《高分子物理》课程教学大纲

1、高分子物理课程教学大纲一、基本信息中文名称: 高分子物理英文名称：Polymer physics编号：10043209性质：专业基础课学时和学分：按总学时：56 总学分：3. 5理论学时：56 适用学院及专业：材料科学与工程学院 材料化学先修课程：物理化学、高分子化学及工程力学等开课学院、部、中心：材料科学与工程学二、课程地位与作用高分子物理是材料化学专业的核心基础课程。与高分子化学、材料化学、材料物理性能、近代分析测试技术、材料科学基础实验共同构成材料化学专业学生的专业基础知识体系。本课程是一门以聚合物为研究对象的全部物理内容的课程，主要介绍高分子材料的结构特征、物理性能，特别是有关结构的基

2、本理论、结构层次的特点、微观结构与宏观结构的关系，以及结构与宏观性能的关系，以培养学生具有一定创造性思维能力、科学归纳以及综合分析问题的能力，为专业核心课与专业选修课奠定专业基础。三、课程教学目的和要求高分子物理是研究聚合物结构与性能之间关系的一门学科，学生通过该课程的学习，能掌握有关聚合物的多层次结构及主要物理性能、聚合物结构与性能的关系、基本理论和基本研究方法，具备初步的理论联系实际地分析与解决有关高分子材料方面问题，为从事高分子设计、改性、加工及应用奠定基础。四、主要教学内容绪论（2学时讲授）教学内容：掌握高分子材料基本概念、高分子化合物的结构特点、高分子材料科学、高分子物理的研究对象和

3、内容、了解高分子发展史、高聚物结构与性能研究简史、新材料科技发展动态等。重点和难点：高分子物理研究的主要内容及在学科中的作用。第1章 高分子链的结构（6学时）教学内容：了解高分子链结构的定义及其涵盖的内容、聚合物分子链的类型特征及典型实例，构型及其测定的主要方法；理解构型与构象，分子构造，自由内旋转与受阻内旋转、内旋转位垒，柔性链与刚性链、高分子链柔顺性的影响因素；掌握构型与构象的区别、分子构造类型、高分子链柔顺性的影响因素、“自由旋转链”均方末端距的计算及“受阻链”均方末端距的计算。重点和难点：高分子链的构型；分子构造、支化度、交联度；分子构造对聚合物的性能的影响；高分子链内旋转构象、链段的

4、概念；高分子链的柔顺性及其影响的结构因素；均方末端距和根均方末端距的概念；自由连接链；自由旋转链；等效自由连接链；受阻链的含义。第2章 高分子的凝聚态结构（8学时）教学内容：了解凝聚态、相态及液晶态的含义，高分子的凝聚态、内聚能、内聚能密度，X射线特征及射线衍射图像和曲线分析、Bragg方程，晶体、晶态聚合物特征、空间格子、晶胞和晶系、晶面与晶面指数、7个晶系及其晶胞参数，高聚物的结晶过程、结晶动力学及影响高聚物结晶能力的各种因素；理解按照内聚能密度的大小如何划分材料，聚乙烯的分子链结构及其结晶结构，球晶的生长过程，球晶的光学特征，晶态高聚物的结构模型，结晶度及其测定方法、取向态结构、单轴取向

5、和双轴取向；掌握聚乙烯晶胞密度的计算，片晶、串晶、纤维晶及球晶结构特征，球晶的光学特征，结晶度的概念，质量结晶度与体积结晶度的计算及推导过程，单轴取向和双轴取向，液晶的流变性。重点和难点：凝聚态与相态的理解，球晶结构特征，聚乙烯分子链结构及其结晶结构；取向态结构特征。第3章 高分子溶液（6学时）教学内容：了解溶液的分类，非晶态聚合物的溶胀和溶解，交联聚合物的溶胀平衡，溶度参数，高分子溶液混合商、高分子溶液混合热、高分子溶液混合自由能、渗透压的概念；理解晶态聚合物的溶解，“极性相近”原则、“内聚能密度或溶度参数相近”原则、“高分子-溶剂相互作用参数小于1/2原则，渗透压方程式的推导过程；掌握无限

