【内容简介】

本教材强调应用性，把知识点与实际相结合，重要的知识点通过案例分析强化理解。特设“专栏”和“例题”，用于介绍案例、重要成果、花絮等，以提高学生学习兴趣。重点阐述高分子与小分子的异同，为后续学习做好充分准备。主要内容包括：聚合物链的结构、聚合物溶液与共混体系、非晶聚合物的结构与热转变、结晶聚合物的结构与热转变、聚合物的变形与流动、聚合物的强度与韧性、聚合物的其他性能等。

本教材属于“工程应用型高分子材料与工程专业系列教材”之一，适用于高分子材料与工程专业，也可供材料科学与工程、应用化学、材料化学、化学工程与工艺等专业选用。

【前言】

高分子物理是研究高分子的结构、性能及其相互关系的学科，它与高分子材料的合成、加工、改性、应用等都有非常密切的内在联系。只有掌握了高分子结构与性能之间的内在联系及其规律，才能有的放矢地指导聚合物的设计与合成，合理地选择和改性高分子材料，并正确地加工成型各种高分子制品。

高分子物理课程建立在物理化学、数理统计、固体物理、材料力学等课程的基础之上，同时又是高分子材料、高分子成型加工等课程的基础，是高等学校高分子材料与工程专业最重要的专业基础课程之一。

我国高校的高分子材料与工程专业大多数脱胎于化学化工类学科，其课程设置多数以化学类课程为主体，无机、有机、分析、物化这四大化学是必上课程，且学时数颇多，而数理统计、固体物理、材料力学等数理类课程或没有独立设置，或学时数偏少。由此导致高分子物理成为本专业难度最大的课程之一。尤其是21世纪初，我国高校大规模扩张，高考录取比例从1998年的34%提高到2012年的75%。在一些新升格的本科院校或独立学院，学生的学习能力和知识基础更是难以满足高分子物理的学习要求。同时，这些院校毕业生的就业主要面向技术服务和应用岗位，其所需要的知识结构与从事科学研究和技术开发为主的高水平大学也有一定区别。

2009年11月，教育部高分子材料与工程专业教学指导分委员会在浙江大学宁波理工学院主持召开了独立学院高分子专业建设研讨会，会中商定针对应用型高校学生的素质水平和未来就业目标定位，编写一套适合于应用型高校高分子材料与工程专业使用的系列教材。本教材属于该系列教材之一，适用于高分子材料与工程专业，也可供材料科学与工程、应用化学、材料化学、化学工程与工艺等专业选用。

本教材内容涵盖现有高分子物理的所有知识点，但针对培养应用型人才而编写，内容重点及编写风格与已有教材有一些不同，主要体现在以下几方面：

（1）强调应用性，尽可能把知识点与实际相结合，重要的知识点通过案例分析强化理解，而对理论模型的建立和具体的推导过程则予以弱化。

（2）特设“专栏”和“例题”，用于介绍案例、重要成果、花絮等，以提高学生学习兴趣，强化知识点的理解。

（3）加强绪论，重点阐述高分子与小分子的异同，将分子量及分子量分布的概念前移到绪论里介绍，以强化学生对高分子结构特点的了解，为后续学习做好充分准备。

（4）将高分子的高弹性、黏弹性和流变性合为“高分子的流动与变形”一章。高分子的高弹性、黏弹性和流变性三部分内容均为高分子松弛行为的反映，随着高分子学科的进展，这些内容越来越统一在一起，合为一章顺理成章。

本书编写过程中，参考了多部国内外优秀的高分子物理教材，也得到国内许多高分子物理同行的指教。教育部高分子材料与工程专业教学指导分委员会主任顾宜教授和秘书长赵长生教授一直关心本书的编写进程，北京化工大学励杭泉教授、中国科学与技术大学何平笙教授和张其锦教授、厦门大学董炎明教授、中山大学麦堪成教授、南京大学胡文兵教授、浙江大学徐君庭教授和宋义虎教授等都对本书提出了许多建设性意见和建议，在此深表感谢！

本书第1、3~5、8章由方征平编写，第2、6、7章由王香梅编写，全书由方征平统稿。由于编者的水平所限，书中疏漏和不足之处在所难免，恳请读者提出批评与建议，以便再版时改进。

方征平王香梅

2013年4月

【作者简介】

方征平，浙江大学宁波理工学院，教授，

1979-1986年在复旦大学学习，理学硕士（高分子化学与物理专业）。1986年到杭州大学化学系任教，1997年晋升教授。曾任杭州大学高分子科学与材料研究所所长、化学系副主任，浙江大学高分子复合材料研究所所长等职务。现任浙江大学宁波理工学院高分子材料与工程研究所所长。兼任中国塑料加工工业协会工程塑料专业委员会副理事长，浙江省塑料工程学会副理事长，Frontiers on Materials Science in China编委等职务。

主要研究方向为多组分多相高分子材料的结构与性能，高分子材料的共混、填充与复合改性，环境友好高分子材料等。承担了包括4项国家自然科学基金在内的30余项科研项目。截至2009年10月，在学术刊物上发表学术论文170余篇（其中SCI/EI收录100余篇），SCI他引300余篇次，出版教材或专著4部，获发明专利6项。已培养毕业博士12名、硕士18名。

自1990年在原杭州大学担任“高分子物理”课程教学，一直承担原杭州大学、浙江大学、浙江大学宁波理工学院的“高分子物理”主讲教师，在浙江大学高分子系开展了双语教学，负责校级精品课程建设，“高分子物理研究型教学的理论与实践”获2005年浙江大学校级优秀教学成果二等奖。现仍作为骨干参加“高分子物理”省级精品课程建设。此外，还承担了10余门其他本科生和研究生课程的教学任务。

