高分子物理

课程英文名称：Polymer Physics 

课程编号：150201469 

课程计划学时：80学时（理论64学时+实验16学时） 

学分：5.0

课程简介：

《高分子物理》是高分子材料专业的主干必修课程之一。在高分子材料科学中占有十分重要的地位。

本课程较为系统地介绍了高分子物理的基本理论和研究方法，包括高分子的链结构与凝聚态结构，高分子溶液的性质、力学性质与电学性质等，从分子运动的观点出发，阐述高分子的性质与结构间的关系。通过理论教学和实验环节使学生掌握高分子材料各层次的结构、性能和分子运动规律，能够运用基本观点和原理解释相关问题、解决生产实际问题的能力。

一、课程教学内容及教学基本要求 

本课程主要包括以下几方面的内容：

1. 聚合物结构：包括：链结构、凝聚态结构、分子量与分子量分布。

2. 松弛与转变：包括:玻璃化转变、结晶与熔融转变、次级转变。

3. 热力学：包括：高分子溶液、高分子合金、橡胶弹性。

4. 聚合物的性能：包括：粘弹性、流变性能等。

通过本课程的学习要求学生：

牢固掌握：结构、转变、性能的基本概念，结构与性能关系的基本原理。表征与测定方法的基本原理。能够建立自己的表达方式。描述结构、转变、性能的定理、公式及应用，性质、性能的影响因素。能够重复课堂、书本中的内容，灵活运用、适当做到举一反三。

了解：建立物理模型的基本假定，必要的数学推导过程，学科前沿知识。

绪 论 (考核概率1%)

课程的性质与任务，主要发展历史及内容，本课程的特点与学习方法。 

本章要求 

1. 明确课程的性质和内容。

2. 了解高分子物理的发展历史。

第一章 高分子的链结构 (考核概率10%)

本章重点与难点

（1）重点：高分子链的柔顺性与结构的关系，末端距的计算。 

（2）难点：构型与构象区别，链段的概念。

本章要求 

1.了解高分子的组成与构造。 

2.明确对高分子链的柔顺性的影响因素。

3.了解末端距统计处理方法，熟练末端距的计算。

第二章 聚合物的凝聚态结构 (考核概率10%)

本章重点与难点 

（1）重点：内聚能密度，高聚物的单晶、球晶的形成条件和特征，液晶态结构类型与性能，取向态的各向异性，高分子合金相容性。

（2）难点：结晶结构模型，高分子合金相容性。 

本章要求

1.解内聚能密度的意义。 

2.握高聚物的常见结晶形态的形成条件和特征。

3.了解液晶态结构、取向态结构和高分子合金。 

第三章 高分子溶液(考核概率10%) 

本章重点与难点

（1）重点：溶剂选择的的原则，Huggins参数的物理意义，θ溶液的概念。

（2）难点：θ溶液与理想溶液的差异。 

本章要求

1.了解聚合物的溶解过程的特点，掌握溶剂选择的的原则。 

2.明确高分子溶液与理想溶液的不同。

3.明确Huggins参数的物理意义和θ溶液的性质。

第四章 聚合物的分子量和分子量分布(考核概率8%)

本章重点与难点 

（1）重点：聚合物各种分子量的定义，分子量的测定的原理及方法，聚合物分布的表征与测定 

（2）难点：Mark-Houwink方程， GPC方法测定聚合物分布的原理

本章要求

1.了解聚合物分子量和其分布的统计意义和聚合物分子量的测定方法。

2.熟练掌握渗透压法、粘度法。

3.GPC方法测定聚合物分子量和其分布的原理和计算公式。

第五章 聚合物的转变与松弛 (考核概率16%)

本章重点与难点

（1）重点：聚合物分子运动的特点，聚合物的温度-形变曲线，玻璃化转变温度的测定及影响因素，结晶与熔点的测定及影响因素，Avrami方程的意义。

（2）难点：玻璃化转变的概念和松弛特性。

本章要求

1.熟悉聚合物分子运动的特点与材料力学状态的对应关系。

2.掌握玻璃化转变的概念和松弛特性，能够运用自由体积理论和松弛的观点解释实验现象。

3.掌握高分子结晶动力学的机理与过程，Avrami方程的意义及研究方法，明确结构与结晶能力的关系。

4．掌握各种结构因素地Tg和Tm的影响。

第六章 橡胶弹性 (考核概率10%)

本章重点与难点 

（1）重点：橡胶弹性的热力学分析，橡胶状态方程的推导。 

（2）难点： 橡胶弹性的熵弹性本质，橡胶状态方程的运用。 

本章要求

1.掌握橡胶弹性的热力学本质。

2.熟练掌握橡胶状态方程计算相关问题。

第七章 聚合物的粘弹性 (考核概率17%)

本章重点与难点

（1）重点：静态粘弹性现象和动态粘弹性现象，时温等效原理，波尔兹曼叠加原理。

（2）难点：时温等效原理的理解和运用。 

本章要求

1.了解粘弹性现象和运用粘弹性的力学模型推出状态方程。 

2.掌握温度、时间（外界作用速度）对粘弹性的影响规律。

3.掌握时温等效原理，能够运用WLF方程解决问题。

4.了解动态粘弹性的研究方法。

第八章 聚合物的屈服与断裂(考核概率8%) 

本章重点与难点 

（1）重点：高分子应力一应变曲线类型，聚合物的屈服现象，Griffith断裂理论，聚合物增强和增韧的途径和机理 

（2）难点：强迫高弹形变的机理，Griffith断裂理论的应用。

本章要求

1.了解高分子的一般拉伸破坏行为。

2.掌握高分子材料的增强和增韧的方法。

第九章 聚合物的流变性(考核概率10%)

