Properties and Performance of Natural-Fibre Composites pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Taylor & Francis Inc

作者:Pickering, Kim L. (EDT)

出品人:

页数:472

译者:

出版时间:

价格:2442.00元

装帧:

isbn号码:9781420077940

丛书系列:

图书标签:

• Natural fiber composites
• Composite materials
• Biocomposites
• Material properties
• Mechanical properties
• Sustainable materials
• Polymer composites
• Fiber reinforced polymers
• Material science
• Engineering materials

纤维增强复合材料的革命：从天然纤维到高性能应用 图书名称： 纤维增强复合材料的革命：从天然纤维到高性能应用 图书简介： 本书全面深入地探讨了当前材料科学领域最引人注目且最具可持续发展潜力的方向之一：天然纤维增强复合材料（NFRPs）。随着全球对环境责任和资源效率的日益重视，传统的合成纤维基复合材料正面临着前所未有的替代压力。本书旨在为读者提供一个跨越理论基础、材料制备、性能评估到实际应用领域的完整知识体系，重点剖析如何利用竹、麻、剑麻、亚麻、棉花等可再生天然纤维，设计、制造和优化出具有卓越性能，同时环境影响最小的新一代复合材料。 第一部分：天然纤维的基础科学与结构特征 本部分首先奠定了理解天然纤维增强体系的必要理论基础。我们详尽阐述了天然纤维的微观结构，包括纤维素、半纤维素和木质素的复杂排列及其对宏观机械性能的影响。不同来源的天然纤维（如植物纤维与木质纤维）在横截面形态、结晶度和表面化学性质上存在显著差异，这些差异直接决定了其作为增强材料的潜力。 内容涵盖了纤维的物理性质，如密度、吸湿性、热膨胀系数以及主要的化学反应位点。特别关注了纤维素微纤的取向性如何影响纤维的拉伸强度和模量。此外，本书还系统对比了天然纤维与传统玻璃纤维（GFRP）和碳纤维（CFRP）在比强度、比模量以及成本效益上的优势与局限性。深入分析了天然纤维在使用过程中易受湿度影响的固有缺陷，并初步引入了表面处理技术以改善基体界面粘合的必要性。 第二部分：基体材料的选择与界面工程 复合材料的性能高度依赖于纤维与基体之间的有效应力传递。本卷重点聚焦于与天然纤维相匹配的基体材料的选择与优化。我们详细考察了热塑性树脂（如聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚乳酸PLA）和热固性树脂（如环氧树脂、不饱和聚酯树脂）在应用于NFRPs时的适用性。鉴于天然纤维的亲水性与多数聚合物基体的疏水性之间的固有不兼容性，界面工程成为本部分的核心议题。 书中有大量篇幅专门讨论了各种化学和物理改性技术，用以增强纤维与基体间的相互作用力。这包括： 1. 化学改性： 如碱处理（NaOH）、硅烷偶联剂接枝、乙酰化和马来酸酐接枝。详细剖析了这些处理如何去除纤维表面的天然杂质、增加表面粗糙度或引入反应性官能团，从而显著提高湿润性和机械偶联。 2. 物理改性： 如等离子体处理、电晕放电处理，及其对纤维表面能和官能团分布的影响。 此外，我们还探讨了生物基树脂（如大豆油基环氧树脂、天然树脂）在构建全天然纤维复合材料体系中的潜力，以实现材料的全生命周期可持续性。 第三部分：制造工艺与成型技术 高效、低能耗的制造工艺是推动天然纤维复合材料商业化的关键。本部分系统梳理了适用于NFRPs的各种成型技术，并针对天然纤维的低热稳定性和吸湿性，对传统工艺进行了必要的调整和优化。 详细介绍的关键制造工艺包括： 熔融插层技术（Melt Impregnation）： 特别关注其在处理高粘度热塑性树脂时的挑战和解决方案。 树脂传递模塑（RTM）及真空辅助树脂传递模塑（VARTM）： 讨论了低粘度树脂体系的选择，以及如何控制预成型体（Mat）在浸渍过程中的尺寸稳定性。 热压成型（Compression Molding）： 针对高纤维体积比的片状模塑料（SMC）和团状模塑料（BMC）的制备，分析了模具设计和压力/温度曲线对最终产品均匀性的影响。 挤出技术： 探讨了双螺杆挤出机在纤维分散和混料均匀性方面的优势与局限。 本书特别强调了制造过程中的“纤维损伤控制”，因为在剪切和高压力的作用下，天然纤维的长度和完整性容易受损，进而严重影响最终材料的力学性能。 第四部分：性能表征与力学行为分析 本部分是连接材料设计与工程应用的桥梁。我们提供了针对NFRPs的全面性能测试方法和深入的力学模型分析。 机械性能评估： 详尽描述了拉伸、弯曲、冲击和剪切性能的测试标准和结果解释。重点分析了纤维取向角对各向异性性能的影响机制。 耐久性与长期性能： 深入探讨了湿度、温度循环和紫外线辐射对NFRPs老化的影响。尤其关注纤维/基体界面的水解敏感性及其寿命预测模型。 热力学行为： 分析了玻璃化转变温度（Tg）、热分解温度（Td）的测定及其与基体树脂和界面结合强度的关系。 动态力学分析（DMA）： 用于量化材料在不同频率和温度下的粘弹性响应，这对于理解阻尼特性至关重要。 通过大量案例研究，读者将理解如何利用有限元分析（FEA）和Halpin-Tsai模型等经典复合材料理论，精确预测NFRPs在复杂载荷条件下的失效模式。 第五部分：可持续性、经济性与未来应用方向 最后，本书将视角扩展到更广阔的工程和环境背景下。我们量化了天然纤维复合材料的生命周期评估（LCA），对比了其在碳足迹和能源消耗方面的优势。 应用领域部分，本书展示了NFRPs在以下行业的突破性进展： 1. 汽车工业： 作为替代车身内饰件、保险杠和地板组件的轻量化、减震材料。 2. 建筑与土木工程： 在非承重结构、隔音板以及临时建筑材料中的应用潜力。 3. 消费品与包装： 探讨其在设计美观和环境友好的产品中的角色。 本书旨在培养材料工程师、结构设计师和科研人员对天然纤维复合材料的深刻理解，使其能够自信地将这些可持续的创新材料推向市场，引领材料科学迈向更绿色的未来。

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