有机黏土纳米增强弹性体复合材料 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:化学工业出版社

作者:梁玉蓉

出品人:

页数:181 页

译者:

出版时间:1970-1

价格:28.00元

装帧:平装

isbn号码:9787122026620

丛书系列:

图书标签:

有机黏土
纳米增强
弹性体
复合材料
材料科学
聚合物
纳米材料
力学性能
制备
应用

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具体描述

《有机黏土纳米增强弹性体复合材料》由化学工业出版社出版。

纤维增强聚合物复合材料的结构、性能与应用图书简介本书系统性地探讨了纤维增强聚合物（FRP）复合材料的基础理论、结构设计、制备工艺、力学性能表征以及在工程领域的广泛应用。作为现代工程材料中的重要分支，FRP复合材料以其优异的比强度和比模量、良好的耐腐蚀性以及设计灵活性，在航空航天、土木工程、汽车制造乃至高端体育器材等领域展现出不可替代的价值。本书旨在为材料科学、力学工程、结构设计及相关领域的科研人员、工程师和高年级学生提供一本全面、深入且实用的参考读物。全书内容严格围绕纤维增强聚合物这一核心主题展开，深入剖析了决定其宏观性能的微观和介观结构特征，避免了对其他类型复合材料的交叉论述。 --- 第一部分：FRP复合材料的基础理论与组分本部分奠定了理解FRP复合材料的理论基石，详细阐述了其基本概念、组分特性及界面作用机理。第一章：复合材料导论与FRP的界定首先，本书对现代工程材料的分类进行了概述，明确界定了纤维增强聚合物复合材料（FRP）与其他复合材料（如金属基复合材料、陶瓷基复合材料）的区别。重点阐述了FRP的优势——轻量化、各向异性设计潜力以及优异的介电或导电特性（取决于纤维类型）。材料的各向异性是FRP区别于各向同性材料的核心特征，本章将用数学模型阐释其在不同方向上力学性能的显著差异。第二章：增强纤维的种类、结构与特性纤维是赋予FRP优异性能的主要因素。本章将详尽介绍工程中常用的增强纤维：无机纤维：玻璃纤维（E-glass, S-glass等）、碳纤维（高模量、高强度型）、芳纶纤维（如Kevlar）。针对每种纤维，我们将详细分析其微观晶体结构（如碳纤维的石墨层结构），这直接决定了其拉伸强度和模量。讨论的重点在于纤维的表面处理技术，如何通过表面偶联剂处理来优化纤维与基体之间的界面粘结。有机纤维：仅作为对比介绍，但重点关注如何利用其韧性来改善复合材料的抗冲击性能。第三章：聚合物基体材料的选择与改性基体材料（树脂）的作用在于传递载荷、保护纤维并维持结构完整性。本章聚焦于热固性树脂和热塑性树脂的选择：热固性树脂：环氧树脂（最常用）、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂。深入探讨其固化动力学、交联密度与玻璃化转变温度（$T_g$）的关系。热塑性树脂：聚醚醚酮（PEEK）、聚砜（PSU）等高性能热塑性树脂。重点分析它们在加工温度下的流变学行为，这对浸渍和成型过程至关重要。基体改性：如何通过引入增韧剂或纳米粒子（限于无机纳米粒子，如碳纳米管或氧化物，但重点仍在纤维增强机制）来调控基体的韧性、耐热性和介电常数。第四章：纤维/基体界面作用机制界面是FRP复合材料中最薄弱但最关键的环节。本章从分子层面解析界面粘结的机理，包括物理吸附、化学键合（如通过偶联剂形成共价键）以及机械互锁。详细分析界面剪切强度的测试方法及其对宏观性能的敏感性。 --- 第二部分：FRP的结构设计与制备工艺本部分关注如何将选定的组分有效地组织成具有特定功能的结构，并实现工业化生产。