本章重点与难点

（1）重点：高分子的流变特性，影响高分子熔体切粘度的因素，聚合物熔体的弹性表现。

（2）难点：利用缠结理论对聚合物熔体流变特性的解释

本章要求

1.了解高分子的流变特性，高分子熔体与牛顿流体的区别。

2.理解各种因素对高分子熔体切粘度的影响。

3.了解聚合物熔体的弹性表现。

二、教学内容学时分配一览表

三、与其他的课程的联系

    在系统学习高分子物理课程之前，学生必须先修的课程包括高等数学、概率论与数理统计、大学物理、机械制图、材料化学、高分子化学、有机化学、材料科学与工程专业导论、材料科学基础等。学习完高分子物理后，直接为后续的专业方向课奠定基础，包括高分子成型原理、塑料成型工艺、橡胶加工原理、聚合物共混原理及工艺、材料近代研究分析方法、材料性能学、复合材料学、材料质量控制与实效分析、纳米材料与技术、材料科学与工程生产实习、材料科学与工程专业毕业论文等等。

四、大纲附录 

1、建议教材：《高分子物理》金日光、华幼卿编，化学工业出版社，2000。

2、参考书目：

[1]何曼君，陈维孝，董西侠，《高分子物理》，上海，复旦大学出版社，1990年。

[2]马德柱，何平笙等，《高聚物的结构与性能》，北京，科学出版社，1995年。[3]B.Wunderlich, Macromolecular Physics, Academic Press, New York, 1973.
[4]P. J. Flory, Principles of Polymer Chemistry, Cornell Uni. Press, New York, 1953.

[5]de Genes P. G.,Scaling Concepts in Polymer Physics, Cornell Uni. Press, New York, 1979.

[6]G. R. Strobl, The Physics of Polymer, Springer,1996.

一、师资队伍情况

高分子物理课程已经具备较完善的师资队伍，全体教师都具有丰富的教学实践经验，教学水平较高，教学效果好。此外，教学团队成员在科学研究方面成果丰硕，主持国家自然科学基金、省部级、厅级、校级及企业合作科研项目多项，科学研究为课程教学提供了丰富的素材与教学案例，获得了师生们的一致好评。

二、教材使用与建设 

目前高分子物理理论课教学选用金日光、华幼卿主编的《高分子物理》，为“九五”国家级重点教材，同时有国外权威学者编写的教材作为教学参考书。主要参考教材：《高分子物理》何曼君编，复旦大学出版社；《高分子物理》何平笙编，中国科技大学出版社；Macromolecular Physics, B.Wunderlich, Academic Press, New York, 2000. 我们自己编写有高分子物理实验讲义、习题集，供学生使用。

三、扩充性资料 

让学生使用的扩充性资料有3类：

一是正式出版的其它高分子物理教材。在上第一节课时，把这些教材的编著者、教材名称、出版社、教材的主要特点介绍给学生，让学生学习过程中有选择地参考，主要想使学生在老师指导下吸纳不同教材的精华；

二是国内专家学者翻译编著的与该课程学习关系密切的专著；

三是本学科领域国内外的一些重要的学术期刊为学生的自主学习和研究性学习指定了有效的文献资料，如中文核心期刊“高分子学报”和外文期刊“Polymer”、“Macromolecular”等，主要想使学生适当了解本学科的新知识、新理论及学科前沿。

四、实践性教学平台及环境

（1）课内实验教学平台

高分子物理实验课教学使用我们参照兄弟院校的教材自己编写的实验讲义，由于有二十多年实验课教学经验的积累，实验讲义不断修订、完善，教学效果比较好。2015年以前，高分子物理课程开设2个实验，共计4学时，包括示差扫描量热议测试熔融与结晶转变，偏光显微镜测试高分子的球晶。2015年开始，实行新教学计划，高分子物理课程实验已经增加为4个，共8学时，增设了高分子断裂与屈服的测定，高聚物的结晶形态的观察和结晶速度的测定。我院积极建设高分子物理实验室，近年来，累计投入资金近500余万元。另外，学院的实验测试中心具有大型的高分子制备设备及分析检测设备，可供教学演示或学生实验用。包括双螺杆挤出机组、注塑机、平板硫化机、开炼机、高低温试验箱、缺口制样机等等。现代分析仪器如：X-射线衍射、扫描电镜、热分析、场发射扫描电子显微镜、偏光显微镜、拉伸实验机、冲击试验机等等。随着实验仪器设备的不断增加、实验开出率的不断提高，学生实践能力会得到进一步增强。

（2）课外创新实验平台

目前，已经形成了支撑高分子物理课程实践性教学的较为完善稳定的创新创业实践/实验平台。包括校内外企业生产实习基地，校-企联合研发中心，院内的高分子创新创业研究室。已经形成了由课程专职及兼职教师领衔本科学生形成的科研团队和项目课题组，拥有国家自然科学基金到省市厅级及企业合作项目多项，经费充足。团队成员拥有多项国家级大学生创新创业训练项目及校内各级项目，为专业学生开展创新创业实践活动提供了良好的平台条件。

五、 网络教学环境

目前真正建设西华大学高分子物理教学网站，将为本校学生开放使用。学校配有先进的多媒体教室，教师采用多媒体教学课件进行课程教学。高分子物理教学课件包括基本教学内容有关的文字图片，专业实验的多媒体演示，采用三维动画等，适当增加如高分子物理学家小传、新实验技术和前沿小专题，丰富教学内容和手段，扩大知识量和信息量，将能有效提高学生的学习兴趣