本书全面贯彻党的教育方针,落实立德树人根本任务,有机融入党的二十大精神。全书以高分子结构为基础,较为系统地介绍了高分子物理的基本概念和基本理论,揭示了“高分子结构—分子运动—性能”的内在联系。
全书共十一章,分别为绪论、高分子的分子量和分子量分布、高分子链的结构、高分子的聚集态结构、高分子溶液、高分子的物理状态与特征温度、高分子的力学性能、高分子的高弹性与黏弹性、高分子的流变性、高分子的其他性质及高分子物理的分析与研究方法简介等内容,并针对重要的知识点配有动画、短视频等数字化资源,便于学生理解相关内容。
本书可作为高等职业教育高分子相关专业的教材,也可供从事高分子材料加工与应用工作的企业技术人员参考。
第一章绪论 1
学习目标1
一、高分子科学发展简史1
二、高分子的基本概念2
三、高分子物理的研究范畴2
阅读材料重要高分子研究及生产发展年表3
第二章高分子的分子量和分子量分布 5
学习目标5
第一节高分子的分子量及其测定方法5
一、高分子分子量的统计意义6
二、高分子分子量的测定方法8
第二节高分子的分子量分布15
一、基于溶解度的分级15
二、凝胶渗透色谱法16
阅读材料中国高分子化学开创者——王葆仁18
应用案例19
思考题20
习题21
第三章高分子链的结构 22
学习目标22
第一节高分子链的化学结构及构型22
一、组成和构造22
二、高分子链的构型23
第二节高分子的构象28
一、高分子链的内旋转构象28
二、高分子链的柔顺性28
三、高分子链的构象统计30
四、柔顺性的表示方法30
阅读材料高分子化学和高分子物理学家——钱保功31
应用案例32
思考题33
习题33
第四章高分子的聚集态结构 35
学习目标35
第一节分子间作用力与聚集态35
一、分子间作用力35
二、内聚能密度37
三、聚集态和相态38
第二节高分子的结晶态38
一、晶体的基本概念39
二、高分子的结晶能力与结构的关系39
三、高分子的结晶形态40
四、高分子的结晶过程45
五、结晶高分子的熔融47
六、结晶度及结晶对高分子性能影响概述48
第三节高分子的非晶态50
一、非晶高分子的结构模型51
二、线型非晶高分子的力学状态51
第四节高分子的取向态53
一、取向的基本概念54
二、取向的类型54
三、取向的影响因素55
四、取向对高分子性能的影响55
五、取向的常见应用实例56
第五节高分子的液晶态57
一、液晶态和液晶57
二、液晶的类型与性能58
第六节高分子的织态结构59
一、高分子混合物59
二、高分子合金的类型与制备方法60
三、非均相高分子的聚集态结构60
阅读材料中国高分子物理一代宗师——钱人元62
应用案例63
思考题65
习题65
第五章高分子溶液 66
学习目标66
第一节高分子的溶解66
一、高分子溶解的特点66
二、高分子溶解过程67
第二节溶剂的选择68
一、“极性相似”原则68
二、“溶度参数相近”原则68
三、“溶剂化”原则73
第三节高分子稀溶液的黏度73
一、高分子稀溶液黏度的表示方法73
二、影响高分子稀溶液黏度的因素74
第四节聚电解质溶液75
一、概念75
二、聚电解质的性质76
三、聚电解质的应用76
第五节高分子浓溶液78
一、高分子的增塑78
二、高分子的溶液纺丝78
三、凝胶和冻胶78
阅读材料中国量子化学之父——唐敖庆79
应用案例80
思考题81
习题82
第六章高分子的物理状态与特征温度 83
学习目标83
第一节高分子的物理状态83
一、线型非晶高分子的物理状态84
二、结晶高分子的物理状态84
第二节各种特征温度与测定86
一、玻璃化转变温度86
二、熔点90
三、黏流温度92
四、软化温度92
五、热分解温度93
六、脆化温度93
阅读材料我国高分子材料研究领域奠基人——徐僖93
应用案例94
思考题95
习题96
第七章高分子的力学性能 97
学习目标97
第一节材料的力学概念97
一、外力97
二、内力97
三、形变98
四、应力、应变及强度98
五、泊松比98
六、应力及应变的形式98
七、模量和柔量99
八、拉伸强度99
九、弯曲强度99
十、冲击强度99
十一、硬度、回弹性、韧性及疲劳100
第二节高分子的屈服、断裂现象100
一、应力应变曲线100
二、细颈105
三、屈服107
四、剪切带的结构形态108
五、银纹108
第三节高分子的断裂与强度110
一、高分子的断裂110
二、高分子的强度112
三、高分子的增韧114
第四节复合材料的力学性质115
一、高分子的增塑作用116
二、高分子材料的增强及填充117
三、高分子材料的共混改性118
阅读材料高分子理论的奠基人——施陶丁格119
应用案例121
思考题122
习题122
第八章高分子的高弹性与黏弹性 123
学习目标123
第一节高分子的力学松弛现象123
一、蠕变124
二、应力松弛125
三、滞后125
四、力学损耗126
第二节时温等效原理和Boltzmann叠加原理128
一、时温等效原理128
二、Boltzmann叠加原理130
第三节高分子黏弹性的力学模型131
一、Maxwell模型131
二、Kelvin模型132
三、多元件模型133
四、广义的Maxwell和Kelvin模型134
五、高分子的黏弹性能示例134
阅读材料高分子物理化学的奠基者——弗洛里135
应用案例137
思考题138
习题138
第九章高分子的流变性 140
学习目标140
第一节牛顿流体和非牛顿流体141
一、牛顿流体141
二、非牛顿流体142
三、高分子熔体切黏度的影响因素144
第二节高分子熔体流动中的弹性效应146
一、可回复的切形变147
二、法向应力效应147
三、不稳定流动149
四、动态黏度150
第三节高分子材料典型加工成型过程的流变分析151
一、混炼工艺与压延工艺151
二、挤出成型过程153
三、纤维纺丝成型过程156
阅读材料尼龙和氯丁橡胶的发明者——卡罗瑟斯158
应用案例159
思考题160
习题160
第十章高分子的其他性质 161
学习目标161
第一节高分子的电性能161
一、高分子的极化及介电常数162
二、高分子的导电性166
三、高分子的介电击穿167
四、高分子的静电现象168
第二节高分子的光学性质169
一、光的折射和非线性光学性质170
二、光的反射171
三、光的吸收172
第三节高分子的扩散与渗透性能172
一、高分子的渗透性172
二、高分子的透气性173
三、透气性和透湿性试验173
第四节高分子的表面和界面性质174
一、高分子表面与界面174
二、高分子表面与界面热力学174
三、高分子表面与界面动力学176
四、高分子表面改性技术简介177
第五节高分子的热物理性能178
一、导热性178
二、热膨胀179
三、热稳定性180
阅读材料现代石油化工和高分子合成材料
的功臣——齐格勒和纳塔181
应用案例182
思考题183
习题184
第十一章高分子物理的分析与研究方法简介 185
学习目标185
第一节质谱法185
一、质谱法的基本原理185
二、质谱公式186
三、质谱仪186
第二节核磁共振法188
一、核磁共振波谱的基本知识188
二、核磁共振波谱仪188
三、NMR在高分子研究中的应用189
第三节广角X射线衍射和X射线小角散射法189
一、X射线衍射的基本原理190
二、广角X射线衍射在高分子材料研究中的应用191
三、X射线小角散射法及其应用192
阅读材料软物质物理学创始人——皮埃尔·吉勒·德热纳194
应用案例195
思考题196
习题196
参考文献197