高分子物理小结要点

UNIT1.碳链高分子：主链全部由C以共价键相连接；杂链：主链含C，以及O、S等两种或以上的原子以共价键相连接；构造：聚合物分子的各种形状（线形、枝化、交联、梯形、螺旋）构型：由化学键固定的原子在空间几何排列；构像：原子或原子团绕单键内旋转所产生的空间排布。

旋光异构体：结构单元为-CH2-CHX-型，包含一个不对称C，所形成的异构体；分为全同：取代基都在主平面一侧或都由一种旋光异构单元键接而成；间同：相间分布于或两种交替链接；无规：不规则分布或两种无规链接。

链段:高分子链中的单键旋转时互相牵制,一个键转动,要带动附近的一段链一起运动,把若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元。

自由连结链：一个孤立高分子链在旋转时不考虑键角限制和位垒的障碍，每个分子由足够过的不占有体积的化学键自由结合而成的，每个键在任方向取向几率相等的理想模型。

自由旋转链：分子链中每个键在键角所允许的方向自由转动，不考虑空间位阻对旋转的影响；等效自由：将一个原来有n个键长为l键角固定旋转不自由的键组成的链可视为Z个长度为b的自由结合链段的的高分子链；链的柔性:分子链能够改变其构象的性质.（不但高分子本身是一个独立运动单元，而且在每个高分子中还存在能独立运动的小单元，他们热运动的结果使链有强烈的卷曲倾向，这是大分子链具备柔性的最根本内在原因）柔性实质：构象数增，S增，分子链卷曲程度增，分子链在无外力作用下总是自发采取卷曲形态，使构象熵最大。

平衡态柔性:热力学平衡条件下的柔性,取决于反式与旁式构象之间的能量差ΔUtg。

动态柔性:在外界条件影响下从一种平衡态构象向另一种平衡态构象转变的难易程度,转变速度取决于位能曲线上反式和旁式构象之间的位垒ΔUb与外场作用能之间的关系（ΔUb与kT）.影响柔性的因素:分子结构:a主链结构1主链全部由单键组成,一般柔性较好,PE PP;不同单键,柔性不同Si-O>C-N>C-O>C-C.2有孤立双键,柔性大,顺式聚1,4-丁二烯;共轭双键,不能内旋转,分子刚性,聚乙炔,聚苯;有芳杂环,柔性差,芳香尼龙.b取代基1极性大作用力大,内旋转受阻,柔性差,PAN<PVC<PP.2极性取代基比例大,分子内旋转困难,柔性差,聚氯丁二烯>聚氯乙烯>聚1,2-二氯乙烯.3极性取代基的分布对柔性有影响,聚偏二氯乙烯>聚氯乙烯.4非极性取代基,基团体积大,空间位阻大,内旋困难,柔性差,PS<PP<PE.c支化、交联:支链很长,阻碍内旋转起主导作用,柔性差.d分子链的长短:分子链越长,构像数目多,柔性好.e分子间作用力越大，柔性差.f分子结构越规整,结晶能力强,一旦结晶呈刚性.外界因素:a温度:温度升高，分子热运动能量增加，内旋转变易,构象数增加,柔性增加.b外力:外力作用缓慢柔性易显示,作用快无法体现.e溶剂:重要影响.UNIT2.内聚能:克服分子间作用力,汽化1mol凝聚体所需要能量ΔE；内聚能密度(CED)：单位体积凝聚体汽化时所需要的能量。

高分子物理总结高分子物理期中总结材料的物理性能是其分子运动的宏观表现，分子运动与其结构有着密切的关系。

高分子物理主要研究内容是分子的结构分子的运动材料性能之间的关系，与小分子相比，高分子结构更为复杂，并有着自身的特点。

（1高分子是由若干结构单元组成的，在一个高分子链中结构单元可以是一种也可以是多种，它们以共价键连接，并呈现出不同的形状。

（2）高分子链结构存在不均一性，在同一反应中生成的高分子，其相对分子质量，分子结构，分子空间构型，支化度、交联度也不相同。

（3）高分子在凝聚态结构上存在多样性，同一高聚物在不同的条件下呈现出的晶态、非晶态、取向态、也可能同时存在一种高聚物中。

下面详细阐述（一）高分子链的近程结构l 化学结构（化学组成、间接方式与排列）l 立体结构（空间排列方式）（a 化学组成（组成决定性质） 1 碳链高分子大分子主链全部由碳原子构成，碳原子间以共价键连接。

