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第一章高分子链的结构
高分子链的结构研究的是一根高分子的结构,包括近程结构和远程结构,本章主要介绍高分子链结构的内容及与性能之间关系。掌握单根高分子链的基本化学结构及构型、构造,构象,共聚物的序列结构等与性能之间的关系
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●1.1绪论
高分子物理的概况与发展简史
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●1.2高分子链的近程结构
近程结构是高分子链结构的第一个层次,包括结构单元的化学组成、构型、构造和共聚物的序列结构
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●1.3高分子链的远程结构
远程结构是高分子链结构的第二个层次,包括高分子的大小和形态(构象),本节主要介绍高分子链的构象影响因素
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第二章高分子凝聚态结构
高分子的凝聚态是指高分子链之间的几何排列和堆砌状态。高分子不存在气态。对于柔性聚合物:包括晶态、非晶态。刚性聚合物:包括晶态、液晶态、非晶态。高分子在外力作用下会形成取向态结构,多组分聚合物则形成高分子合金。本章主要介绍聚合物的各种凝聚态结构及与性能直接的关系。
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●2.1凝聚态结构
本节内容包括凝聚态的概念,分子间作用力与凝聚态的关系
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●2.2晶态结构
如果高分子链本身具有必要的规整结构,适宜的温度等条件,高分子规整堆砌形成结晶结构,聚合物组成、浓度、温度、压力等会影响其结晶形态。本节内容包括聚合物的各种结晶形态及影响因素、晶态结构模型。
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●2.3液晶态结构
液晶兼具晶体的光学性质和液体流动性质,是某些物质在熔融态或在溶液状态下所形成的有序结构,本节内容包括液晶的分类、特点及影响因素
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●2.4取向态结构
大分子链、链段或微晶在某些外场作用下,可以沿着外场方向有序排列,形成的聚集态结构,称为取向态结构。取向对聚合物的性能有重要影响。本节内容包括取向产生的机理及在聚合物中的应用。
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●2.5多组分聚合物
二种或多种聚合物组分形成的混合物,为高分子合金,也称为多组分聚合物。本节内容包括高分子合金的定义、高分子合金相容性、组成与其性能的关系。
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第三章高分子溶液
本章内容包括高分子溶液的性质、高分子溶解过程的特点、溶度参数的意义及聚合物溶液的热力学性质
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●3.1聚合物的溶解
本节内容包括聚合物溶解过程的特点,溶解过程的热力学分析
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●3.2溶剂的选择
本节内容为如何根据聚合物性质正确选择溶剂,溶剂选择的三原则
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●3.3高分子溶液的热力学性质
本节内容包括晶格模型理论分析聚合物溶解过程混合热、混合熵、混合自由能等热力学参数
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●3.4高分子溶液的渗透压
本节内容包括高分子溶液渗透压的概念、产生及计算
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第四章聚合物的分子量及分子量分布
分子量是聚合物链结构的重要内容,聚合物的相对摩尔质量及其分布是高分子材料最基本的参数之一,它与高分子材料的使用性能与加工性能密切相关。本章内容包括聚合物分子量的意义,分子量的测定方法。
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●4.1分子量的统计意义
按照不同的统计方法,聚合物的分子量包括数均分子量、重均分子量、粘均分子量和Z均分子量
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●4.2粘度法测聚合物的平均分子量
粘度法是测定聚合物分子量最简单、实用的一种方法,利用毛细管黏度计通过测定高分子稀溶液的相对黏度,求得特性黏数,然后利用特性黏数与相对分子质量的关系式计算高聚物的黏均相对分子质量。本节内容包括粘度的定义、及粘度法测分子量的原理
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●4.3GPC法测分子量及分子量分布
GPC是目前最广泛用于测定聚合物分子量及分子量分布的方法。一般认为是体积排除机理,因而又被称为体积排除色谱法(SEC)。本节内容包括GPC法测分子量的原理。
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第五章聚合物的分子运动与转变
结构是性能的决定因素,性能是结构的表现,微观结构特征要在材料的宏观物理性质上表现出来,则必须通过材料内部分子的运动。一种高聚物,结构不变,只是分子运动的情况况不同,可以表现出非常不同的宏观性质。本章内容包括聚合物分子运动的特点、聚合物的力学状态与转变、聚合物的结晶动力学与结晶热力学。
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●5.1聚合物的分子运动
高聚物的结构比低分子化合物要复杂得多,其分子运动也更为复杂和多样化。与小分子相比,聚合物的分子运动有其独特的特点,本节内容为聚合物分子运动的特点。
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●5.2聚合物的力学状态与转变
聚合物不同的分子运动在宏观上会呈现不同的力学状态,不同类型高分子材料的力学状态不同,下面按非晶态(无定型)聚合物、结晶聚合物、体型聚合物分别介绍。
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●5.3聚合物的玻璃化转变
玻璃化转变是高分子材料力学状态变化中的普遍现象,玻璃化转变温度是高分子材料最重要的特征温度。分子结构及外界条件会影响玻璃化转变温度的高低。本节内容包括玻璃化转变的意义及影响因素。
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●5.4聚合物的结晶行为
若聚合物的子链需具有化学和几何结构的规整性,并给予充分的条件,则聚合物可形成结晶态,本节主要介绍影响结晶能力的因素。
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●5.5聚合物结晶动力学
