Rheology and Processing of Polymeric Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford Univ Pr

作者:Han, Chang Dae

出品人:

页数:704

译者:

出版时间:2007-5

价格:$ 197.19

装帧:HRD

isbn号码:9780195187823

丛书系列:

图书标签:

• 聚合物流变学
• 聚合物加工
• 材料科学
• 流体力学
• 高分子物理
• 塑料工程
• 橡胶工程
• 聚合物表征
• 流变模型
• 加工工艺

聚合物材料的流变学与加工：一部专注于基础理论、实验技术与工程应用的深度专著 导言：流变学——理解聚合物行为的关键 本书旨在为从事高分子科学、材料工程以及相关领域的研究人员、工程师和高级学生提供一本全面且深入的参考书，专注于聚合物材料的流变学（Rheology）及其在实际加工过程中的应用。流变学，作为研究物质形变与流动特性的科学，对于理解和控制聚合物的宏观性能至关重要。鉴于聚合物材料的复杂性——其分子链的缠结、弛豫、以及对温度和应力的敏感性——精确描述和预测其流动行为是实现高质量产品制造的前提。 本书结构清晰，逻辑严密，从基础物理化学原理出发，逐步深入到复杂的本构方程、先进的实验技术，并最终将理论知识与实际的挤出、注射成型等加工过程紧密结合。我们力求超越纯粹的理论推导，强调这些理论如何转化为可操作的工程解决方案。 --- 第一部分：聚合物流变学基础与分子动力学 本部分奠定了理解聚合物特性的理论基石。我们首先回顾了连续介质力学的基本概念，重点介绍了应力、应变和应变率的定义，这些是描述任何材料流变行为的语言。 1. 聚合物的分子结构与宏观响应 我们将探讨聚合物分子链的拓扑结构（如线性、支化、网络结构）如何直接影响其宏观流变性质。详细讨论了自由体积理论和链段运动理论（如Rouse模型和Zimm模型），解释了在不同时间尺度上，分子链如何对外部施加的形变做出响应。特别地，本书深入分析了高分子熔体中缠结概念（Entanglements）的重要性，引入了临界缠结分子量的概念，这是区分低粘度解缠聚合物和高粘度缠结聚合物的关键参数。 2. 线性粘弹性理论（Linear Viscoelasticity） 线性粘弹性是描述聚合物在小形变下行为的核心理论。我们详细阐述了松弛模量 $G(t)$ 和储能模量 $G'$、损耗模量 $G''$ 在频率域和时间域中的定义和关系（如傅立叶变换的桥梁）。本书提供了对时间-温度等效原理（Time-Temperature Superposition, TTS）的详尽讨论，包括如何利用玻璃化转变温度 ($T_g$) 附近的参考点构建主曲线（Master Curve），从而预测宽广温度范围内的粘弹性行为。这对于理解聚合物的长期稳定性和老化过程至关重要。 3. 非线性粘弹性与稳态流动 当形变幅度增大，聚合物的流动行为不再是线性的，必须引入非线性粘弹性模型。本章聚焦于稳态剪切流动，分析了剪切速率依赖性粘度 $eta(dot{gamma})$ 的现象，包括剪切变稀（Shear Thinning）和剪切增稠（Shear Thickening）。我们对经典的本构模型进行了深入比较和应用分析，包括： Power Law 模型： 适用于描述高剪切速率下的行为。 Carreau 模型与 Cross 模型： 它们能更好地拟合从零剪切速率到高剪切速率的全范围粘度曲线，解释了低剪切速率下的牛顿平台区和高剪切速率下的极限行为。 Bingham 塑性模型： 针对含有填料或颗粒的聚合物复合材料，探讨屈服应力（Yield Stress）的物理意义及其测量挑战。 --- 第二部分：聚合物流变学的实验技术与表征 理论的有效性必须通过精确的实验数据来验证。本部分详细介绍了现代聚合物流变学实验室中使用的关键仪器和测试方法，强调了数据采集、处理和解释的规范性。 4. 