高分子物理（第五版）

本教材系统全面地介绍了聚合物物理学中的基本概念、基本理论和现代研究方法，反映出该学科飞速发展的新成果和新动向。全书共11章，包括4个单元：高分子的链结构和凝聚态结构；高分子溶液和聚合物的分子量、分子量分布；聚合物的分子运动、玻璃化转变、结晶-熔融转变；聚合物的力学性能、流变性能以及电学、热学、光学、表面与界面性能。其中，有8章在章末综述了我国高分子科学家、专家的研究贡献。书中提供了丰富的思考题和习题，列出了大量的推荐阅读参考文献。 本书可作为工科、理科高等院校高分子材料与工程专业及相关专业的本科生教材和研究生参考教材，也可作为从事高分子材料工作的研究人员和工程技术人员的参考书。

目 录

第1章高分子链的结构1

1.1化学组成、构型、构造和共聚物的序列结构1

1.1.1结构单元的化学组成1

1.1.2高分子链的构型3

1.1.3分子构造6

1.1.4共聚物的序列结构10

1.1.5研究高分子链结构的主要方法12

1.2构象18

1.2.1微构象和宏构象18

1.2.2高分子链的柔性21

1.2.3高分子链的构象统计23

1.2.4蠕虫状链30

1.2.5晶体、熔体和溶液中的分子构象30

第2章高分子的凝聚态结构34

2.1晶态聚合物结构35

2.1.1基本概念37

2.1.2聚合物的晶体结构和研究方法39

2.1.3聚合物的结晶形态和研究方法42

2.1.4晶态聚合物的结构模型49

2.1.5结晶度和晶粒尺寸、片晶厚度50

2.2非晶态聚合物结构52

2.2.1概述52

2.2.2无规线团模型及实验证据52

2.2.3局部有序模型及实验证据54

2.2.4高分子链的缠结55

2.3高分子液晶56

2.3.1引言56

2.3.2小分子中介相及聚合物液晶的类型56

2.3.3液晶的光学织构和液晶相分类59

2.3.4高分子结构对液晶行为的影响61

2.3.5液晶态的表征61

2.3.6聚合物液晶理论63

2.3.7聚合物液晶的性质和应用64

2.4聚合物的取向结构65

2.4.1取向现象和取向机理65

2.4.2取向度及其测定方法67

2.4.3取向研究的应用69

2.5多组分聚合物70

2.5.1概述70

2.5.2相容性及其判别方法71

2.5.3形态73

我国高分子科学家、专家的研究和创新贡献77

第3章高分子溶液81

3.1聚合物的溶解82

3.1.1溶解过程的特点82

3.1.2溶解过程的热力学分析82

3.1.3溶剂对聚合物溶解能力的判定85

3.2柔性链高分子溶液的热力学性质87

3.2.1Flory-Huggins格子模型理论（平均场理论）88

3.2.2Flory-Krigbaum理论（稀溶液理论）92

3.2.3其他理论96

3.3高分子溶液的相平衡97

3.3.1渗透压97

3.3.2相分离100

3.4共混聚合物相容性的热力学102

3.4.1相分离的热力学102

3.4.2相分离的动力学104

3.5聚电解质溶液105

3.5.1聚电解质溶液概念105

3.5.2聚电解质溶液的黏度106

3.5.3聚电解质溶液的渗透压107

3.6聚合物的浓溶液107

3.6.1聚合物的增塑107

3.6.2聚合物溶液纺丝108

3.6.3凝胶和冻胶108

我国高分子科学家、专家的研究和创新贡献109

第4章聚合物的分子量和分子量分布111

4.1聚合物分子量的统计意义111

4.1.1聚合物分子量的多分散性111

4.1.2统计平均分子量112

4.1.3分子量分布宽度114

4.1.4聚合物的分子量分布函数114

4.2聚合物分子量的测定方法116

4.2.1端基分析117

4.2.2沸点升高和冰点降低118

4.2.3气相渗透法（VPO）118

4.2.4渗透压法（或膜渗透法）119

4.2.5光散射法121

4.2.6质谱法127

4.2.7黏度法128

4.3聚合物分子量分布的测定方法133

4.3.1沉淀与溶解分级134

4.3.2体积排除色谱（SEC）135

我国高分子科学家、专家的研究和创新贡献140

第5章聚合物的分子运动和转变142

5.1聚合物分子运动的特点142

5.1.1运动单元的多重性142

5.1.2分子运动的时间依赖性143

5.1.3分子运动的温度依赖性143

5.2黏弹行为的五个区域144

5.2.1玻璃(态)区144

5.2.2玻璃-橡胶转变区145

5.2.3橡胶-弹性平台区145

5.2.4橡胶流动区145

5.2.5液体流动区145

5.3玻璃-橡胶转变行为145

5.3.1玻璃化转变温度测定146

5.3.2玻璃化转变理论148

5.3.3影响玻璃化转变温度的因素150

5.3.4玻璃化转变温度以下的松弛——次级转变156

5.4结晶行为和结晶动力学157

5.4.1分子结构与结晶能力、结晶速率157

5.4.2结晶动力学158

5.5熔融热力学165

5.5.1熔融过程和熔点165

5.5.2影响Tm的因素166