第五章：宏观结构设计与纤维排布 FRP的性能高度依赖于纤维的铺层设计。本章全面介绍经典的层合板理论（Classical Lamination Theory, CLT）：单向板、双向板与三维编织结构：阐述不同纤维取向对刚度和强度的影响（如$0^{circ}, 90^{circ}, pm 45^{circ}$铺层）。应力与应变分析：基于转换坐标系，推导了从材料坐标系到板坐标系的刚度矩阵转换关系，用于预测复杂载荷下的响应。第六章：FRP的成型与制造技术本书详细区分了压力成型、拉挤成型、缠绕成型和先进的自动铺放技术（AFP）：湿法工艺：手工铺层（手糊）和喷射成型，重点分析树脂渗透性与孔隙率控制。模压工艺：树脂传递模塑（RTM）和真空辅助树脂传递模塑（VARTM）。深入研究模具设计、纤维预成型体对树脂流动前沿的影响，以及如何通过优化压力和温度曲线来最小化孔隙。连续工艺：拉挤成型（Pultrusion）和热压罐固化（Autoclave Curing）在制备高品质航空级部件中的应用，强调温度-时间曲线对固化度和残余应力的控制。 --- 第三部分：力学性能表征与失效分析本部分是本书的核心，聚焦于如何量化FRP的力学响应及其破坏模式。第七章：FRP的本构关系与力学测试深入介绍FRP的正交各向异性弹性力学基础。测试标准（如ASTM/ISO）的应用：拉伸、压缩与弯曲性能：如何根据纤维方向确定主要的失效模式（纤维断裂或基体开裂）。剪切性能：重点介绍平面内剪切模量 ($G_{12}$) 和剪切强度 ($ au_{12}$) 的测试，以及它们对界面强度的指示作用。泊松比的测量与各向异性影响。第八章：疲劳、蠕变与环境效应 FRP在长期服役中的可靠性分析：疲劳性能：纤维/基体的应力循环响应，S-N曲线的构建，以及疲劳损伤的累积模型（如最大应力理论）。蠕变与应力松弛：尤其是在高温环境下，聚合物基体蠕变如何加速结构变形，并影响长期承载能力。环境退化：水、热、化学腐蚀对界面和基体的影响机制，湿热老化导致性能衰减的定量模型。第九章：断裂韧性与失效模式详细分类并分析FRP的多种破坏模式：基体开裂：当载荷方向与纤维方向垂直时。纤维拔出（Pull-out）：界面结合力较弱时的典型模式。分层（Delamination）：层合板结构中最常见的失效模式，主要由层间剪切应力或冲击载荷引起。引入能量释放率（$G_I, G_{II}, G_{III}$）的概念来评估和控制分层扩展。 --- 第四部分：FRP复合材料的应用工程本部分将理论与实践相结合，展示FRP在关键行业中的成功案例和设计考量。第十章：航空航天结构中的应用 FRP在飞机结构中的应用，如机翼、机身蒙皮和尾翼。重点讨论如何利用其轻量化特性实现燃油效率的提升。分析抗冲击损伤容限设计（Damage Tolerance Design）标准，以及纤维铺层如何优化载荷路径以抵抗鸟击或地面碰撞。第十一章：土木与基础设施工程应用 FRP在桥梁、建筑和海洋工程中的应用：钢筋替代：玻璃纤维或玄武岩纤维增强筋（GFRP/BFRP）在混凝土中的应用，重点分析其抗腐蚀性优势以及在电磁敏感环境中的应用。结构加固：碳纤维布（CFRP Sheet）对外包结构进行粘贴加固，提高现有建筑的承载力和抗震性能。第十二章：汽车与风能领域的应用探讨FRP在提高车辆安全性和能效方面的作用，如车身面板和压力容器。在风力发电领域，深入剖析超长风力发电机叶片的设计与制造挑战，以及如何利用高性能碳纤维来控制叶片在动态载荷下的挠度和振动响应。 --- 本书的叙述风格力求严谨和深入，强调物理机制与数学描述的统一，确保读者能够清晰地掌握纤维增强聚合物复合材料从微观到宏观的全部科学原理和工程实践。全书旨在为读者构建一个坚实的FRP知识体系，指导其在实际的材料选择、结构设计与故障诊断中做出科学决策。

