《高分子物理》课程教学大纲 Polymer Physics

课程名称：高分子物理/PolymerPhysics先修课程：有机化学、物理化学、高分子化学适用专业：高分子材料与工程开课学院（部）、系（教研室）：材料学院高分子材料与工程系一、课程的性质与任务本课程为学科基础课。本课程主要讲授高分子物理的基础理论及研究方法。包括高分子的链结构、聚集态结构、高分子溶液、聚合物的分子量及分子量分布、高分子的松驰与转变、高分子的力学性能、高分子的电学性能以及其它基本性质。从分子运动和热转变出发，系统地阐述高分子的结构与性能的关系，为高分子材料设计、加工、应用提供理论基础。通过本课程的学习，要求学生能够分析高分子的结构，根据高分子的结构分析高分子材料可能具有的性能，掌握高分子的结构与性能的对应关系。二、课程的教学内容、基本要求（一）教学内容1.高分子链的结构：高分子链的组成和构造，构象。2.聚合物的聚集态结构：聚合物的晶态结构，聚合物的非晶态结构，聚合物的液晶态结构，聚合物的取向态结构，高分子合金的织态结构。3.高分子溶液：聚合物的溶解，高分子溶液热力学性质，高分子溶液的相平衡，共混聚合物相容性的热力学，聚合物的浓溶液。4.聚合物分子量和分子量分布：聚合物分子量的统计意义，分子量的测定方法，聚合物分子量分布测定方法。5.聚合物的转变与松弛：聚合物分子运动的特点，玻璃化转变，结晶行为和结晶动力学，结晶热力学。6.橡胶弹性：形变类型及物理量，橡胶弹性的热力学分析，橡胶弹性的统计理论，唯象理论，影响因素，热塑性弹性体。7.聚合物的粘弹性：粘弹性现象，粘弹性的数学描述，时温等效原理，粘弹性的研究方法，动态力学谱研究聚合物的分子结构和分子运动。8.聚合物的屈服和断裂：聚合物的塑性和屈服，聚合物的断裂和强度及影响因素。9.聚合物的流变性：牛顿流体和非牛顿流体，聚合物的切粘度，聚合物熔体的弹性表现，拉伸粘度。10.聚合物电学性能、热性能、光等性能以及表面与界面性能。（二）基本要求1.正确理解下列基本概念和它们之间的内在联系：构型与构象；高分子的链柔性和高斯链；晶体结构的基本概念；液晶与取向；旋节线机理与成核生长机理；分子量与分子量分布；普适校正曲线；粘度的表示方法；聚合物的转变与松弛UCST和LCST；高分子电解质；凝胶和冻胶；特性粘度和表观粘度；第二维利系数；聚合物分子运动的特点；松弛时间和高聚物的次级松驰；玻璃化温度和高聚物的粘流温度；次级松弛和物理老化；法向应力效应；Avrami指数；应力松弛和蠕变；时温等效原理和位移因子；滞后现象和力学损耗；高弹形变和强迫高弹形变；高聚物的介电系数和介电损耗；屈服应力和冷拉；脆化温度；银纹和剪切屈服；剪切流动和拉伸流动。2.正确理解晶体和溶液中的构象，晶态结构、非晶态结构的结构模型，相分离的热力学和动力学，聚合物分子量的统计意义，唯象理论，聚合物的电、热、光以及其它性能；重点掌握高分子链的构象统计，高分子溶液的晶格理论和稀溶液理论，玻璃化转变理论，结晶动力学和热力学，橡胶弹性的热力学分析及统计理论，聚合物的断裂理论，粘弹性的数学描述及其温度依赖性3.牢固掌握聚合物结构与性能之间的关系：聚合物结构与聚合物链柔性的关系，结构与聚合物液晶行为的关系，分子结构对聚合物玻璃化转变温度、粘流温度的影响扩调节途径，聚合物熔点和结晶速度的影响因素，聚合物结构对聚合物粘弹行为的影响及调节方法，聚合物的塑料与屈服，聚