（2杂链高分子分子主链除碳原子以外，还有氧、氮、硫等其它原子，原子间均以共价键相连接。

3元素有机高分子主链由Si、B、P、Al、Ti、As、O等元素组成，不含C原子，侧基为有机取代基团。

4无机高分子主链和侧基都不含碳原子的高分子（5）梯型高分子和双螺旋高分子大分子主链不是一条单链，而具有“梯子”或“双螺线”结构（b结构单元的键接方式基本结构单元在高分子链中连接的序列结构。

（1）线性均聚物有规键接方式头头，头尾，尾尾。

由键接方式不同而产生的异构体称顺序异构体。

表征键接方式可用化学分析法、x-射线衍射法；核磁共振法测量。

键接方式对大分子物理性质有明显影响，最显著的影响是不同键接方式使分子链具有不同的结构规整性，从而影响其结晶能力，影响材料性能。

（2）支化高分子（a 与线型高分子的化学组成性质相同，但支化对材料的物理、力学性能影响很大，一般短链支化主要对材料熔点、屈服强度、刚性、透气性以及与分子链结晶性有关的物理性能影响较大，而长链支化则对粘弹性和熔体流动性能有较大影响。

3.单体单元：（与单体具有相同的化学组成，只是电子结构不同的原子组合。

）4.结构单元：（构成高分子主链，并决定主链结构的最小的原子组合。

）5.重复结构单元：（主链上化学组成相同的最小原子组合，有时简称为重复单元或链节。

）1.体型缩聚：多官能单体参加反应，能形成非线性的多支链产物，支化的大分子有可能进一步交联成体型结构的产物，这种凡能形成体型结构缩聚物的缩聚反应，称为体型缩聚。

2.凝胶现象：体型缩聚反应在聚合过程中一般表现为反应体系的黏度在聚合初期逐渐增大，当反应进行一定程度后，黏度突然急剧增大，体系转变为具有弹性的凝胶状物质，这一现象称为凝胶化或凝胶现象。

3.凝胶点：出现凝胶现象时的反应程度（临界反应程度）称为凝胶点。

17. 转化率：已转化为聚合物的单体量占起始单体量的百分数18. 反应程度：参加反应的官能团数目与起始官能团数目的比值偶合终止：两个大分子自由基相互结合生成一个大分子的终止方式，称为偶合终止。

歧化终止：歧化终止两个大分子自由基相互间反应，生成两个大分子的终止方式，称为歧化终止。

链转移反应：链转移反应是指在聚合过程中，链自由基可能从单体、引发剂、溶剂或大分子上夺取一个原子（大多数为氢原子）而终止，而失去一个原子的分子则成为新的自由基，并能继续进行反应形成新的活性自由基链，使聚合反应继续进行。

引发剂效率：用于引发聚合的引发剂量占引发剂分解总量的百分率。

诱导分解：自由基（包括初级自由基、单体自由基、链自由基）向引发剂分子的链转移反应。

笼蔽效应：引发剂分解产生的初级自由基在与单体反应生成单体自由基之前，发生了副反应而失活这种效应称为笼蔽效应。

诱导效应:有机分子中引入一原子或基团后，使分子中成键电子云密度分布发生变化，从而使化学键发生极化的现象，称为诱导效应6.异构化聚合：阳离子聚合中由于碳正离子的不稳定，异构成更稳定的结构，发生所谓的异构化反应。

若异构化反应比链增长更快，则进行异构化聚合。

名词解释：1. 时间依赖性：在一定的温度和外力作用下，高聚物分子从一种平衡态过渡到另一种平衡态需要一定的时间2. 松弛时间τ :橡皮由ΔX(t)恢复到ΔX(0)的 1/e 时所需的时间3. 松弛时间谱：松弛过程与高聚物的相对分子质量有关，而高聚物存在一定的分子量分布，因此其松弛时间不是一个定值，而呈现一定的分布。

