求偏导：
f
(
F l
)T
,V
(
F
)T
,V
(
l
)T
,V
NKT l0
(
1
2
)
因为原试样为单位体积试样： f （应力）
U 所有的直线外推至0K时的截距几乎都为0， ( L )T.V 0
f
T

(
S L
)T
.V
T
(
f T
)L.V
说明橡胶拉伸时，内能几乎不变， 因此称高弹性为熵弹性 主要引起熵变
由熵弹性可以解释高弹形变： （1）大形变 （2）形变可逆 （3）温度升高，E增大，入增大，斜率增大 （4）热效应
热力学分析得到的一条重要的结论： 弹性力主要来自熵的贡献， 故称橡胶弹性——熵弹性。
dF dU PdV VdP TdS SdT
dU TdS PdV fdl dF TdS PdV fdl PdV VdP TdS SdT
fdl VdP SdT
dF fdl VdP SdT
恒温恒压下：
当dT=0
dP=0时，
F ( l )T.P
f
恒形变恒压下:
当dL=0
dP=0时，
(
2 1
1)
yi2 (22
1)
zi2 (32
1)
N个网链的熵变为：
n
N
S
Si K 2
xi
2
(
2 1
1)
yi2 (22
1)
zi2 (32
1)
i1
i1
KN
2
xi 2
(
2 1
1)
yi2 (22
1)
zi 2
(32
1)
由于交联网络的各向同性：
x2 y2 z2 1h2 3
∴ N个网链的熵变为：
2 3 3 3
2nl 2 2nele2 2h02
ne：链段数 le：链段长度
h02 :等效自由结合
链均方末端距
根据波尔兹曼定律：体系熵值与微观状态数的关系为：
S K ln
波尔兹曼常数 构象数
将W(x y z) 代入
孤立链的构象熵
S K lnW (x, y, z)
K
ln
3 ( 3/2
)e
(
u l
)T
.V
T
(
u l
)T
.V
f
u