本教材面向地方高校,尤其是应用型地方高校的高分子材料与工程专业本科生。在编写过程中,聚焦高分子物理在高分子材料生产与加工领域的实际应用,摒弃现有教材中深奥的理论假设的部分内容,注重实用特色。全书共7章,系统阐述高分子物理核心知识与应用。在概论部分,融入高分子科技发展史上的典型历史事件,并建立其与教材后续讲授内容的联系,引导学生带着问题去学习,提高学生的学习兴趣。同时,精心选取多个高分子材料实际应用中的专题讲座,对各章节的内容和高分子物理多个知识点的综合应用进行剖析,以“理论+专题”模式构建体系,注重从基础概念到生产实践的转化,适配应用型人才培养需求。
本书可作为高等学校高分子材料与工程专业教材,同时适用于材料化学、复合材料与工程、包装工程、印刷工程、化学、应用化学等专业,也可供从事高分子科研、生产的技术人员参考。
姚金水,齐鲁工业大学教授,国务院特殊津贴专家,山东省教学名师,山东省材料类专业教学指导委员会委员。获得山东省科技进步一等奖2项,技术发明二等奖一项和科技进步二等奖2项,教育部新世纪人才。
自2000年主讲高分子物理、高分子化学、高分子材料研究方法等课程至今。从事手性分离和可降解高分子材料的合成及应用方面的研究工作,发表SCI收录论文60多篇,获得授权国家发明专利32件,承担包括国家自然科学基金等在内的各级科研课题30多项。
第1章 概论001
1.1 高分子科学的发展历史001
1.1.1 高分子科学诞生以前高分子的发展001
1.1.2 高分子学说的建立003
1.1.3 高分子科学诞生后的发展史003
1.2 高分子科学的分支及高分子材料的重要性006
1.2.1 高分子科学的分支及其研究内容006
1.2.2 高分子材料的重要性006
1.2.3 高分子材料的优缺点007
1.3 高分子物理课程的重要性007
1.4 高分子的定义、基本概念、分类007
1.4.1 高分子的定义007
1.4.2 高分子的基本概念007
1.4.3 高分子的分类008
1.5 高分子的分子量及其分布010
1.5.1 聚合物分子量的统计意义010
1.5.2 平均分子量011
1.5.3 聚合物分子量的分布012
思考题与习题012
专题讲座012
第2章 高分子的链结构013
2.1 高分子链的近程结构013
2.1.1 结构单元的化学组成013
2.1.2 键接结构015
2.1.3 支化与交联015
2.1.4 共聚物的结构016
2.1.5 高分子链的构型017
2.2 高分子的远程结构018
2.2.1 高分子的大小(分子量) 018
2.2.2 高分子链的内旋转构象018
2.2.3 高分子链的柔顺性018
2.2.4 高分子的构象统计020
思考题与习题024
专题讲座025
第3章 高分子的凝聚态结构026
3.1 高分子之间的相互作用力026
3.1.1 范德华力与氢键026
3.1.2 内聚能密度026
3.2 高分子的晶态结构027
3.2.1 高分子结晶的形态学027
3.2.2 高分子在结晶中的构象和晶胞030
3.3 高分子的结晶过程032
3.3.1 高分子结构与结晶能力032
3.3.2 结晶速率及其测定方法033
3.3.3 结晶速率与温度的关系034
3.3.4 影响结晶速率的其他因素034
3.4 结晶对高分子力学性能的影响035
3.4.1 结晶度概念及其测定方法035
3.4.2 结晶度大小对高分子性能的影响036
3.4.3 结晶高分子的加工条件-结构-性质的关系037
3.4.4 分子量等因素对结晶高分子的凝聚态结构的影响038
3.5 结晶热力学038
3.5.1 结晶高分子的熔融与熔点038
3.5.2 成型加工条件对熔点的影响039
3.5.3 高分子链结构对熔点的影响039
3.5.4 共聚物的熔点043
3.5.5 杂质对高分子熔点的影响044
3.6 高分子的取向态结构045
3.6.1 高分子的取向现象045
3.6.2 高分子的取向机理045
3.6.3 取向研究的应用046
3.7 高分子的液晶态结构047
3.7.1 液晶态结构047
3.7.2 高分子液晶的结构、性能和应用049
3.8 高分子共混物的织态结构050
