高分子物理（第四版）

成書過程

修訂過程

該教材由華幼卿、金日光主編。得到了中國科技大學何平笙，北京化工大學材料科學與工程學院黨委書記、教授、博導李齊方，學院院長、長江學者、教授、博導楊萬泰以及長江學者、教授、博導張立群的幫助。江盛玲、張正熙、李文霞、洪旭輝參與了該教材部分查閱文獻資料、謄寫、描圖工作。

出版工作

2013年9月，該教材由化學工業出版社出版。

出版社工作人員

責任編輯	文字編輯	裝幀設計	責任校對
楊菁	李玥	張輝	戰河紅

內容簡介

該教材介紹了聚合物物理學的基本概念和基本理論，並在各部分敘述中簡介了有關現代研究方法和實際套用。全書共分11章，包括4個部分：①高分子的鏈結構和凝聚態結構；②高分子的溶液性質和聚合物的分子量、分子量分布測定；③聚合物的分子運動、玻璃化轉變、結晶-熔融轉變；④力學性能（橡膠彈性、黏彈性、屈服和斷裂）、流變性能以及電學、熱學、光學、表面與界面性能。此外，具有思考題與習題。

教材目錄

第1章高分子鏈的結構

1.1化學組成、構型、構造和共聚物的序列結構

1.1.1結構單元的化學組成

1.1.2高分子鏈的構型

1.1.3分子構造

1.1.4共聚物的序列結構

1.1.5研究高分子鏈結構的主要方法

1.2構象

1.2.1微構象和宏構象

1.2.2高分子鏈的柔性

1.2.3高分子鏈的構象統計

1.2.4蠕蟲狀鏈

1.2.5晶體、熔體和溶液中的分子構象

第2章高分子的凝聚態結構

2.1晶態聚合物結構

2.1.1基本概念

2.1.2聚合物的晶體結構和研究方法

2.1.3聚合物的結晶形態和研究方法

2.1.4晶態聚合物的結構模型

2.1.5結晶度和晶粒尺寸、片晶厚度

2.2非晶態聚合物結構

2.2.1概述

2.2.2無規線團模型及實驗證據

2.2.3局部有序模型及實驗證據

2.2.4問題討論

2.3高分子液晶

2.3.1引言

2.3.2小分子中介相及聚合物液晶的類型

2.3.3液晶的光學織構和液晶相分類

2.3.4高分子結構對液晶行為的影響

2.3.5液晶態的表征

2.3.6聚合物液晶理論

2.3.7聚合物液晶的性質和套用

2.4聚合物的取向結構

2.4.1取向現象和取向機理

2.4.2取向度及其測定方法

2.4.3取向研究的套用

2.5多組分聚合物

2.5.1概述

2.5.2相容性及其判別方法

2.5.3形態

第3章高分子溶液

3.1聚合物的溶解

3.1.1溶解過程的特點

3.1.2溶解過程的熱力學分析

3.1.3溶劑對聚合物溶解能力的判定

3.2柔性鏈高分子溶液的熱力學性質

3.2.1Flory-Huggins格子模型理論（平均場理論）

3.2.2Flory-Krigbaum理論（稀溶液理論）

3.2.3其他理論

3.3高分子溶液的相平衡

3.3.1滲透壓

3.3.2相分離

3.4共混聚合物相容性的熱力學

3.4.1相分離的熱力學

3.4.2相分離的動力學

3.5聚電解質溶液

3.5.1聚電解質溶液概念

3.5.2聚電解質溶液的黏度

3.5.3聚電解質溶液的滲透壓

3.6聚合物的濃溶液

3.6.1聚合物的增塑

3.6.2聚合物溶液紡絲

3.6.3凝膠和凍膠

第4章聚合物的分子量和分子量分布

4.1聚合物分子量的統計意義

4.1.1聚合物分子量的多分散性

4.1.2統計平均分子量

4.1.3分子量分布寬度

4.1.4聚合物的分子量分布函式

4.2聚合物分子量的測定方法

4.2.1端基分析

4.2.2沸點升高和冰點降低

4.2.3氣相滲透法（VPO）

4.2.4滲透壓法（或膜滲透法）

4.2.5光散射法

4.2.6質譜法

4.2.7黏度法

4.3聚合物分子量分布的測定方法

4.3.1沉澱與溶解分級

4.3.2體積排除色譜（SEC）

第5章聚合物的分子運動和轉變

5.1聚合物分子運動的特點

5.1.1運動單元的多重性

5.1.2分子運動的時間依賴性

5.1.3分子運動的溫度依賴性