4. 时温等效原理：升高温度或者延长观察时间(外力作用时间)对于聚合物的分子运动是等效的，对于观察同一个松弛过程也是等效的。

5. 模量：材料受力时，应力与应变的比值6. 玻璃化温度：为模量下降最大处的温度。

7. 自由体积：任何分子的转变都需要有一个自由活动的空间 ,高分子链活动的空间8. 自由体积分数(f)：自由体积与总体积之比。

9. 自由体积理论：当自由体积分数为 2.5%时，它不能够再容纳链段的运动，链段运动的冻结导致玻璃化转变发生。

10. 物理老化：聚合物的某些性质随时间而变化的现象11. 化学老化：聚合物由于光、热等作用下发生的老化12. 外增塑：添加某些低分子组分使聚合物 T g 下降的现象13. 次级转变或多重转变： Tg 以下，链段运动被冻结，存在需要能量小的小尺寸运动单元的运动14. 结晶速率：物品结晶过程进行到一半所需要时间的倒数15. 结晶成核剂：能促进结晶的杂质在结晶过程中起到晶核的作用16. 熔融：物质从结晶态转变为液态的过程17. 熔限：结晶聚合物的熔融过程，呈现一个较宽的熔融温度范围18. 熔融熵S m ：熔融前后分子混乱程度的变化19. 橡胶: 施加外力时发生大的形变，外力除去后可以恢复的弹性材料20. 应变: 材料受到外力作用而所处的条件使其不能产生惯性移动时 ,它的几何形状和尺寸将发生变化21. 附加应力：可以抵抗外力的力22. 泊松比：拉伸实验中材料横向应变与纵向应变比值的负数23. 热塑性弹性体：兼有橡胶和塑料两者的特性，在常温下显示高弹，高温下又能塑化成型24. 力学松弛：聚合物的各种性能表现出对时间的依赖性25. 蠕变：在一定的温度下和较小恒应力的持续作用下，材料应变随时间的增加而增大的现象26. 应力松驰：在恒定温度和形变保持不变条件下，聚合物内部应力随时间的增加而逐渐衰减的现象27. 滞后：聚合物在交变应力作用下形变落后于应力变化的现象28. 力学损耗或者内耗：单位体积橡胶经过一个拉伸 ~ 回缩循环后所消耗的功29. 储存模量 E’：同相位的应力与应变的比值30. 损耗模量 E”：相差 90 度相位的应力振幅与应变振幅的比值31. Boltzmann 叠加原理：聚合物的力学松弛行为是其整个历史上各松弛过程的线性加和32. 应变软化：随应变增大，应力不再增加反而有所下降33. 银纹屈服：聚合物受到张应力作用后，由于应力集中产生分子链局部取向和塑性变形，在材料表面或内部垂直于应力方向上形成的长 100 、宽 10 、厚为 1 微米左右的微细凹槽或裂纹的现象34. 裂纹：由于分子链断裂而在材料内部形成的空隙，不具有强度，也不能恢复。

第一章 高分子的链结构1.1 高分子结构的特点和内容高聚物结构的特点:1. 是由多价原子彼此以主价键结合而成的长链状分子，相对分子质量大，相对分子质量往往存着分布。