【目录】

第1章绪论1

1 1基本概念1

1 1 1聚合物的定义1

1 1 2从小分子到大分子2

1 2聚合物的分子量及其分布3

1 2 1聚合物的分子量及其分布的特殊性3

1 2 2聚合物的平均分子量4

1 2 3聚合物的分子量分布4

1 3聚合物结构与性能的特点5

1 3 1聚合物的结构层次5

1 3 2聚合物结构的多重性和复杂性6

1 3 3高分子材料的性能特点6

习题与思考题7

第2章聚合物链的结构8

2 1聚合物链的近程结构8

2 1 1结构单元的化学组成8

2 1 2键接方式11

2 1 3结构单元的空间排列方式15

2 2聚合物链的远程结构17

2 2 1聚合物链的形态17

2 2 2聚合物链的内旋转构象18

2 2 3聚合物链的尺寸20

2 3聚合物链的柔顺性24

2 3 1聚合物链柔顺性的表征24

2 3 2影响聚合物链柔顺性的内在因素25

2 3 3影响聚合物链柔顺性的外在因素28

习题与思考题29

第3章聚合物溶液与共混体系30

3 1聚合物的溶解31

3 1 1聚合物溶解过程的特点31

3 1 2溶度参数与聚合物的溶解性33

3 1 3溶度参数的测定和计算34

3 2聚合物稀溶液36

3 2 1理想溶液的混合热力学36

3 2 2聚合物稀溶液的混合热力学37

3 2 3Θ溶液39

3 2 4聚合物溶剂的相分离和分级40

3 3聚合物分子量的测定41

3 3 1渗透压法42

3 3 2光散射法43

3 3 3黏度法44

3 3 4体积排除色谱法46

3 4聚合物浓溶液48

3 4 1聚合物浓溶液的特点48

3 4 2增塑聚合物49

3 4 3涂料50

3 4 4胶黏剂51

3 4 5冻胶和凝胶52

3 5聚合物共混物52

3 5 1聚合物聚合物相分离热力学53

3 5 2聚合物聚合物相分离动力学54

3 5 3聚合物共混物的相形态55

3 5 4不相容聚合物共混物的增容59

习题与思考题61

第4章非晶聚合物的结构与热转变63

4 1非晶聚合物的凝聚态结构63

4 1 1固体、液体与软物质63

4 1 2非晶聚合物中的残余有序性64

4 1 3非晶聚合物的结构模型65

4 2非晶聚合物的力学状态与热转变66

4 2 1非晶聚合物的力学状态66

4 2 2玻璃化转变理论68

4 2 3化学结构对玻璃化温度的影响70

4 2 4影响玻璃化温度的其他因素72

4 2 5其他转变与松弛76

4 3聚合物的取向态77

4 3 1取向方式78

4 3 2取向机理78

4 3 3取向度及其测定方法80

4 3 4取向的应用82

习题与思考题83

第5章结晶聚合物的结构与热转变85

5 1聚合物的晶态结构85

5 1 1聚合物的结晶度及其测定方法85

5 1 2结晶聚合物的晶胞与链构象87

5 1 3聚合物的结晶形态91

5 1 4结晶聚合物的结构模型95

5 2熔融热力学98

5 2 1结晶聚合物的熔融与熔点98

5 2 2化学结构对熔点的影响99

5 2 3影响熔点的其他因素101

5 3结晶动力学103

5 3 1等温结晶动力学103

5 3 2非等温结晶动力学104

5 3 3球晶径向生长速率及其温度依赖性107

习题与思考题109

第6章聚合物的变形与流动111

6 1聚合物的高弹性111

6 1 1橡胶与高弹性111

6 1 2高弹性的热力学分析112

6 1 3高弹性的统计理论115

6 1 4对交联橡胶状态方程的几点说明118

6 2聚合物的黏弹性119

6 2 1黏弹性现象120

6 2 2黏弹性的力学模型127

6 2 3Boltzmann叠加原理133

6 2 4时温等效原理134

6 3聚合物流体的流变性136

6 3 1牛顿流体与非牛顿流体137

6 3 2聚合物流体黏性流动的特点139

6 3 3聚合物的黏流温度141

6 3 4聚合物流体的流动性143

6 3 5聚合物流体的弹性流变效应150

6 3 6拉伸流动与拉伸黏度155

习题与思考题156

第7章聚合物的强度与韧性157

7 1聚合物的应力应变行为157

7 1 1应力应变曲线157

7 1 2形变过程的分子运动159

7 2聚合物的屈服161

7 2 1聚合物屈服点的特征161

7 2 2银纹屈服162

7 2 3剪切屈服165

7 3聚合物的断裂167

7 3 1聚合物的理论强度与实际强度167

7 3 2聚合物的宏观断裂形式169

7 3 3脆性断裂理论170

7 4影响聚合物强度与韧性的因素174

7 4 1聚合物的链结构174

7 4 2结晶与取向177

7 4 3增强填料与助剂178

7 4 4共聚与共混179

7 4 5温度和应变速率182

习题与思考题183

第8章聚合物的其他性能185

8 1聚合物的电学性能185

8 1 1聚合物的导电性能185

8 1 2聚合物的介电性能187

8 1 3聚合物的介电击穿189

8 1 4聚合物的静电现象190

8 2聚合物的光学性能191

8 2 1光的吸收、散射和透射191

8 2 2光的折射和反射192

8 2 3非线性光学性能193

8 3聚合物的热性能194

8 3 1聚合物的特性温度194

8 3 2聚合物的耐热性195

8 3 3聚合物的热物理性能196

习题与思考题197

附录：符号及其物理意义198