振动与动态流变测试（Oscillatory Rheometry） 详细介绍了平行板（Cone-and-Plate）和密闭腔（Parallel Plate）几何结构在动态测试中的优缺点。重点讲解了如何通过频率扫描（Frequency Sweep）确定聚合物的分子量分布（通过对$G'$和$G''$在交叉点附近的分析），以及如何使用应变扫描（Amplitude Sweep）来确定线性粘弹性极限（Linear Viscoelastic Region, LVR）。此外，本书还涵盖了双轴拉伸流变仪（Extensional Rheometry）在测量聚合物拉伸粘度方面的关键作用，尤其是在模拟薄膜拉伸或纤维抽拔过程中的应用。 5. 稳态流动与毛细管流变学（Capillary Rheometry） 毛细管流变仪是工业界评估加工性能的黄金标准。本章深入探讨了挤出测试的原理，包括如何精确测量压力降和流量关系。特别关注了范·门塔（ ван 门塔）校正（Bagley Correction） 和 拉伯金（Rabinowitsch）校正 的推导和实际应用，这些校正是为了消除由样品入口和非牛顿效应引起的测量误差，从而获得真实的壁面剪切应力和真实剪切速率。 6. 熔融态与固态材料的特殊测试 本书还覆盖了针对特定状态或形态聚合物的测试方法： 高压流变学（High-Pressure Rheology）： 探讨压力对聚合物分子堆积密度和粘度的影响，这对于高压模塑或深海应用至关重要。 动态机械分析 (DMA)： 用于在固态和橡胶态下表征聚合物的粘弹行为，确定阻尼峰值和弛豫过程。 散射技术与流变学的结合（Rheo-SANS/Rheo-SAXS）： 介绍如何同步进行流变测量和小型角X射线散射（SAXS）或中子散射（SANS），以实时观察分子结构在剪切场下的取向和聚集行为。 --- 第三部分：流变学在聚合物加工中的应用 理论和实验的最终目的是指导工程实践。本部分将流变学原理直接应用于常见的聚合物加工操作中，解决实际工程问题。 7. 挤出过程中的流变学控制 挤出是生产管材、片材和型材的核心技术。我们详细分析了挤出机中的非牛顿流动，包括螺杆通道内的剪切和拉伸流动。讨论了熔体破裂（Melt Fracture）——一种限制挤出速率的常见缺陷——的流变学根源，并提出了基于弹性体本构模型（如Phan-Thien-Tanner模型）来预测和缓解这一问题的策略。同时，本书也涵盖了填充和增强聚合物（如玻璃纤维、碳纳米管复合材料）的流变学挑战，包括纤维的取向和界面粘合对宏观粘度的影响。 8. 注射成型与模流分析 (Mold Flow Analysis) 注射成型涉及复杂的非稳态流动、填充、保压和冷却阶段。本书解释了如何将稳态粘度数据和温度依赖性输入到商业模流分析软件中。重点讨论了剪切历史（Shear History）对最终产品性能的影响，例如，在模具浇口附近极高的剪切速率可能导致分子链断裂或取向，进而影响成品的机械性能和光学性能。我们还探讨了收缩率和翘曲的流变学预测，这与熔体冷却过程中的体积变化和内部应力有关。 9. 聚合物溶液与分散体系的流变学 针对油墨、涂料、粘合剂和高浓度浆料等流体，本书探讨了浓度依赖性粘度和网络结构形成。分析了稀溶液、半稀溶液和浓溶液的特性粘度 $(eta_{inh})$ 与分子量 ($M_w$) 的关系（如Fox-Flory理论）。对于含有不溶性颗粒的悬浮液，我们应用了Krigbaum-Preston方程或元胞模型（Cell Model）来预测高固含量的流变行为，这对于理解陶瓷注塑（CIM）和金属注塑（MIM）的预处理至关重要。 --- 结论与展望 《聚合物材料的流变学与加工》旨在成为一本实用的工具书，它不仅梳理了从分子到宏观尺度的基本理论，还提供了解决实际工程难题的量化方法。未来的挑战，如多尺度模拟（从分子动力学到有限元分析的耦合）和反应性挤出中的流变学控制，将是本领域持续发展的重点。本书提供了一个坚实的基础，以应对这些前沿课题。

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