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页数:135

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出版时间:2008-5

价格:20.00元

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isbn号码:9787501963621

丛书系列:

图书标签:

• 聚合物
• 改性
• 材料科学
• 高分子化学
• 塑料
• 橡胶
• 添加剂
• 共混
• 接枝
• 功能材料

现代材料科学前沿：复合材料的结构、性能与应用 图书简介 本书旨在为读者呈现复合材料领域中一个极为重要且快速发展的分支——纤维增强复合材料（Fiber-Reinforced Composites, FRCs）的系统性知识。我们立足于材料科学的基础理论，深入探讨了纤维增强复合材料从微观结构到宏观性能的演化规律，并全面覆盖了其在航空航天、土木工程、汽车制造以及新能源等关键工业领域的创新应用。 本书结构严谨，逻辑清晰，内容涵盖了从基础理论构建到先进制造工艺，再到失效分析和性能预测的完整链条，旨在为高校高年级本科生、研究生以及从事复合材料研发与工程应用的专业技术人员提供一本权威、实用的参考著作。 第一部分：复合材料的理论基础与本构关系（Volume I: Fundamentals and Constitutive Modeling） 本部分首先建立起读者对复合材料体系的宏观和微观理解。我们从异质性材料的定义出发，详细解析了复合材料的基本组成——基体材料（树脂、金属或陶瓷）和增强相（纤维、颗粒或片层）的物理化学特性及其相互作用机制。 第一章：复合材料的分类与历史沿革 本章追溯了复合材料从早期木材、竹材等自然复合体，到二战后玻璃钢、碳纤维复合材料的诞生与发展历程。重点阐述了当前复合材料（包括层状、夹层、颗粒增强等）的分类标准，并着重介绍了纤维增强复合材料（FRC）在当代工程中的核心地位。 第二章：微观结构与界面科学 复合材料的性能高度依赖于其微观结构，特别是增强相与基体之间的界面特性。本章深入探讨了纤维的排列、取向、体积分数对整体性能的决定性影响。界面作为应力传递的关键枢纽，其化学键合、物理缠绕及界面区（Interphase）的微观结构被详细剖析。引入先进的成像技术（如扫描透射电镜、原子力显微镜）在界面表征中的应用。 第三章：经典复合材料力学模型 本章是理论核心，聚焦于如何建立描述复合材料宏观力学行为的本构方程。详细推导了著名的混合律（Rule of Mixtures）在轴向和横向模量预测中的应用及局限性。随后，引入了更精确的半经验模型，如Halpin-Tsai方程，用以预测各向异性复合材料的剪切模量和泊松比。对于层合板结构，则系统阐述了经典层合板理论（Classical Lamination Theory, CLT），包括刚度矩阵（A、B、D矩阵）的推导、应力应变关系的建立，以及如何分析由温度和湿热引起的残余应力与变形。 第四章：多尺度建模方法 认识到单尺度模型在预测复杂载荷下的材料响应时存在的不足，本章介绍了多尺度分析方法。包括均质化技术（Homogenization Techniques），如单元胞模型（Representative Volume Element, RVE）的建立与分析。重点讨论了从纤维尺度到宏观结构的逐级关联，以及如何利用数值模拟（如有限元方法）来解析材料在不同尺度下的力学行为。 第二部分：先进制造工艺与结构设计（Volume II: Manufacturing and Structural Design） 复合材料的最终性能与其制造过程紧密相关。本部分聚焦于当前主流的先进复合材料制造技术，以及如何基于材料特性进行高效的结构设计。 