Nano- And Micro-Mechanics of Polymer Blends and Composites pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Karger-Kocsis, Jozsef/ Fakirov, Stoyko

出品人:

页数:604

译者:

出版时间:2009-10

价格:$ 338.94

装帧:

isbn号码:9781569904350

丛书系列:

图书标签:

• Polymer blends
• Polymer composites
• Nanomechanics
• Micromechanics
• Materials science
• Polymer science
• Composite materials
• Nanomaterials
• Mechanical properties
• Structure-property relations

高分子材料的多尺度力学行为：探索与革新 引言 高分子材料因其独特的性能，如轻质、柔韧、易于加工以及可定制的性质，在现代工业和日常生活中扮演着至关重要的角色。从航空航天、汽车制造到生物医学工程和消费电子产品，高分子材料的应用无处不在。然而，随着对材料性能要求的不断提高，尤其是在极端环境或高载荷条件下的可靠性需求，对高分子材料力学行为的深入理解变得尤为关键。高分子材料的宏观力学性能，如强度、刚度、韧性、疲劳寿命等，并非孤立存在，而是由其复杂的微观和纳米结构所决定。因此，探索高分子材料的多尺度力学行为，即从原子、分子层面的相互作用，到纳米尺度下的链段运动、微观相结构，直至宏观材料的整体响应，是实现材料性能的预测、优化和革新的核心所在。 本书旨在深入探讨高分子材料在不同尺度下的力学响应机理，重点关注构成复杂高分子材料体系的多种组分之间的相互作用。我们将聚焦于那些通过物理或化学手段将不同高分子材料、填料或纤维等组分结合而成的复合材料体系，揭示其在受力时的独特行为。本书不涉及具体的纳米和微米力学研究，而是着眼于对高分子材料整体力学性能的分析，强调材料设计和制备过程中对微观结构控制的重要性。 第一章：高分子材料的宏观力学基础 本章将首先回顾高分子材料宏观力学行为的基本概念和表征方法。我们将介绍拉伸、压缩、弯曲、剪切等基本力学测试，以及应力-应变曲线的解读，包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等关键参数。此外，本章还将探讨高分子材料在不同温度和加载速率下的时效性（viscoelasticity）和蠕变（creep）行为，这是高分子材料区别于传统金属和陶瓷材料的重要特征。理解这些宏观力学行为，是后续深入分析其微观根源的基础。 1.1 高分子材料的定义与分类 1.2 基本力学性能测试方法 1.2.1 拉伸测试 1.2.2 压缩测试 1.2.3 弯曲测试 1.2.4 剪切测试 1.3 应力-应变曲线分析 1.3.1 弹性与塑性行为 1.3.2 屈服与断裂 1.3.3 关键力学参数的定义与测量 1.4 高分子材料的时效性与蠕变行为 1.4.1 粘弹性模型 1.4.2 蠕变与应力松弛 1.4.3 温度与加载速率的影响 第二章：高分子链的结构与运动对其宏观力学的影响 高分子材料的独特性质根源于其长链状的分子结构。本章将深入剖析高分子链的构象、自由体积以及链段运动对其宏观力学行为的贡献。我们将探讨不同分子量、分子量分布、支化度以及链的柔顺性如何影响材料的玻璃化转变温度、结晶度以及最终的力学性能。理解分子尺度下的这些基本原理，是理解更复杂高分子体系行为的基石。 2.1 高分子链的微观结构 2.1.1 分子量与分子量分布 2.1.2 链的构象与构象变化 2.1.3 支化、交联与环状结构 2.2 自由体积理论及其与力学性能的关系 2.2.1 自由体积的形成与演变 2.2.2 自由体积对链运动的影响 2.3 链段运动与玻璃化转变 2.3.1 玻璃化转变温度（Tg）的定义与测量 2.3.2 不同尺度下的链段运动 2.3.3 链运动与宏观力学响应的联系 2.4 高分子链结构对宏观力学性能的影响 2.4.1 分子量对强度和韧性的影响 2.4.2 结晶度与非晶区对力学行为的贡献 2.4.3 链的柔顺性与玻璃化转变温度的关系 第三章：高分子共混物的多相结构与力学性能 高分子共混物是将两种或多种高分子通过物理混合形成的新材料体系，它能够结合不同组分的优势，从而获得比单一组分更优越的性能。本章将重点关注高分子共混物的多相结构，包括相分离的形成、微观形貌（如分散相的尺寸、形状和分布）以及界面相（interphase）的性质，并探讨这些结构特征如何影响共混物的宏观力学性能，如拉伸强度、冲击韧性、断裂伸长率等。我们将分析不同相容性水平的共混物所表现出的力学行为差异。 