2. 一般高分子主链都有一定的内旋转自由度，可以使主链弯曲而具有柔性。

3.晶态有序性较差，但非晶态却具有一定的有序性。

4.要使高聚物加工成有用的材料，往往需要在其中加入填料，各种助剂，色料等.。

5. 凝聚态结构的复杂性: 结构单元间的相互作用对其聚集态结构和物理性能有着十分重要的影响。

1.2 高分子的近程结构(,)(,)⎧⎧⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎧⎨⎨⎪⎪⎩⎩⎪⎪⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩结构单元的化学组成结构单元键接方式结构单元空间立构近程结构支化高分子链结构交联结构单元键接序列高聚物结构高分子链尺寸分子量均方半径和均方末端距远程结构高分子链的形态构象柔性与刚性非晶态结构晶态结构高分子聚集态结构液晶结构取向结构多相结构 链结构:指单个分子的结构和形态.链段:指由高分子链中划出来的可以任意取向的最小链单元.近程结构:指链结构单元的化学组成，键接方式，空间方式，空间立构，支化和交联，序列结构等问题.共聚物:由两种以上单体所组成的聚合物.有规立构聚合物:指其化学结构单元至少含有一个带有两个不同取代原子或基团的主链碳原子，并且沿整个分子链环绕这种碳原子是有规律的.全同立构:高分子全部由一种旋光异构单元键接而成.间同立构:由两种旋光异构单元交替键接.无规立构:两种旋光异构单元完全无规则键接时.等规度:高聚物中含有全同立构和间同立构的总的百分数.临界聚合度:聚合物的分子量或聚合度一定要达到某一数值后，才能显示出适用的机械强度，这一数值称为~.键接结构:是指结构单元在高分子链中的连接方式.支化度:以支化点密度或相邻支化点之间的链的平均分子量来表示运货的程度.交联结构:高分子链之间通过支链联结成一个三维空间网型大分子时即成为交联结构. 交联度:通常用相邻两个交联点之间的链的平均分子量Mc 来表示.交联点密度:为交联的结构单元占总结构单元的分数，即每一结构单元的交联几率.1.3 高分子的远程结构构造: 是指链中原子的种类和排列，取代基和端基的种类，单体单元的排列顺序，支链的类型和长度等.构象:由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为~构型: 是指某一原子的取代基在空间的排列.遥爪高分子：是端基具有特定反应性技的聚合物.聚集态结构:是指高分子材料整体的内部结构，包括晶态结构，非晶态结构，取向态结构，液晶态结构以及织态结构.无规线团:不规则地蜷曲的高分子链的构象称为~.自由联结链:假定分子是由足够多的不占体积的化学键自由结合而成，内旋转时没有键角限制和位垒障碍，其中生个键在任何方向取向的几率都相等.自由旋转链:假定分子链中每一个键都可以在键角所允许的方向自由转动，不考虑空间位阻对转动的影响.末端距:指线型高分子链的一端至另一端的直线距离，用h 表示.均方末端距:求平均末端距或末端距的平方的平增色值.22h nl =(n 为键数)自由结合链:假定分子是由不占有体积的化学键自由结合而成，内旋转时没有键角限制和位垒障碍，其中每个键在任何方向取向的几率都相等.自由旋转链:假定分子链中每一个键都可以在键角所允许的方向自由转动，不考虑空间位阻对转动的影响.均方旋转半径:假定高分子链中包含许多个链单元，每个链单元的质量都是m ，设从高分子链的重心到第i 个链单元的距离为S i ，它是一个向量，则全部链单元的S i 2的重量均方根就是链的旋转半径S ，其平均值为:2222006/i i i i ih S S m S m =→∑∑远程相互作用:指沿柔性链相距较远的原子或原子基团由于主链单键的内旋转而接近到小于范德华半径距离时所产生的推斥力.体积效应:实际链段总是有一定体积的，任何两个链段不可能同时占有同一空间.持久长度a :无限长链的末端距在链初始(即第一键)方向上的平均投影.其值越大，链的刚性越强.蠕虫状链模型:把模型链分成很小的单元，以使链上任何一点的取向相对相邻的点几乎呈连续变化，链轮廓上任一点的曲率方向假定是无规的，这样的模型链就好似一条弯曲的蠕虫.1.4 高分子链的柔顺性柔顺性：高分子链能够改变其构象的性质称为~.高分子链的柔顺性主要取决于以下因素：1. 主链中含有共轭双键、芳杂环结构的高分子链的柔顺性较差.2. 侧基的极性越强，相互间的作用力越大，其~越差.侧基体积越大，空间位阻越大，对链的内旋转愈不利，使链的刚性增加.3. 分子链越长，~越大.平衡态柔性:又称热力学柔性)指在热力学平衡条件下的柔性.动态柔性:指在外界条件的影响下从一种平衡态构象向另一种平衡态构象转变的难易程度.第二章 高分子的聚集态结构2.1 高聚物的非晶态内聚能:定义为克服分子间的作用力，把一摩尔液体或固体分子移到其分子间的引力范围这外所需要的能量.V E H RT ∆=∆-内聚能密度(CED):是单位体积的内聚能. 内聚能密度小290兆焦/米3的高聚物，都是非极性高聚物，由于它们的分子链上不含有极性基团，分子间力主要是色散力，分子间相互作用较弱，加上分子链的柔顺性较好，使这些高聚物材料易于变形，富有弹性，可用作橡胶。