作者简介

目录信息

第一篇基础篇第1章层状硅酸盐/聚合物纳米复合材料的研究进展2 1.1 层状硅酸盐/聚合物纳米复合材料的研究进展2 1.1.1 聚合物增强技术的研究进展2 1.1.2 层状硅酸盐的结构、性质、有机化及应用3 1.1.3 层状硅酸盐/聚合物纳米复合材料的制备方法7 1.1.3.1 原位插层聚合法7 1.1.3.2 熔体插层法8 1.1.3.3 溶液插层法9 1.1.3.4 乳液法10 1.1.4 层状硅酸盐/聚合物纳米复合材料插层理论分析11 1.1.5 层状硅酸盐/聚合物纳米复合材料的结构12 1.1.6 层状硅酸盐/聚合物纳米复合材料的性能15 1.1.6.1 气体阻隔性16 1.1.6.2 力学性能19 1.1.6.3 热稳定性及阻燃性能21 1.1.6.4 导电性22 1.1.6.5 生物降解性22 1.1.6.6 光-电性能23 1.2 橡胶气体阻隔性能的研究进展24 1.2.1 简介24 1.2.2 （卤化）丁基橡胶25 1.2.3 现有内胎使用胶料结构与性能比较26 1.3 聚合物基复合材料的气体渗透性能与机理研究进展27 1.3.1 气体在聚合物中的溶解机理27 1.3.1.1 温度和压力的影响27 1.3.1.2 玻璃化转变温度的影响28 1.3.1.3 结晶和填料的影响29 1.3.1.4 研究方法及模型29 1.3.2 气体在聚合物中的扩散机理30 1.3.2.1 聚合物结构的影响31 1.3.2.2 温度的影响31 1.3.2.3 结晶和填料的影响32 1.3.2.4 研究方法及模型32 1.4 加工过程对微观相态结构的影响33 1.4.1 热塑性基体33 1.4.2 热固性基体35 1.4.2.1 热固性塑料35 1.4.2.2 橡胶35 第二篇应用篇第2章 IIR/有机黏土纳米复合材料的制备、结构与性能40 2.1 溶液插层法制备有机黏土/IIR纳米复合材料的结构40 2.2 熔体插层法制备有机黏土/IIR纳米复合材料的结构43 2.3 有机黏土/丁基橡胶纳米复合材料的力学性能45 2.4 有机黏土/丁基橡胶纳米复合材料的气体阻隔性能47 2.4.1 填料形状对IIR纳米复合材料气体阻隔性能的影响47 2.4.2 有机黏土变量对溶液插层法制备的IIR/有机黏土纳米复合材料透过氮气流量的影响48 2.4.3 SIIRCN与MIIRCN气体阻隔性能对比50 第3章 XIIR/有机黏土纳米复合材料的结构与性能52 3.1 有机黏土/CIIR纳米复合材料的结构52 3.2 有机黏土/BIIR纳米复合材料的结构55 3.3 有机黏土/卤化丁基橡胶纳米复合材料的性能58 3.3.1 有机黏土/氯化、溴化丁基橡胶纳米复合材料的力学性能58 3.3.2 有机黏土/氯化、溴化丁基橡胶纳米复合材料的Payne效应62 3.3.3 有机黏土/氯化、溴化丁基橡胶纳米复合材料的气体阻隔性能66 第4章预膨胀有机黏土与机械共混法制备IIRCN68 4.1 预膨胀有机黏土与机械共混法制备IIRCN的微观相态结构68 4.2 预膨胀有机黏土与机械共混法制备IIRCN的力学性能74 4.2.1 采用不同方法制备IIRCN的力学性能74 4.2.2 IIR/不同有机溶剂预膨胀有机黏土纳米复合材料的力学性能75 4.2.3 黏土变量对采用预膨胀有机土与机械共混法制备的IIRCN力学性能的影响75 4.3 预膨胀有机黏土与机械共混法制备IIRCN的气体阻隔性能76 4.3.1 不同方法制备的IIRCN的气密性能76 4.3.2 黏土变量对采用预膨胀有机黏土与机械共混法制备的IIR/有机黏土纳米复合材料气体阻隔性能的影响77 第5章丁基橡胶/不同碳链长度表面改性剂改性的黏土纳米复合材料的结构与性能79 5.1 填料的表面改性方法以及黏土片层晶层间距的影响因素79 5.1.1 改性方法79 5.1.1.1 用表面改性剂处理无机黏土79 5.1.1.2 用偶联剂处理黏土80 5.1.2 黏土片晶层间距的影响因素81 5.1.2.1 阳离子交换容量对层间距的影响81 5.1.2.2 碳链长度对晶层间距的影响81 5.2 采用熔体插层法制备丁基橡胶/不同碳链长度的表面改性剂改性黏土纳米复合材料82 5.2.1 不同碳链长度表面改性剂改性黏土的结构式83 5.2.2 不同碳链长度表面改性剂改性黏土的XRD分析83 5.2.3 不同碳链长度表面改性剂改性黏土制备的IIRCN的结构表征84 5.2.4 不同碳链长度表面改性剂改性黏土制备的IIRCN的力学性能87 5.2.5 不同碳链长度表面改性剂改性黏土制备的IIRCN的气密性能89 