3.1 高分子共混物的相容性问题 3.1.1 相容性判据（自由能） 3.1.2 提高共混物相容性的方法（增容剂） 3.2 共混物的微观形貌与相分离 3.2.1 相分离的动力学与热力学 3.2.2 分散相的形态、尺寸和分布 3.2.3 形貌控制对力学性能的影响 3.3 界面相的性质与作用 3.3.1 界面层的厚度与结构 3.3.2 界面相与载荷传递 3.3.3 界面相对韧性的影响 3.4 共混物宏观力学性能的预测与调控 3.4.1 混合规则的应用与局限 3.4.2 形貌、界面与性能的关联 3.4.3 冲击改性与增强机理 第四章：高分子复合材料的增强与增韧机理 高分子复合材料是将高分子基体与增强相（如短纤维、长纤维、颗粒或纳米填料）结合形成的材料。本章将深入探讨增强相如何影响高分子复合材料的宏观力学性能，着重于载荷传递机制、断裂失效模式以及增强相与基体之间的界面粘接。我们将分析不同类型增强相（如玻璃纤维、碳纤维、填料颗粒、碳纳米管、石墨烯等）在高分子复合材料中的作用，以及如何通过优化界面设计来提升材料的综合力学性能。 4.1 复合材料的组成与结构 4.1.1 基体材料的选择与性能 4.1.2 增强相的种类、形状与尺寸 4.1.3 增强相的取向与分布 4.2 载荷传递机制 4.2.1 纤维增强复合材料的载荷传递 4.2.2 颗粒增强复合材料的载荷传递 4.2.3 界面对载荷传递效率的影响 4.3 增强与增韧机理 4.3.1 纤维桥接与拔出现象 4.3.2 颗粒增韧机理（空洞形核、裂纹偏转） 4.3.3 纳米填料的增强与增韧效应 4.4 界面粘接的重要性与表征 4.4.1 增强相表面处理技术 4.4.2 界面粘接强度测试方法 4.4.3 界面失效模式分析 4.5 复合材料宏观力学性能的增强与调控 4.5.1 纤维体积分数与长度的影响 4.5.2 填料表面改性与粒径效应 4.5.3 界面工程在复合材料设计中的作用 第五章：高分子材料在复杂应力状态下的力学行为 在实际应用中，高分子材料往往承受着比简单单轴拉伸更复杂的应力状态，如多轴应力、冲击载荷、疲劳载荷以及高温或低温环境下的作用。本章将探讨高分子材料在这些复杂应力状态下的力学行为，包括其失效准则、断裂韧性、疲劳寿命以及应力集中效应。我们将分析不同分子结构和微观形貌如何影响材料在复杂载荷下的失效机制，并介绍相应的预测和设计方法。 5.1 高分子材料的失效准则 5.1.1 屈服准则 5.1.2 断裂准则 5.1.3 疲劳损伤准则 5.2 冲击韧性与断裂韧性 5.2.1 冲击测试方法与结果分析 5.2.2 断裂韧性（KIC）的测量与影响因素 5.2.3 能量吸收与耗散机制 5.3 疲劳行为与寿命预测 5.3.1 S-N曲线与疲劳极限 5.3.2 疲劳裂纹扩展机理 5.3.3 影响疲劳寿命的因素（应力幅、应力比、环境等） 5.4 应力集中与宏观失效 5.4.1 缺陷、缺口与应力集中效应 5.4.2 宏观断裂模式分析 5.4.3 延缓失效的策略 5.5 高温与低温环境对力学性能的影响 5.5.1 温度对玻璃化转变、结晶和链运动的影响 5.5.2 高温下的蠕变与松弛 5.5.3 低温下的脆性转变 第六章：高分子材料的结构-性能关系的优化设计 本章将综合前述内容，聚焦于如何通过理解和调控高分子材料的结构，来优化其宏观力学性能。我们将探讨材料设计中的关键因素，包括单体选择、聚合工艺、共混配方、增强体选择与界面设计，以及加工方法对材料微观结构和最终力学性能的影响。本章将强调多尺度思维在解决实际工程问题中的重要性，并展望高分子材料力学性能设计与应用的前景。 6.1 材料设计策略 6.1.1 基于目标性能的反向设计 6.1.2 多组分协同作用的优化 6.1.3 智能高分子材料的设计理念 6.2 加工工艺对材料结构与性能的影响 6.2.1 注塑、挤出、吹塑等工艺的特点 6.2.2 剪切、取向、结晶等对微观结构的影响 6.2.3 加工参数的优化与力学性能调控 6.3 结构-性能关系的定量化研究 6.3.1 实验与计算模拟的结合 6.3.2 机器学习在材料设计中的应用 6.4 高分子材料力学性能在工程应用中的挑战与机遇 6.4.1 轻量化与高强度并存的需求 6.4.2 材料的耐久性与可靠性提升 6.4.3 新兴应用领域（如增材制造、生物医用材料）的力学要求 结论 本书通过对高分子材料宏观力学基础、分子结构与运动、共混物多相结构、复合材料增强机理以及复杂应力状态下行为的深入分析，旨在为读者提供一个理解和优化高分子材料力学性能的全面框架。我们强调，只有深刻理解材料从分子到宏观尺度的结构-性能关系，才能有效地设计和制备出满足日益增长的工程需求的先进高分子材料。未来，随着科学技术的不断发展，对高分子材料多尺度力学行为的探索将更加深入，为新材料的开发和应用带来无限可能。

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