5.2黏彈行為的五個區域

5.2.1玻璃(態)區

5.2.2玻璃-橡膠轉變區

5.2.3橡膠-彈性平台區

5.2.4橡膠流動區

5.2.5液體流動區

5.3玻璃-橡膠轉變行為

5.3.1玻璃化轉變溫度測定

5.3.2玻璃化轉變理論

5.3.3影響玻璃化轉變溫度的因素

5.3.4玻璃化轉變溫度以下的鬆弛——次級轉變

5.4結晶行為和結晶動力學

5.4.1分子結構與結晶能力、結晶速率

5.4.2結晶動力學

5.5熔融熱力學

5.5.1熔融過程和熔點

5.5.2影響Tm的因素

第6章橡膠彈性

6.1形變類型及描述力學行為的基本物理量

6.2橡膠彈性的熱力學方程

6.3橡膠彈性的統計理論

6.3.1狀態方程

6.3.2一般修正

6.3.3“幻象網路”理論

6.4橡膠彈性的唯象理論

6.5橡膠彈性的影響因素

6.5.1交聯與纏結效應

6.5.2溶脹效應

6.5.3其他影響因素

6.6熱塑性彈性體

6.6.1嵌段共聚型TPE

6.6.2共混型TPE

第7章聚合物的黏彈性

7.1聚合物的力學鬆弛現象

7.1.1蠕變

7.1.2應力鬆弛

7.1.3滯後與內耗

7.2黏彈性的數學描述

7.2.1力學模型

7.2.2Boltzmann疊加原理

7.2.3分子理論

7.3時溫等效和疊加

7.4研究黏彈行為的實驗方法

7.4.1瞬態測量

7.4.2動態測量

7.5聚合物、共混物及複合材料的結構與動態力學性能關係

7.5.1非晶態聚合物的玻璃化轉變和次級轉變

7.5.2晶態、液晶態聚合物的鬆弛轉變和相轉變

7.5.3共聚物、共混物的動態力學性能

7.5.4複合材料的動態力學性能

第8章聚合物的屈服和斷裂

8.1聚合物的塑性和屈服

8.1.1聚合物的應力-應變行為

8.1.2屈服-冷拉機理和Considère作圖法

8.1.3屈服判據

8.1.4剪下帶的結構形態和應力分析

8.1.5銀紋現象

8.2聚合物的斷裂與強度

8.2.1脆性斷裂和韌性斷裂

8.2.2聚合物的強度

8.2.3斷裂理論

8.2.4聚合物的增強

8.2.5聚合物的耐衝擊性

8.2.6塑膠增韌

8.2.7疲勞

第9章聚合物的流變性

9.1牛頓流體和非牛頓流體

9.1.1牛頓流體

9.1.2非牛頓流體

9.1.3流動曲線

9.2聚合物熔體的切黏度

9.2.1測定方法

9.2.2影響因素

9.3多組分聚合物材料的流變行為

9.3.1黏度與組成的關係

9.3.2流變性能與形態

9.4聚合物熔體的彈性效應

9.4.1可回復的切形變

9.4.2動態黏度

9.4.3法向應力效應

9.4.4擠出物膨脹

9.4.5不穩定流動

9.5拉伸黏度

第10章聚合物的電學性能、熱性能和光學性能

10.1聚合物的介電性能

10.1.1介電極化和介電常數

10.1.2介電鬆弛

10.1.3聚合物駐極體及熱釋電

10.1.4聚合物的電擊穿

10.1.5聚合物的靜電現象

10.2聚合物的導電性能

10.2.1聚合物的電導率

10.2.2導電聚合物的結構與導電性

10.2.3離子電導

10.2.4導電性複合材料

10.3聚合物的熱性能

10.3.1耐熱性

10.3.2熱穩定性

10.3.3導熱性

10.3.4熱膨脹

10.4聚合物的光學性能

10.4.1光的折射和非線性光學性質

10.4.2光的反射

10.4.3光的吸收

第11章聚合物表面與界面

11.1聚合物表面與界面

11.2聚合物表面與界面熱力學

11.2.1表面張力與潤濕

11.2.2界面張力的計算

11.3聚合物表面與界面動力學

11.4聚合物表面與界面的測量、表征技術

11.4.1接觸角測量

11.4.2X射線光電子能譜法

11.4.3離子散射譜

11.4.4二次離子質譜

11.4.5原子力顯微技術

11.4.6界面面積測量

11.5聚合物共混物界面

11.6固體-高分子溶液界面