第三篇理论篇第6章硫化前后橡胶/黏土纳米复合材料微观结构的变化92 6.1 不同方法制备的IIR/有机黏土复合体系硫化前后微观结构的变化93 6.1.1 溶液插层法93 6.1.2 熔体插层法94 6.1.3 预膨胀有机黏土与机械共混法95 6.2 熔体插层法制备橡胶/有机黏土纳米复合材料98 6.2.1 非极性橡胶基体/有机黏土复合体系硫化前后微观相态结构的变化98 6.2.2 极性橡胶基体/有机黏土复合体系硫化前后微观相态结构的变化100 6.2.2.1 BIIR/有机黏土复合体系100 6.2.2.2 NBR/有机黏土复合体系101 6.3 时间效应102 第7章热处理工艺对IIR/有机黏土混合物微观相态结构的影响105 7.1 熔体插层法制备的IIR/有机黏土混合物的热处理实验106 7.1.1 IIR/有机黏土混合物的微观结构表征106 7.1.2 热处理工艺对IIR/有机黏土混合物微观相态结构的影响108 7.1.2.1 热处理温度的影响108 7.1.2.2 热处理时间的影响111 7.1.2.3 压力的影响112 7.1.2.4 微观相态结构转化机理114 7.1.2.5 化学交联反应对微观相态结构的影响118 7.2 溶液插层法制备IIR/有机黏土混合物的热处理实验119 7.2.1 IIR/有机黏土混合物的微观结构表征119 7.2.2 热处理工艺对IIR/有机黏土混合物微观相态结构的影响120 7.2.2.1 热处理温度的影响120 7.2.2.2 微观相态结构转化机理124 7.2.2.3 热处理时间的影响128 7.2.2.4 压力的影响129 7.2.2.5 化学交联反应的影响131 第8章橡胶/有机黏土纳米复合材料微观相态结构的改善133 8.1 常压（大气压）硫化134 8.2 低压硫化135 8.2.1 压力大小对微观相态结构的影响135 8.2.2 低压硫化IIR/有机黏土纳米复合材料的微观相态结构136 8.2.3 低压硫化制备的IIR/有机黏土纳米复合材料的力学性能137 8.2.4 低压硫化制备的IIR/有机黏土纳米复合材料的气体阻隔性能138 8.3 高温硫化139 8.4 超促进剂快速硫化139 第9章橡胶/黏土纳米复合材料在高压热处理过程中的微观结构变化141 第10章橡胶基体极性对RCNs微观相态结构的影响147 10.1 极性大小不同的NBR/有机黏土纳米复合材料的微观相态结构147 10.1.1 极性大小不同的NBR/有机黏土复合体系的WAXD分析147 10.1.2 极性大小不同的NBR/有机黏土复合体系的TEM分析149 10.2 极性大小不同的NBR/有机黏土纳米复合材料的力学性能152 10.3 极性大小不同的NBR/有机黏土纳米复合材料的Payne效应153 10.4 极性大小不同的NBR/有机黏土纳米复合材料的气体阻隔性能155 第11章橡胶分子结构对RCNs的微观结构与性能的影响157 11.1 不同分子结构橡胶基体对应的RCNs微观结构157 11.1.1 非极性橡胶IIR、SBR复合体系的微观结构分析157 11.1.2 极性橡胶NBR复合体系的微观结构分析160 11.2 不同分子结构橡胶基体对应的RCNs力学性能161 11.3 不同分子结构橡胶基体对应RCNs的RPA测试162 11.4 不同分子结构橡胶基体对应RCNs的气体阻隔性能164 参考文献167
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读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构编排实在有些过于跳跃了，对于一个非本专业的读者来说，这简直就是一场信息过载的“智力马拉松”。前文还在细致地讨论基础的橡胶弹性理论，用了一些我依稀记得大学时学过的热力学概念来解释高分子链的运动，读起来还算顺畅，但紧接着的几章，画风突变，直接进入了高分辨透射电镜（HRTEM）图像的解析和X射线衍射（XRD）谱图的解读。老实说，我花了极大的精力去理解那些晶格缺陷和界面应力张量图，感觉就像被硬生生地扔进了一个只有行家才能看懂的密码本里。特别是涉及到某些特定改性剂对纳米填料表面能影响的数学模型推导时，我不得不反复查阅许多背景资料，才能勉强跟上作者的思路。这使得阅读体验时常被打断，需要频繁地在书中和网络之间切换，效率大打折扣。我希望作者能在这些关键的、高技术密度的章节前，加入更详尽的背景知识铺垫，或者至少提供一个更易于消化的图示来辅助理解这些复杂的相互作用机制。整体来看，内容深度毋庸置疑，但面向读者的友好度，尤其是跨学科读者的友好度，还有很大的提升空间。

