Chemorheology of Polymers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:George, Graeme

出品人:

页数:454

译者:

出版时间:2009-5

价格:$ 204.53

装帧:HRD

isbn号码:9780521807197

丛书系列:

图书标签:

• 聚合物化学
• 流变学
• 化学流变学
• 材料科学
• 高分子物理
• 流体力学
• 聚合物加工
• 表征
• 结构-性质关系
• 非牛顿流体

聚合物的流变学：从基础到前沿应用 作者：[此处可填写真实作者姓名或留空] 出版社：[此处可填写真实出版社名称或留空] 出版日期：[此处可填写真实出版日期或留空] --- 导言：揭示聚合物形变与流动的奥秘 聚合物，作为现代材料科学的基石，其性能的优劣在很大程度上取决于其在不同应力、温度和时间尺度下的宏观响应——即流变学特性。本书《聚合物的流变学：从基础到前沿应用》旨在为材料科学家、化学工程师以及高分子物理研究者提供一个全面且深入的知识体系，用以理解、预测和控制聚合物材料的行为。本书摒弃了对特定化学结构的深究，转而聚焦于流变学现象背后的普适物理原理和数学模型，构建起从微观结构到宏观粘弹行为的桥梁。 我们深知，理解聚合物加工、性能评估和最终产品寿命的关键在于精确量化其粘度和弹性。本书将系统性地梳理流变学的基本概念，随后深入探讨复杂聚合物体系（如高浓度溶液、熔体、填充复合材料及交联网络）的特有流变行为。通过详尽的理论阐述和丰富的案例分析，读者将能够掌握运用各种流变学工具解决实际工程问题的能力。 第一部分：流变学基础与本构关系 本部分是理解后续复杂内容的基石，重点在于建立精确描述聚合物形变与流动的数学框架。 第一章：连续介质力学基础回顾 本章将从应力、应变的概念出发，回顾张量分析在描述三维变形中的应用。我们将讨论描述形变速率的应变率张量，并引入粘度这一核心参数的物理意义。针对聚合物体系中常见的非线性行为，本章会详细阐述粘度的各向异性与应变速率依赖性，为后续的本构方程建立奠定基础。 第二章：牛顿流体与偏离牛顿流体 作为流变学的起点，牛顿流体的恒定粘度模型将被详细介绍。随后，我们将重点转向绝大多数聚合物熔体和溶液所表现出的“非牛顿”行为。本章将深入分析剪切变稀（Shear Thinning）、剪切增稠（Shear Thickening）以及触变性（Thixotropy）的微观机理，包括链缠结、取向和结构破坏的竞争过程。 第三章：粘弹性本构理论 聚合物的粘弹性是其最显著的特征之一。本章将详细介绍描述这种时间依赖行为的经典模型： 弹簧-和-粘壶模型： 阐述胡克定律、牛顿粘性定律如何组合成麦克斯韦模型（Maxwell Model）和开尔文-福格特模型（Kelvin-Voigt Model）。我们将探讨这些模型的局限性，并展示如何通过增加元件数量（如四元件模型、广义Maxwell模型）来更精确地拟合实验数据。 蠕变与应力松弛： 详细分析在恒定应力（蠕变）和恒定应变（应力松弛）条件下聚合物的瞬态响应，并推导这些过程与复杂模型参数之间的定量关系。 第四章：线性粘弹性理论与时间-温度等效原理（TTSP） 在线性响应区，聚合物的粘弹性行为可以通过傅里叶变换和储存模量($G'$)/损耗模量($G''$)等动态力学参数来描述。本章将聚焦于动态机械分析（DMA）的结果解读。更重要的是，本章将深入探讨时间-温度等效原理（TTSP），解释如何通过水平移动因子（Shift Factor）构建出从玻璃化转变区到流变区的主曲线（Master Curve），从而在有限的实验时间内预测聚合物在极长松弛时间尺度上的行为。 第二部分：复杂聚合物系统的流变学 本部分将理论应用于更贴近实际工程问题的复杂体系，讨论结构与宏观流变响应之间的复杂耦合。 第五章：聚合物熔体与缠结网络 聚合物熔体是注塑、挤出等加工过程中的核心介质。本章将集中探讨高分子链的缠结现象。我们将介绍德鲁（de Gennes）的蛇形管模型（Reptation Theory），阐述链段如何在约束管中进行扩散运动，以及这一机制如何决定高分子量熔体的剪切变稀行为和拉伸粘度。