课程名称 ：高分子物理/Polymer Physics 先修课程 ：有机化学、物理化学、高分子化学 适用专业 ：高分子材料与工程 开课学院（部）、系(教研室)：材料学院高分子材料与工程系 一、课程的性质与任务 本课程为学科基础课。本课程主要讲授高分子物理的基础理论及研究方法。包括高分子的链结 构、聚集态结构、高分子溶液、聚合物的分子量及分子量分布、高分子的松驰与转变、高分子的力 学性能、高分子的电学性能以及其它基本性质。从分子运动和热转变出发，系统地阐述高分子的结 构与性能的关系，为高分子材料设计、加工、应用提供理论基础。 通过本课程的学习，要求学生能够分析高分子的结构，根据高分子的结构分析高分子材料可能 具有的性能，掌握高分子的结构与性能的对应关系。 二、课程的教学内容、基本要求 （一）教学内容 1.高分子链的结构：高分子链的组成和构造，构象。 2.聚合物的聚集态结构：聚合物的晶态结构，聚合物的非晶态结构，聚合物的液晶态结构，聚 合物的取向态结构，高分子合金的织态结构。 3.高分子溶液：聚合物的溶解，高分子溶液热力学性质，高分子溶液的相平衡，共混聚合物相 容性的热力学，聚合物的浓溶液。 4.聚合物分子量和分子量分布：聚合物分子量的统计意义，分子量的测定方法，聚合物分子量 分布测定方法。 5.聚合物的转变与松弛：聚合物分子运动的特点，玻璃化转变，结晶行为和结晶动力学，结晶 热力学。 6.橡胶弹性：形变类型及物理量，橡胶弹性的热力学分析，橡胶弹性的统计理论，唯象理论， 影响因素，热塑性弹性体。 7.聚合物的粘弹性：粘弹性现象，粘弹性的数学描述，时温等效原理， 粘弹性的研究方法，动 态力学谱研究聚合物的分子结构和分子运动。 8.聚合物的屈服和断裂：聚合物的塑性和屈服，聚合物的断裂和强度及影响因素。 9.聚合物的流变性：牛顿流体和非牛顿流体，聚合物的切粘度，聚合物熔体的弹性表现，拉伸 粘度。 10.聚合物电学性能、热性能、光等性能以及表面与界面性能。 （二）基本要求 1.正确理解下列基本概念和它们之间的内在联系： 构型与构象；高分子的链柔性和高斯链；晶体结构的基本概念；液晶与取向；旋节线机理与 成核生长机理；分子量与分子量分布；普适校正曲线；粘度的表示方法；聚合物的转变与松弛； UCST和LCST；高分子电解质；凝胶和冻胶；特性粘度和表观粘度；第二维利系数；聚合物分子运 动的特点；松弛时间和高聚物的次级松驰；玻璃化温度和高聚物的粘流温度；次级松弛和物理老 化；法向应力效应；Avrami指数；应力松弛和蠕变；时温等效原理和位移因子；滞后现象和力学损 耗；高弹形变和强迫高弹形变；高聚物的介电系数和介电损耗；屈服应力和冷拉；脆化温度；银纹 和剪切屈服；剪切流动和拉伸流动。 2.正确理解晶体和溶液中的构象，晶态结构、非晶态结构的结构模型，相分离的热力学和动力 学，聚合物分子量的统计意义，唯象理论，聚合物的电、热、光以及其它性能；重点掌握高分子链 的构象统计，高分子溶液的晶格理论和稀溶液理论，玻璃化转变理论，结晶动力学和热力学，橡胶 弹性的热力学分析及统计理论，聚合物的断裂理论，粘弹性的数学描述及其温度依赖性。 3.牢固掌握聚合物结构与性能之间的关系：聚合物结构与聚合物链柔性的关系，结构与聚合物 液晶行为的关系，分子结构对聚合物玻璃化转变温度、粘流温度的影响扩调节途径，聚合物熔点和 结晶速度的影响因素，聚合物结构对聚合物粘弹行为的影响及调节方法，聚合物的塑料与屈服，聚