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者显然对该领域的理论基础有着极其扎实的功底，他对于粘土纳米片层在有机高分子基质中分散的“熵驱动”与“焓驱动”平衡的论述，可谓是入木三分。他没有满足于停留在现象描述层面，而是深入挖掘了热力学驱动力在界面粘附和宏观性能提升中的决定性作用。特别是关于如何通过表面功能化修饰来调控这种热力学平衡的讨论，提供了非常具有启发性的视角。作者巧妙地将经典胶体科学中的DLVO理论与聚合物的链段统计力学相结合，构建了一个相对完善的理论框架来预测复合材料的界面能耗。这种跨越不同学科壁垒的理论整合能力，是这本书最闪光的部分。它不仅仅是一本技术手册，更像是一篇深入的、带有强烈个人学术观点的综述，鼓励读者去思考“为什么”材料会表现出特定的性能，而不是仅仅接受“是什么”。对于那些志在从事原创性研究的博士生和青年学者来说，这种深层次的理论剖析，是极其宝贵的精神食粮。

评分☆☆☆☆☆

这本书的插图和数据图表质量，坦白说，有些参差不齐，这对于一本探讨微观结构的书来说，是个不小的遗憾。有一些关键的示意图，比如纳米片层在弹性体中的取向分布图，设计得非常清晰，色彩对比度适中，几乎一眼就能明白作者想表达的“择优取向”效应。然而，另一些展示力学性能测试曲线的图表，分辨率低得惊人，坐标轴的刻度模糊不清，甚至有几处图例的标注都与正文描述存在微妙的矛盾。我花了不少时间去尝试“还原”作者想展示的真实数据趋势，而不是被图表本身的质量所干扰。更让我感到困惑的是，书中引用的参考文献列表显得过于老旧，虽然很多基础理论确实是经典，但对于一个前沿的“纳米增强”领域，缺乏对近五年内突破性研究成果的引用和讨论，这让这本书在更新速度上显得有些滞后。如果能将那些高分辨率的原始数据图表进行统一的、高清晰度的重制，并适当补充最新的研究动态，这本书的价值和说服力会提升不止一个档次。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我发现这本书在讨论特定复合材料的“绿色制造”方面，着墨稍嫌不足，略显保守。鉴于当前全球对可持续发展和环保要求的日益提高，弹性体材料的合成和加工过程中的溶剂使用、能耗问题，应当占据更核心的地位。书中虽然提到了某些无溶剂交联体系的初步尝试，但处理得非常简略，仿佛只是为了完成一个“环保”的章节要求而匆匆带过。我期待看到更多关于利用超临界流体技术进行纳米填料分散的案例分析，或者关于使用生物基弹性体作为基体的最新进展。毕竟，如果未来这些高性能复合材料要实现大规模商业化应用，其整个生命周期的环境足迹将是决定性因素之一。作者在前半部分展示了如此卓越的微观调控能力，如果在后续章节中，能够将这种精细的控制哲学应用于更宏观、更具社会责任感的制造工艺优化上，这本书的覆盖面和现实指导意义将会更上一层楼。目前的侧重点似乎更偏向于“性能极限的挖掘”，而对“绿色制造的路径探索”的关注度略显不足。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实抓人眼球，那种深邃的蓝色调配上几缕仿若星云般的纹理，立刻让人联想到微观世界的复杂与精妙。我原本以为这会是一本晦涩难懂的专业教科书，毕竟“纳米增强”和“弹性体复合材料”这些词汇听起来就充满了高深的化学和材料学背景。然而，当我翻开第一章时，惊喜地发现作者在引言部分就用非常生动的语言勾勒出了这类材料的广阔前景，它不仅仅是实验室里的抽象概念，而是可能重塑我们日常生活的关键技术。比如，书中对那种兼具柔软度和超强韧性的特性的描述，让我忍不住联想到未来应用于高端运动装备、甚至生物医学植入物时的潜力。作者没有直接堆砌公式，而是先从宏观应用入手，逐步引导读者进入微观结构和界面相互作用的探讨。这种叙事结构非常高明，它极大地降低了初学者的阅读门槛，让人在不知不觉中吸收了大量的专业知识。我尤其欣赏它在材料制备工艺上的详述，那些关于如何精确控制粘土片层在聚合物基体中均匀分散的技巧，读起来简直像在欣赏一门精密的艺术，每一个步骤都需要极高的耐心和对细节的把握。读完前几章，我已经迫不及待想去实验室亲手尝试一下，那种对未知材料世界的探索欲被彻底点燃了。

评分☆☆☆☆☆