我国高分子科学家、专家的研究和创新贡献172

第6章橡胶弹性175

6.1形变类型及描述力学行为的基本物理量175

6.2橡胶弹性的热力学分析178

6.3橡胶弹性的统计理论180

6.3.1状态方程180

6.3.2一般修正183

6.3.3“幻象网络”理论185

6.4橡胶弹性的唯象理论185

6.5橡胶弹性的影响因素187

6.5.1交联与缠结效应187

6.5.2溶胀效应189

6.5.3其他影响因素192

6.6热塑性弹性体193

6.6.1嵌段共聚型热塑性弹性体194

6.6.2共混型热塑性弹性体195

我国高分子科学家、专家的研究和创新贡献195

第7章聚合物的黏弹性198

7.1聚合物的力学松弛现象198

7.1.1蠕变198

7.1.2应力松弛200

7.1.3滞后与内耗202

7.2黏弹性的数学描述207

7.2.1力学模型207

7.2.2Boltzmann叠加原理215

7.2.3分子理论217

7.3时温等效和叠加221

7.4研究黏弹行为的实验方法224

7.4.1瞬态测量225

7.4.2动态测量225

7.5聚合物、共混物及复合材料的结构与动态力学性能关系230

7.5.1非晶态聚合物的玻璃化转变和次级转变230

7.5.2晶态、液晶态聚合物的松弛转变和相转变231

7.5.3共聚物、共混物的动态力学性能233

7.5.4复合材料的动态力学性能235

第8章聚合物的屈服和断裂236

8.1聚合物的塑性和屈服236

8.1.1聚合物的应力-应变行为236

8.1.2屈服-冷拉机理和Considère作图法240

8.1.3屈服判据241

8.1.4剪切带的结构形态和应力分析244

8.1.5银纹现象246

8.2聚合物的断裂与强度250

8.2.1脆性断裂和韧性断裂250

8.2.2聚合物的强度251

8.2.3断裂理论255

8.2.4聚合物的增强258

8.2.5聚合物的耐冲击性263

8.2.6塑料增韧264

8.2.7疲劳271

我国高分子科学家、专家的研究和创新贡献272

第9章聚合物的流变性能273

9.1牛顿流体和非牛顿流体273

9.1.1牛顿流体273

9.1.2非牛顿流体274

9.1.3流动曲线275

9.2聚合物熔体的切黏度277

9.2.1测定方法277

9.2.2影响因素282

9.3多组分聚合物的流变行为289

9.3.1黏度与组成的关系289

9.3.2流变性能与形态292

9.4聚合物熔体的弹性效应293

9.4.1可回复的切形变293

9.4.2动态黏度294

9.4.3法向应力效应294

9.4.4挤出物膨胀296

9.4.5不稳定流动297

9.5拉伸黏度298

我国高分子科学家、专家的研究和创新贡献299

第10章聚合物的电学性能、热学性能和光学性能302

10.1聚合物的介电性能302

10.1.1介电极化和介电常数302

10.1.2介电松弛304

10.1.3聚合物驻极体及热释电307

10.1.4聚合物的电击穿308

10.1.5聚合物的静电现象308

10.2聚合物的导电性能310

10.2.1聚合物的电导率310

10.2.2导电聚合物的结构与导电性311

10.2.3离子电导313

10.2.4电致发光共轭聚合物、共轭聚合物光伏材料和太阳能电池314

10.3聚合物的热学性能316

10.3.1耐热性316

10.3.2热稳定性317

10.3.3导热性319

10.3.4热膨胀320

10.4聚合物的光学性能320

10.4.1光的折射和非线性光学性质320

10.4.2光的反射321

10.4.3光的吸收322

第11章聚合物的表面与界面323

11.1聚合物表面与界面323

11.2聚合物表面与界面热力学324

11.2.1表面张力与润湿324

11.2.2界面张力的计算327

11.3聚合物表面与界面动力学329

11.4聚合物表面与界面的测量、表征技术330

11.4.1接触角测量330

11.4.2X射线光电子能谱法331

11.4.3离子散射谱331

11.4.4二次离子质谱333

11.4.5原子力显微技术333

11.4.6界面面积测量334

11.5聚合物共混物界面334

11.6聚合物表面改性技术336

11.6.1表面接枝336

11.6.2火焰处理337

11.6.3等离子体处理337

11.6.4表面电晕处理338

11.6.5表面金属化338

11.7生物医用高分子材料的表面改性及其应用339

11.7.1抗细菌黏附策略339

11.7.2杀菌策略340

11.7.3抗细菌黏附-杀菌（抗-杀）结合策略340

11.7.4抗细菌黏附-杀菌转化表面构建策略340

11.8黏结341

11.8.1黏结理论与机理342

11.8.2黏结薄弱层及内应力343

11.8.3结构胶黏剂343

11.8.4弹性体胶黏剂345

我国高分子科学家、专家的研究和创新贡献346

思考题与习题349

参考文献359