聚合物结晶动力学主要研究聚合物的结晶速度及影响因素
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●5.6聚合物晶体的熔融
本节内容包括结晶聚合物的熔融过程与小分子晶体的异同,影响熔点的因素。
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第六章橡胶弹性
Tg以上的非晶态聚合物处于高弹态,高弹态是高聚物所特有的,是基于链段运动的一种力学状态,处于高弹态的高聚物表现出独特的力学性能——高弹性。本章内容包括橡胶高弹性的特点及本质,橡胶弹性热力学分析及统计理论。
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●6.1形变类型及描述力学行为物理量
材料在外力作用下会发生形变,根据受力方式的不同会产生不同的力学行为,本节介绍形变类型及描述力学行为的基本物理量
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●6.2橡胶弹性的热力学分析
将热力学第一定律和第二定律用于分析聚合物高弹形变,可以得到橡胶弹性的本质及状态方程
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●6.3橡胶弹性的统计理论
用统计的方法计算熵变,再将构象熵的变化与宏观回缩力相联系,从而导出宏观的应力-应变关系,即交联橡胶的状态方程式。
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第七章聚合物的粘弹性
高分子材料的力学行为在通常情况下总是表现为弹性与粘性相结合的特性,而且弹性与粘性的贡献随外力作用的时间而异,这种特性称之为粘弹性。粘弹性的本质是由于聚合物分子运动具有松弛特性。本章内容包括聚合物的线弹现象及力学模型。
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●7.1聚合物的蠕变
在一定温度、一定应力的作用下,聚合物的形变随时间的增加而逐渐增大的现象称为蠕变。本节内容包括蠕变产生的原因及影响因素。
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●7.2聚合物的应力松弛
在一定温度、恒定应变的条件下,试样内的应力随时间的延长而逐渐减小的现象称为应力松弛。本节内容包括应力松弛的产生原因及影响因素。
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●7.3滞后现象与内耗
动态黏弹性现象是在交变应力或交变应变作用下,聚合物材料的应变或应力随时间的变化。主要包括滞后和力学损耗(内耗)两种现象。本节内容包括滞后与内耗产生的原因及影响因素,以及在实际应用中如何避免和利用内耗。
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●7.4粘弹性的数学描述
聚合物的粘弹性,如应力松弛,蠕变可以用弹簧(模拟纯弹性形变)与粘壶(模拟纯粘性形变)组合的模型进行近似的定量描述。包括
Maxwell模型和Kelvin模型。 -
●7.5时温等效原理
升高温度与延长时间对聚合物的分子运动和黏弹性都是等效的,这就是时温等效原理。通过WLF方程可以定量研究时温等效性,聚合物的时温等效性在其力学研究中具有重要应用。
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第八章聚合物的屈服和断裂
聚合物在较大外力长时间作用或强大外力作用下会发生屈服,甚至断裂,聚合物的断裂行为影响其用途。本章内容包括聚合物屈服和断裂现象及其机理;影响聚合物强度与韧性的因素及增强、增韧方法。
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●8.1聚合物的应力-应变曲线
应力一应变实验是最广泛的,重要、实用的研究聚合物断裂行为的实验。通过应力一应变可以研究聚合物断裂前的各种分子运动,及影响应力-应变行为的因素。
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●8.2聚合物的屈服
屈服是聚合物从弹性形变到塑性形变的转变,聚合物屈服发生时,试样表面产生“银纹”或“剪切带”, 继而整个样条局部出现“细颈”。本节内容包括屈服的特征及屈服机理。
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●8.3聚合物的断裂
聚合物断裂方式包括脆性断裂和韧性断裂。高聚物材料的最大优点是它们内在的韧性,也就是说它在断裂前能吸收大量的能量。 试样发生脆性或者韧性断裂与材料组成有关,还与温度T 和拉伸速度有关。
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●8.4聚合物的强度与增强
强度是指物质抵抗破坏的能力,聚物材料的破坏实质上大分子主链上化学键的断裂或是高分子链之间相互作用力的破坏。本节内容包括影响聚合物强度的因素及如何对聚合物增强。
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●8.5聚合物的韧性与增韧
冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标,表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力。本节内容包括影响聚合物韧性的因素及聚合物的增韧。
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第九章聚合物的流变性
当高聚物熔体和溶液在受外力作用时,既表现粘性流动,又表现出弹性形变,称为高聚物流体的流变性或流变行为。流变学是研究材料流动和变形规律的一门科学。聚合物的流变行为强烈地依赖于聚合物本身的结构、分子量及其分布、温度、压力、时间、作用力的性质和大小等外界条件的影响。本章内容包括聚合物的流动特点、流动曲线、影响聚合物熔体粘度的因素及聚合物熔体的弹性表现,
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●9.1牛顿流体和非牛顿流体
描述液体层流行为最简单的定律是牛顿流动定律。凡流动行为符合牛顿流动定律的流体,称为牛顿流体。聚合物流动过程不遵循牛顿流动定律,称为非牛顿流体,本节内容为牛顿流体与非牛顿流体的定义及区别,非牛顿流体的类型。
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●9.2聚合物熔体的流动特点及流动曲线
聚合物流体为非牛顿流体,流动过程不遵循牛顿流动定律,本节内容为聚合物流动的特点及通过缠结理论对流动曲线进行解释
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●9.3聚合物熔体切粘度及影响因素
粘度是表征流体流动性好坏的物理量,聚合物分子结构及外界作用会影响其粘度的大小,从而影响流动性,本节内容为聚合物切粘度的定义及影响粘度的因素。
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●9.4聚合物熔体的弹性表现
高聚物进行粘性流动的同时会伴随一定量的高弹形变,当聚合物的相对摩尔质量很大、外力对其作用的时间很短或速度很快、温度稍高于熔点或粘流时,产生的弹性形变特别显著。本节介绍几种典型的熔体弹性现象及其影响因素。