3.8.1 高分子共混物050
3.8.2 高分子的相容性051
3.8.3 高分子共混物凝聚态的主要特点051
3.8.4 高分子共混物的织态结构及其对材料性能的影响051
思考题与习题052
专题讲座053
第4章 高分子的溶液性质054
4.1 高分子的溶解054
4.1.1 高分子溶解过程的特点054
4.1.2 高分子溶解过程的热力学解释054
4.1.3 溶剂选择的原则057
4.2 高分子溶液的热力学性质058
4.2.1 Flory-Huggins 高分子溶液理论058
4.2.2 Flory 温度(θ 温度) 059
4.2.3 Flory-Krigbaum 理论(稀溶液理论) 060
4.2.4 高分子溶液中的标度理论061
4.3 高分子浓溶液063
4.3.1 增塑高分子063
4.3.2 纺丝液064
4.3.3 凝胶和冻胶064
4.3.4 聚电解质溶液065
4.4 聚合物分子量及其分布的测定066
4.4.1 端基分析066
4.4.2 沸点升高和冰点降低067
4.4.3 膜渗透压067
4.4.4 气相渗透(VPO) 068
4.4.5 光散射068
4.4.6 超速离心沉降069
4.4.7 黏度法069
4.4.8 飞行时间质谱071
4.4.9 凝胶渗透色谱法072
思考题与习题073
专题讲座074
第5章 聚合物的分子运动和转变075
5.1 聚合物分子热运动的特点075
5.1.1 运动单元的多重性075
5.1.2 分子运动的时间依赖性075
5.1.3 分子运动的温度依赖性076
5.2 聚合物的力学状态和热转变076
5.2.1 玻璃态区077
5.2.2 玻璃化转变077
5.2.3 高弹态077
5.2.4 黏弹转变区077
5.2.5 黏流态078
5.2.6 其他聚合物材料的热机械行为078
5.2.7 形变-温度曲线的其他表现形式079
5.3 聚合物的玻璃化转变079
5.3.1 T g 的测定079
5.3.2 玻璃化转变理论080
5.3.3 影响T g 的因素080
5.3.4 高聚物的次级松弛085
5.4 聚合物的黏性流动087
5.4.1 高聚物黏性流动的特点087
5.4.2 影响黏流温度的因素088
5.4.3 高聚物的流动性表征089
5.4.4 高聚物熔体的流动曲线090
5.4.5 加工条件对高聚物熔体剪切黏度的影响091
5.4.6 高聚物分子结构因素对剪切黏度的影响093
5.4.7 高聚物熔体的弹性效应095
思考题与习题097
专题讲座098
第6章 高聚物的力学性质099
6.1 玻璃态和结晶态高聚物的力学性质099
6.1.1 描述力学性质的基本物理量099
6.1.2 描述材料力学性能的指标101
6.1.3 高聚物的拉伸行为104
6.1.4 高聚物的破坏和理论强度109
6.1.5 影响高聚物实际强度的因素109
6.2 高弹态高聚物的力学性质113
6.2.1 高弹性的特点113
6.2.2 橡胶弹性的热力学分析113
6.2.3 橡胶的统计理论115
6.2.4 橡胶弹性的影响因素118
6.2.5 橡胶的使用温度范围119
思考题与习题121
专题讲座121
第7章 高聚物的力学松弛——黏弹性122
7.1 高聚物的力学松弛现象122
7.1.1 蠕变122
7.1.2 应力松弛124
7.1.3 滞后现象124
7.1.4 力学损耗125
7.1.5 静态力学松弛和动态力学松弛127
7.2 黏弹性的力学模型127
7.2.1 力学基本元件127
7.2.2 Maxwell 模型128
7.2.3 Kelvin 模型128
7.2.4 四元件模型128
7.3 黏弹性与时间、温度的关系129
7.3.1 时温等效原理129
7.3.2 WLF 方程130
7.4 Boltzmann 叠加原理131
7.5 聚合物的次级松弛及其分子机理132
7.5.1 聚合物的主转变和次级转变132
7.5.2 非晶态聚合物的次级转变及其分子机理132
7.5.3 结晶聚合物的次级转变及其分子机理133
思考题与习题134
专题讲座135
参考文献136