合物熔体的弹性表现，聚合物结构对其强度、韧性、流变性能、电学性能、光学性能、热性能等基本性能的影响以及提高聚合物性能的因素。4.熟练运用下列测试方法：聚合物晶态结构、液晶态结构、取向结构的测定方法；聚合物分子量及其分子量分布的测定方法，玻璃化转变温度、熔点的测定方法；粘弹性的研究方法，力学性的测试表征；聚合物熔体切粘度的测定方法；聚合物电、热、光、表面与界面性能的测定方法。5.了解新型的高分子技术：高分子液晶，高分子合金的形态结构；聚合物的增塑、溶液纺丝凝胶与冻胶：热塑性弹性体等，该课程采用闭卷考试和平时成绩相结合的方式进行考核。其中闭卷考试80%，平时成绩20%。（三）课程内容的重点、难点1.高分子链的结构重点：聚合物的高分子链的组成和构造，高分子链的柔顺性。难点：聚合物的构型与构象2.聚合物的聚集态结构重点：聚合物的晶态结构，液晶态结构，取向结构难点：聚合物的结晶形态、结构模型，结晶度和晶粒尺寸；分子结构对液晶行为的影响3.高分子溶液重点：聚合物的溶解过程，聚合物能力的判定，高分子溶液的相平衡难点：柔性链高分子溶液的热力学性质4.聚合物分子量和分子量分布重点：聚合物分子量的统计意义难点：分子量的测定方法，聚合物分子量分布测定方法5.聚合物的转变与松弛重点：聚合物分子运动的特点，玻璃化转变理论及其影响因素难点：Avrami方程和球晶生长的线速度方程，结晶热力学6.橡胶弹性重点：橡胶弹性的统计理论，唯象理论，交联与结构的影响，热塑性弹性体难点：橡胶弹性的热力学分析7.聚合物的粘弹性重点：聚合物的粘弹性现象，粘弹性的研究方法，动态力学谱研究聚合物的分子结构和分子运动难点：聚合物粘弹性的力学模型，时温等效原理8.聚合物的屈服和断裂重点：聚合物的应力-应变曲线，聚合物的屈服判据，聚合物的断裂和强度及影响因素难点：聚合物的断裂理论9.聚合物的流变性重点：聚合物的粘性流动，聚合物切粘度的影响因素，聚合物熔体的弹性表现难点：聚合物切粘度影响因素的分子解释三、课程改革与特色本课程使用多媒体教学；课程中增加虚拟实验，对关键难点与实验采用动画模拟，使学生增加难点的感性认识；考试采用闭卷考试与平时成绩的结合，提高学生的学习兴趣。闭卷考试试卷由系统从题库中自动组卷，并考核试卷的科学性与客观性四、推荐教材及参考书推荐教材：《高分子物理》，主编：金日光、华幼卿，化学工业出版社，2005年

合物熔体的弹性表现，聚合物结构对其强度、韧性、流变性能、电学性能、光学性能、热性能等基 本性能的影响以及提高聚合物性能的因素。 4.熟练运用下列测试方法： 聚合物晶态结构、液晶态结构、取向结构的测定方法；聚合物分子量及其分子量分布的测定 方法，玻璃化转变温度、熔点的测定方法；粘弹性的研究方法，力学性的测试表征；聚合物熔体切 粘度的测定方法；聚合物电、热、光、表面与界面性能的测定方法。 5.了解新型的高分子技术：高分子液晶，高分子合金的形态结构；聚合物的增塑、溶液纺丝、 凝胶与冻胶；热塑性弹性体等。 该课程采用闭卷考试和平时成绩相结合的方式进行考核。其中闭卷考试80%，平时成绩20%。 （三）课程内容的重点、难点 1.高分子链的结构 重点：聚合物的高分子链的组成和构造，高分子链的柔顺性。 难点：聚合物的构型与构象 2.聚合物的聚集态结构 重点：聚合物的晶态结构，液晶态结构，取向结构 难点：聚合物的结晶形态、结构模型，结晶度和晶粒尺寸；分子结构对液晶行为的影响 3.高分子溶液 重点：聚合物的溶解过程，聚合物能力的判定，高分子溶液的相平衡 难点：柔性链高分子溶液的热力学性质 4.聚合物分子量和分子量分布 重点：聚合物分子量的统计意义 难点：分子量的测定方法，聚合物分子量分布测定方法 5.聚合物的转变与松弛 重点：聚合物分子运动的特点，玻璃化转变理论及其影响因素 难点：Avrami方程和球晶生长的线速度方程，结晶热力学 6.橡胶弹性 重点：橡胶弹性的统计理论，唯象理论，交联与结构的影响，热塑性弹性体 难点：橡胶弹性的热力学分析 7.聚合物的粘弹性 重点：聚合物的粘弹性现象，粘弹性的研究方法，动态力学谱研究聚合物的分子结构和分子 运动 难点：聚合物粘弹性的力学模型，时温等效原理 8.聚合物的屈服和断裂 重点：聚合物的应力-应变曲线，聚合物的屈服判据，聚合物的断裂和强度及影响因素 难点：聚合物的断裂理论 9.聚合物的流变性 重点：聚合物的粘性流动，聚合物切粘度的影响因素，聚合物熔体的弹性表现 难点：聚合物切粘度影响因素的分子解释 三、课程改革与特色 本课程使用多媒体教学； 课程中增加虚拟实验，对关键难点与实验采用动画模拟，使学生增加难点的感性认 识； 考试采用闭卷考试与平时成绩的结合，提高学生的学习兴趣。闭卷考试试卷由系统从 题库中自动组卷，并考核试卷的科学性与客观性。 四、推荐教材及参考书 推荐教材： 《高分子物理》，主编：金日光、华幼卿，化学工业出版社，2005年

参考书：《高分子物理》，主编：何曼君、陈维孝等，复旦大学出版社，1990年

参考书： 《高分子物理》，主编：何曼君、陈维孝等，复旦大学出版社，1990年