第五章：纤维增强复合材料的铺放技术 本章详细介绍了干法和湿法铺放工艺。湿法工艺中，重点解析了预浸料（Prepreg）的制备、储存要求以及热压罐固化（Autoclave Curing）的工艺窗口控制，包括温度、压力和时间曲线的优化，以确保低孔隙率和优良的固化度。干法工艺方面，则着重讲解了自动纤维铺放（Automated Fiber Placement, AFP）和自动丝束缠绕（Automated Tape Laying, ATL）技术，分析了其在复杂曲面铺层中的精度控制与缺陷预防。 第六章：新型成型工艺与快速制造 为满足高效率、低成本的工业需求，本章介绍了室温固化技术、树脂传递模塑（Resin Transfer Molding, RTM）及共挤压技术。针对RTM工艺，深入分析了树脂的流动特性（粘度、渗透率）与模具设计、注射压力之间的耦合关系，讨论了干斑缺陷的识别与消除策略。此外，还探讨了增材制造技术（如纤维增强光固化3D打印）在复合材料原型制作中的潜力。 第七章：复合材料的性能表征与测试标准 本章强调了实验表征的重要性。系统介绍了根据ASTM和ISO标准进行的拉伸、压缩、弯曲、层间剪切强度（ILSS）测试方法。特别关注了层间性能的测试，包括双张法（Double Cantilever Beam, DCB）和短梁剪切测试。同时，探讨了非破坏性检测（Non-Destructive Testing, NDT）技术，如超声波C扫描、热像法在检测制造缺陷（如孔隙、脱粘、纤维断裂）中的应用。 第八章：复合材料结构设计与优化 结构设计必须充分考虑材料的各向异性。本章讲解了如何基于铺层设计来控制结构的刚度、强度和热膨胀系数。内容涵盖了刚度最大化设计、最大化抗屈曲承载力设计。此外，引入了铺层优化的数学框架，包括基于遗传算法和拓扑优化方法对铺层角度和厚度分布的迭代优化过程，以实现结构轻量化与功能集成。 第三部分：失效分析与耐久性研究（Volume III: Failure Analysis and Durability） 复合材料的失效模式远比各向同性材料复杂。本部分深入研究了复合材料的损伤演化和长期服役性能。 第九章：复合材料的失效模式 本章对复合材料的破坏机理进行了细致分类。主要关注基体失效（如开裂、剪切）、纤维失效（如断裂、拔出）以及最关键的界面失效。详细分析了层间脱粘的产生机制，并介绍了断裂韧性的度量方法，如关键应力强度因子（$K_{IC}$）和应变能释放率（$G_C$）。 第十章：损伤容限与疲劳分析 在动态载荷环境下，疲劳是复合材料结构安全性的主要威胁。本章阐述了复合材料的疲劳寿命预测模型，包括基于S-N曲线的经验方法和基于损伤累积的物理模型。重点讨论了渐进损伤分析（Progressive Damage Analysis, PDA），如何通过引入失效准则（如Tsai-Wu、Hashin准则）来模拟损伤的萌生、扩展直至最终结构破坏的整个过程。 第十一章：环境因素对耐久性的影响 环境因素如温度、湿度、化学腐蚀和紫外线辐射对聚合物基复合材料的性能衰减至关重要。本章探讨了湿热老化对树脂玻璃化转变温度（Tg）和机械性能的影响机制。详细分析了浸渍对纤维与基体粘结强度的削弱效应，并提出了提高复合材料环境稳定性的材料设计策略，例如采用高性能耐湿树脂体系。 第十二章：修复技术与寿命评估 针对服役中出现的局部损伤，本章介绍了先进的就地（in-situ）修复技术。内容包括热固化修补胶的应用、叠层修补技术（Patch Repair）的力学分析，以及如何通过有限元模拟评估修补后结构的剩余承载能力。最后，结合可靠性理论，阐述了如何建立复合材料结构全寿命周期内的风险评估框架。 --- 本书的特色在于其理论的深度与工程应用的广度紧密结合，提供详尽的数学推导、典型的工程实例分析和最新的研究进展综述，是构建现代复合材料知识体系不可或缺的参考书。