针对不同分子量分布（如窄分布、宽分布）的熔体，本章将对比分析其流变性能差异。 第六章：聚合物溶液的稀、浓与临界稀释度 聚合物溶液的流变性高度依赖于浓度。本章将系统区分三个区域： 1. 稀溶液区： 链间相互作用可忽略，主要关注单个链的动力学（如爱德华兹-詹金斯模型）。 2. 临界稀释度 ($phi^$)： 链间开始发生显著的接触与缠结，粘度出现拐点。 3. 浓溶液区： 缠结网络完全形成，流变行为趋近于熔体。 本章将提供计算临界稀释度的经验公式和理论基础，并讨论溶剂质量对链构象的影响。 第七章：填充与增强聚合物复合材料的流变学 在复合材料中，无机填料（如纳米粒子、纤维、层状硅酸盐）的引入极大地改变了基体聚合物的流动特性。本章将探讨： 界面相互作用： 填料表面化学与聚合物基体间的界面粘合力如何影响复合材料的粘度。 结构化网络： 当填料浓度超过临界浓度时，粒子间可能形成导电或结构网络，导致明显的屈服应力（Yield Stress）和触变性。 各向异性流动： 在挤出和拉伸过程中，纤维或片状填料的取向如何导致材料在不同方向上表现出不同的粘弹性。 第八章：交联聚合物与凝胶（Gels）的流变学 交联网络（如硫化橡胶、水凝胶）具有永久性的网络结构，表现出高度弹性。本章将聚焦于以下概念： 橡胶弹性理论： 阐述统计力学方法如何计算网络结构的平衡弹性模量，以及泡利斯-詹姆斯（Paus-James）公式的应用。 凝胶点（Gel Point）： 详细分析在聚合反应过程中，系统从流体转变为不可流动的固体网络（凝胶点）的临界条件，及其在动态实验中的识别方法。 第三部分：测量、分析与应用技术 本部分侧重于流变学实验技术的实际操作、数据处理以及在工业过程中的应用。 第九章：流变仪的操作与数据采集 本章详细介绍各类主流流变仪的结构和适用性： 旋转流变仪（Rotational Rheometers）： 重点介绍平行板（Parallel Plate）和锥板（Cone-and-Plate）夹具的适用范围、样品制备以及对边缘滑移（Edge Fracture）等伪影的识别。 毛细管流变仪（Capillary Rheometers）： 适用于高粘度、高剪切速率的熔体测量，深入讨论范·瓦森（Van Weenen）校正和拉巴斯（Rabas）校正，以消除仪器对真实粘度的影响。 振荡流变学（Oscillatory Rheology）： 解释如何通过频率扫描获得材料的粘弹性谱，以及如何利用拉格朗日微扰理论分析非线性响应。 第十章：拉伸流变学（Extensional Rheometry） 对于挤出、拉丝和吹塑等过程，材料的拉伸粘度比剪切粘度更为关键。本章将介绍特制的拉伸流变仪，如： 双螺杆拉伸流变仪（DSR）： 测量在恒定拉伸速率下的拉伸粘度。 悬挂法（Hanging Drop Method）： 测量低粘度聚合物在重力驱动下的拉伸行为。 拉伸粘度的预测模型： 讨论拉格朗日网状模型（LaGrange Network Model）与滚筒模型（Roller Model）在预测高分子量材料拉伸粘度增强现象中的应用。 第十一章：流变学在工艺优化中的应用 本章将理论知识与工程实践紧密结合，展示流变学在解决实际生产问题中的价值： 挤出稳定性的控制： 通过分析熔体在模具出口处的剪切历史，预测和避免熔体破裂（Melt Fracture）。 涂层与流平： 讨论流变参数（如粘度、表面张力梯度）如何影响涂层厚度的均匀性、流平时间和起皱现象。 增材制造（3D打印）的流变学要求： 分析光固化树脂的粘度控制、熔融沉积成型（FDM）中材料的挤出性能和层间粘接强度。 --- 结论：面向未来的材料设计 本书的最终目标是赋能读者将流变学视为一种强大的预测工具，而非仅仅是描述现象的手段。通过对聚合物流变学核心原理的掌握，结合前沿的实验技术和数学建模，材料的性能设计将从依赖试错的经验主义，迈向基于第一性原理的精确工程。未来的研究方向将持续探索在极端条件（超高压、超快速率）下的流变行为，以及智能响应材料的动态特性，本书所构建的坚实基础将是探索这些新领域的必备指南。

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