6、溶胀和有限溶胀，会使用混合溶剂的溶度参数的计算公式，晶态聚合物的溶解过程与特点，渗透压方程式的推导过程。重点和难点：结晶溶解过程聚合物的溶解过程，溶度参数的概念，高分子-溶剂相互作用，柔性链高分子溶液的热力学性质，高分子溶液的相平衡原理等。第4章 聚合物的分子量和分子量分布（4学时）教学内容：了解聚合物分子量的多分散性、数均分子量、重均分子量、Z均分子量、粘均分子量、分子量分布宽度，粘度的表示方法及其物理意义，聚合物的分子量分布的测定原理；理解利用高聚物稀溶液依数性，测定数均分子量原理，如端基分析法、沸点升高和冰点降低、渗透压法（或膜渗透法）及粘度法测定聚合物分子量原理，第二维利系数的物理意义

7、；掌握稀溶液的特性粘数及物理意义、端基分析法测定分子量过程中注意事项、沸点升高和冰点降低法测定分子量过程中注意事项，利用高聚物稀溶液性质粘均分子量测定原理及方法（外推法或一点法），利用渗透压法测定数均分子量原理。重点和难点：特性粘数及其物理意义、特性粘度，粘度法测定粘均分子量、渗透压法测定数均分子量原理及数学推导过程。第5章 聚合物的分子运动和转变（6学时）教学内容：了解高分子链的整体运动、链段运动，链节、支链、侧基的运动，晶区的分子运动，聚合物分子运动的松弛性，松弛时间及松弛时间谱，玻璃化转变与玻璃化转变温度、玻璃化转变温度的测定，粘流转变与粘流转变温度，Avrami指数的概念；理解聚合物的

8、形变温度曲线及其影响因素，玻璃化转变理论中的自由体积理论，三大力学状态。结晶速度及其测定方法。结晶聚合物的熔融过程和熔点的特征，影响熔点的因素；掌握粘流转变温度、玻璃化温度的影响因素及提高高分子材料耐热性（Tg）的途径，聚合物的形变温度曲线及其影响因素，分析结晶速度与温度的关系曲线。重点和难点：玻璃化转变温度，聚合物分子运动的松弛性，松弛时间及松弛时间谱的理解。对高分子链链段运动的认识，聚合物的形变温度曲线分析及应用。第6章 橡胶弹性（2学时）教学内容：了解橡胶弹性的特点、张应变、张应力、工程应力；理解形变的基本类型，如简单拉伸、简单剪切、均匀压缩；掌握应变、附加内应力、杨氏模量、剪切模量、体

9、积模量及其之间的关系，泊松比的概念及数学表示方法。重点和难点：附加内应力、泊松比及工程应力的理解。 第7章 聚合物的粘弹性（6学时）教学内容：了解粘弹性、静态粘弹性、动态粘弹性，蠕变现象、应力松驰、滞后现象、弹性储能、力学损耗（内耗），各种材料对正旋应力的响应，粘弹性的研究方法等；理解蠕变及应力松弛曲线、滞后曲线、Maxwell模型和Kelvin模型，时温等效原理；掌握高弹形变的本质、高弹形变特征、黏弹性概念及本质，蠕变曲线的分析、应力松弛、滞后现象与内耗、时温等效原理，高聚物粘弹性的力学模，即Maxwell模型推导应力松弛表达式的原理及数学处理方法，Kelvin模型推导蠕变现象表达式的原理及

10、数学处理方法。重点和难点：聚合物分子运动时间依赖性，蠕变与应力松弛的数学分析，动态粘弹现象的分析过程及力学损耗（内耗）的认识，蠕变的实际应用。第8章 聚合物的屈服和断裂（8学时）目的和要求：了解聚合物的塑性和屈服，聚合物的断裂和强度，韧性断裂与脆性断裂；理解细颈、银纹，剪切带的概念、受迫高弹形变；掌握非晶态聚合物的应力应变曲线，晶态聚合物的应力应变曲线，聚合物的应力应变曲线的类型，影响高分子材料强度的因素。重点和难点：聚合物的应力-应变曲线分子机理的分析，细颈形成，聚合物的塑性和屈服，聚合物的断裂和强度，第9章 聚合物的流变性（8学时）教学目的和要求：了解牛顿流体和非牛顿流体特征，聚合物熔体切粘度的测定方法；理解聚合物的粘性流动曲线、法向应力效、挤出物胀大及不稳定流动；掌握假塑性流体的流动特征曲线和流动机理，稳态流动、挤出物胀大现象，毛细管粘度计。重点和难点：假塑性流体的流动特征曲线和流动机理分析，挤出物胀大现象。五、课程考核和成绩评定方式本课程考核采用闭卷和平时考核方式结合，考试成绩80%，平时考核20%。六、教材及