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这本书的装帧设计很有意思，看起来像是一本技术手册而非学术专著，这可能意味着它更偏向于实际操作指导。我关注的焦点在于高分子材料的长期老化与失效分析。书中关于“紫外线辐射对苯环结构的影响”那一章，通过详尽的光谱分析数据，清晰地展示了氧化自由基的生成过程，以及这些自由基如何导致材料的黄变和脆裂。作者提供了一套非常实用的加速老化试验设计流程，包括了湿度控制、温度梯度和辐射强度设定的推荐参数范围，这对于我制定产品质保标准非常有帮助。书中还专门辟出一章讨论了“应力-环境脆裂”（ESC）现象的分子机制，并列举了多种常见的增塑剂和表面活性剂在不同聚合物体系中诱发ESC的临界条件。这种微观机理与宏观失效现象紧密结合的论述方式，非常有利于一线技术人员快速定位问题根源。虽然书中对某些先进的无损检测技术（如声发射）的应用介绍稍显简略，但就材料失效分析的经典理论和实验方法而言，这本书无疑是一本不可多得的“问题解决宝典”。

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说实话，我买这本书是冲着它在“生物相容性高分子”应用那一块的介绍去的。我目前的工作重心在组织工程支架的开发上，急需找到一种能够有效调控细胞外基质模拟环境的聚合物体系。这本书的第三篇对可降解聚酯的结构设计和降解动力学进行了详尽的分析，这一点非常符合我的预期。我特别欣赏作者在讨论生物物理学效应时的严谨态度，例如，他们不仅仅停留在化学合成层面，还引入了流变学特性对细胞铺展和迁移的影响分析。书中对水凝胶的溶胀行为和机械响应的描述非常细致，通过调整交联密度来精确控制孔隙结构大小的实例，为我设计具有梯度特性的支架提供了直接的参考模型。唯一觉得有点遗憾的是，对于3D打印过程中高分子熔融态的流变学特性变化，探讨得还不够深入，毕竟现在很多新型支架都是通过增材制造技术制备的。但即便如此，它提供的那些关于表面功能化策略的概述，比如PEG化和RGD肽段的负载方法，已经足够我花上好几周时间去仔细消化和实验验证了。这本书的写作风格非常务实，不像某些教科书那样空泛，而是充满了具体的操作细节和解决实际问题的思路。

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作为一名资深的高分子化学工程师，我通常对市面上绝大多数同类书籍都不抱太大希望，因为它们往往陷于对经典反应的重复叙述，缺乏对前沿工艺的关注。然而，这本著作在“可持续化学”和“绿色合成”这部分内容的处理上，确实展现出了独到的见解和极高的前瞻性。书中详细分析了利用生物质来源单体合成高性能聚合物的可行性路径，并不仅仅是停留在实验室的偶发性研究，而是对产业化过程中可能遇到的催化剂失活、产物纯化等实际工程难题，提出了多套解决方案的对比分析。我特别欣赏作者对“循环经济”理念在材料设计中的体现，比如关于化学回收和解聚反应的效率评估模型，这正是我们企业目前面临的核心挑战。此外，书中对光引发聚合体系在微电子制造中的应用案例分析得尤为精妙，对比了不同光敏剂对刻蚀选择比的影响，数据详实可靠，具有极强的参考价值。这本书的叙事风格非常老练和自信，似乎作者本人就是站在行业的最前沿，毫不保留地分享着他的经验和思考，读起来让人感到振奋，也为我们指明了未来技术迭代的方向。

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这本厚厚的书，拿到手里就感觉分量十足，封面设计简洁大气，一看就知道是专业领域的硬核之作。我最近在研究新型复合材料的界面粘合问题，尤其是涉及到无机填料与有机高分子基体之间的兼容性提升，这本书的目录翻下来，倒是让我眼前一亮。虽然我主要关注的是纳米颗粒的分散稳定机制，但书中关于高分子链结构对宏观力学性能影响的章节，给我的思路带来了很多启发。比如，它深入探讨了不同官能团改性剂在提高聚合物韧性方面的作用机理，从分子动力学模拟的角度阐述了增塑剂的引入如何改变了自由体积，进而影响了材料的玻璃化转变温度。特别是关于反应型增韧剂的接枝共聚策略，作者引用了大量的实验数据，图表清晰，逻辑严密，让人很容易跟上作者的思路。我印象最深的是其中关于“动态交联网络”构建的章节，它详细描述了如何通过可逆化学键实现材料的自修复功能，这简直是为我手头的项目提供了一个全新的优化方向。总的来说，这是一本理论深度和工程实用性并重的参考书，内容涵盖了从基础化学到先进材料设计的广阔范围，对于需要深入理解材料微观结构与宏观性能之间关系的工程师和研究人员来说，是案头必备的工具书。

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我是一个材料学的本科生，最近开始接触高分子化学的选修课，感觉书本上的知识点零散且抽象，很难形成一个完整的知识体系。偶然间发现了这本教材，抱着试试看的心态借阅了。这本书的结构安排非常合理，从单体的选择、聚合反应的机理，到最终材料性能的表征，层层递进，逻辑性极强。我尤其喜欢它在解释自由基聚合过程中“链转移”现象时使用的类比——那种生动形象的描述，让我一下子就明白了那个抽象的化学概念。书中的插图质量很高，不像有些老教材那样模糊不清，很多反应机理图都是彩色的，对于理解复杂的反应路径非常有帮助。再比如，它对热塑性弹性体的相分离结构的阐述，通过清晰的TEM（透射电子显微镜）图像对比，直观地展示了“海岛结构”是如何影响材料的拉伸性能的。虽然其中涉及到一些高阶的统计热力学部分对我来说还有点难度，但我发现即便是跳过那些数学推导，只看结论和应用案例，也能极大地拓宽我对高分子材料应用领域的认知。这本书对于入门者来说，无疑是一座坚实的知识阶梯，帮助我构建了扎实的理论基础。

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