11.6.1高分子在固體表面的吸附

11.6.2高分子在膠體體系中的套用

11.7聚合物表面改性技術

11.7.1表面接枝

11.7.2火焰處理

11.7.3電漿處理

11.7.4表面電暈處理

11.7.5表面金屬化

11.8粘接

11.8.1黏結理論與機理

11.8.2黏結薄弱層及內應力

11.8.3結構膠黏劑

11.8.4彈性體膠黏劑

附錄

思考題與習題

參考文獻

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

教學資源

該教材有配套教材——《高分子物理學習指導與習題集》。

書名	書號	出版社	出版時間	作者
《高分子物理學習指導與習題集》	978-7-122-27759-6	化學工業出版社	2016年10月	華幼卿

教材特色

該教材在編寫過程中，增加了學科發展的新領域和新型材料等方面的內容。書中除了重點闡明專有名詞（英文注釋）、概念和基本理論之外，又反映出現代聚合物物理學領域學科發展的新理論、新成果以及社會關注的熱點問題。

該教材將重點放在削枝強幹、化解難點和學科展新三個方面：

削枝強幹：例如，刪除影響高分子鏈柔性的外界因素等，著重討論近程相互作用和遠程相互作用對鏈平衡態柔性的影響規律；刪除橡膠彈性唯象理論中的Ogden理論，主要講述Mooney-Rivlin理論；講透橡膠彈性統計理論中的狀態方程，強化“幻象網路”理論，點及Edwards管子模型處理彈性問題；刪除非彈性體增韌塑膠的部分實例和界面作用理論，突出有機、無機剛性粒子增韌理論和增韌機理；刪除附錄4，加強非國際單位與國際單位的換算等等。
化解難點：例如講清高斯鏈、無擾尺寸等名詞、概念；闡明有關大分子液晶或聚合物液晶包括聚液晶和液晶聚合物兩類的定義；對於共混聚合物相容性的熱力學問題，增加了圖形，講清實際共混物的T-φ相圖，其中呈現UCST的類型與經典的Flory-Huggins溶液格子理論為基礎討論的χ1-φA（或φB）圖中的雙節線相對應，但其形狀相反的道理，闡明呈現LCST行為的主要原因；列舉出國際學術界在嵌段（接枝）大分子組裝的相關研究取得的一系列開拓性進展，加深了對大分子自組裝的重要性認識；對於小圓孔附近銀紋形成的實驗事實，第三版寫得太簡單，不易看明白。經過第四版修改，化難為易；脆性斷裂、韌性斷裂問題，增加了SEM照片，直觀易懂；關於斷裂理論，部分師生提出第三版寫得太簡單，第四版也作了適當修改；關於法向應力效應，新版重新較詳細書寫，並增加了計算法向應力的基本實驗方法；介電鬆弛部分，數學推導過程修改，有利於提高同學學習效果。最後，應該提及，高彈態的概念較為陳舊，國際上都用“橡膠-彈性平台區”代替；黏彈行為的四個區域中，末端流動區由無定形聚合物向黏性液體的轉變很不明確，無法用一個溫度準確地標記其轉變點（國內以往書中稱為流動溫度Tf）。
學科展新：例如，強調第三版已介紹的樹枝鏈——新型超支化高分子；增加聚合物液晶理論部分，對聚合物液晶提供理論解釋，對其設計和製造提供理論方向；有關完全相容的均相聚合物合金，教材中列舉了若干實例，並討論其相容機理和套用價值的發展方向；除了講述嵌段共聚物固體的微相分離之外，又增加了嵌段共聚物在選擇性溶劑中的微膠束化；點到計算機模擬方法研究高分子的局部構象與構型，研究高分子的晶體結構等等；改換部分圖形和推導方法，講清黏彈性的分子理論之一——RBZ理論，同時，既闡述了黏彈性分子理論之二——“蛇行”理論，又與聚合物流變學章節中的“管子模型”和“蛇形模型”相呼應，闡明蛇鏈運動的黏度與分子量之間的標度關係；加強闡明塑膠增韌的逾滲理論；舉例說明無機剛性納米粒子對塑膠的增韌、強調國內的研究成果等；增加了離子電導一節，說明電子電導和離子電導兩種導電機理，二者的導電能力和特徵，各自的用途；強調指出Gennes的標度理論在高分子鏈伸展、溶液理論、黏彈性的“蛇行”理論、高分子溶液-固體界面上高分子鏈段分布，研究半稀溶液等方面的重要性；教材第11章還介紹了凝膠化理論等等。

高分子物理（第四版）

基本介紹