构象：具有一定组成和构型的高分子链通过单键的内旋转而形成的分子中的原子在空间的排列。

柔性：高分子链中单键内旋的能力；高分子链改变构象的能力；高分子链中链段的运动能力；高分子链自由状态下的卷曲程度。

链段：两个可旋转单键之间的一段链，称为链段影响柔性因素：1支链长，柔性降低;交联度增加，柔顺性减低。

2一般分子链越长，构象数越多，链的柔顺性越好。

3分子间作用力越大，聚合物分子链所表现出的柔顺性越小。

分子链的规整性好，结晶，从而分子链表现不出柔性。

控制球晶大小的方法：1控制形成速度；2采用共聚方法，破坏链的均一性和规整性，生成较小的球晶；3外加成核剂，可获得小甚至微小的球晶。

聚合物的结晶形态：1单晶：稀溶液，慢降温，螺旋生长2球晶：浓溶液或熔体冷却3树枝状晶：溶液中析出，低温或浓度大，分子量大时析出；4纤维状晶：存在流动场，分子量伸展，并沿流动方向平行排列；5串晶：溶液低温，边结晶边搅拌；6柱晶：熔体在应力作用下冷却结晶；7伸直链晶：高压下融融结晶，或熔体结晶加压热处理。

结晶的必要条件：1内因：化学结构及几何结构的规整性；2外因：一定的温度、时间。

结晶速度的影响因素：1温度——最大结晶温度：低温有利于晶核形成和稳定，高温有利于晶体生长；2压力、溶剂、杂质：压力、应力加速结晶，小分子溶剂诱导结晶；3分子量：M 小结晶速度块，M 大结晶速度慢；熔融热焓∆H m ：与分子间作用力强弱有关。

作用力强，∆H m 高熔融熵∆S m ：与分子间链柔顺性有关。

分子链越刚，∆S m 小聚合物的熔点和熔限和结晶形成的温度T c 有一定的关系：结晶温度Tc 低(< Tm )，分子链活动能力低，结晶所得晶体不完善，从而熔限宽，熔点低； 结晶温度Tc 高(~ Tm )，分子链活动力强，结晶所得晶体更加完善，从而熔限窄，熔点高。

取向：在外力作用下，分子链沿外力方向平行排列。

聚合物的取向现象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿特定方向的择优排列。

高分子实验小结高分子是一种由许多分子单元组成的大分子化合物，其具有非常重要的应用价值。

在高分子实验方面，涉及到许多不同的实验内容。

本文将结合自身在实验过程中的体验，按照实验类别进行概述和总结。

1. 高分子合成实验高分子的合成实验是高分子实验中的重头戏，也是最主要的实验内容。

在合成实验中，要注意反应温度、反应物比例、催化剂种类等等因素的控制。

在实验中，发现选择合适的催化剂对于反应速度和高分子的产量都有显著的影响。

同时，本实验还需要注意保持反应环境整洁、干净，以避免杂质的干扰。

2. 高分子物性测试实验在合成出高分子材料后，需要对其物性进行测试。

有些实验需要测试均匀性、韧性、强度等性质；而有些实验则需要测试其导电性或导热性等物理性质。

不同的实验需要注意注重不同的细节，对于测试结果的不确定性需要合理掌握。

同时，本实验还需要注意实验仪器的使用，以获得较为精确的测试数据。

3. 高分子加工实验高分子加工实验通常是在高分子材料合成之后进行的，目的是将高分子材料加工成实际可用的制品。

这类实验需要加工制成的制品具有一定的功能或使用价值，比如在医学领域中开发出用于人工心脏瓣膜的高分子材料等。

在实验中，需要注意控制加工的温度、时间等因素，以获得最佳的加工效果。

同时，本实验还需要注重材料的质量控制，以确保加工出来的制品有较高的品质。

综上所述，在高分子实验中，不同的实验内容都需要注重细节和专业知识的掌握，以获得较为精确的实验结果。

高分子实验还需要耐心和耐心，以及对实验所涉及到的技术知识的逐步积累。

通过努力和积累，我们相信可以取得更好的实验效果，为高分子应用领域的发展做出更大的贡献。