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出版者:机械工业出版社

作者:陈德全

出品人:

页数:788

译者:

出版时间:2001-6-1

价格:34.0

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111087731

丛书系列:

图书标签:

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• 钳工技能
• 机械加工
• 工业技术
• 职业教育
• 实操手册

创新材料科学：面向未来制造的先进高分子与复合材料应用指南 本书简介： 《创新材料科学：面向未来制造的先进高分子与复合材料应用指南》 是一本深度聚焦于当代材料科学前沿，特别是高性能高分子材料与先进复合材料在现代工业制造领域应用的专业参考书籍。本书旨在为材料工程师、研发人员、产品设计师以及对前沿制造技术感兴趣的高级技术人员，提供一套全面、系统且极具实践指导价值的知识体系。我们摒弃了基础的金属加工或传统机械装配知识，专注于新材料带来的设计范式变革与工艺挑战。 本书结构严谨，内容覆盖从基础理论到尖端应用的完整链条，共分为六大部分，详细阐述了如何驾驭和优化这些驱动下一代工业革命的关键材料。 --- 第一部分：高性能高分子材料的结构、性能与合成策略 本部分深入探讨了传统塑料范畴之外的特种工程塑料及其热固性树脂体系。我们详尽分析了聚合物的微观结构（如结晶度、分子量分布、链拓扑结构）如何直接决定其宏观力学、热学、电学和化学稳定性。 重点内容包括： 1. 特种热塑性塑料的深度解析： 详细介绍聚醚醚酮（PEEK）、聚酰亚胺（PI）、聚苯硫醚（PPS）等超高性能聚合物的合成路径、分子设计原则及其在极端环境（高温、高压、强腐蚀）下的服役表现。内容侧重于如何通过共聚、接枝等方法调控材料的玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）。 2. 先进热固性树脂体系： 聚焦于环氧树脂（Epoxy）、氰酸酯（Cyanate Ester）和苯并噁嗪（Benzoxazine）体系。阐述了固化动力学、交联密度对材料韧性和耐热性的影响。特别提供了针对不同固化剂和促进剂体系的精确配方设计案例，以优化其介电常数和热膨胀系数（CTE）。 3. 生物基与可回收高分子前沿： 探讨聚乳酸（PLA）及其改性技术，以及如何通过化学回收实现聚合物的循环利用，关注材料的生命周期评估（LCA）标准。 --- 第二部分：纤维增强复合材料的理论与设计 本部分是全书的理论核心，重点在于理解纤维与基体之间的协同作用，这是实现轻量化与高强度的关键所在。本书完全避开了传统的金属材料力学分析，转而聚焦于复合材料的本构关系。 重点内容包括： 1. 经典的复合材料力学模型： 详细推导并应用混合律、逆混合律、Chamis模型等，用于预测层合板的宏观刚度和强度。重点讲解了经典层合板理论（CLT） 的矩阵运算，用于分析铺层角度对结构刚度矩阵的影响，这是设计航空航天结构的基础。 2. 增强纤维的选型与表面处理： 深入比较了碳纤维（T300, T700, T1000级）、芳纶纤维（Kevlar）和玻璃纤维（E-glass, S-glass）的力学特性和失效模式。详述了偶联剂处理技术在提高纤维与树脂界面粘结强度中的作用机理。 3. 多尺度失效分析： 分析复合材料在载荷作用下的典型失效模式，如基体开裂、纤维/基体脱粘、分层（Delamination）的微观机制，并引入断裂韧性增强技术（如纳米填料、韧性树脂改性）。 --- 第三部分：先进制造工艺与数字化控制 本部分着眼于如何将高性能材料高效、精确地转化为最终产品，强调先进的成型技术和过程质量控制。 重点内容包括： 1. 复合材料铺放技术（Automated Fiber Placement, AFP & Automated Tape Laying, ATL）： 详细阐述了铺放机的运动学控制、加热与压实过程对铺层质量的影响。重点讲解了如何规划铺放路径以最小化褶皱和气泡缺陷。 2. 树脂传递模塑（RTM）与真空辅助灌注（VARTM）工艺优化： 分析流动前沿模拟（Flow Front Simulation），探讨模具设计中的进胶口/排气口布局对孔隙率（Porosity）的控制。提供了优化注入压力和温度曲线的实践指导。 3. 增材制造（Additive Manufacturing）中的高分子应用： 聚焦于选择性激光烧结（SLS）中高分子粉末的熔融与粘结机理，以及光固化成型（SLA/DLP）中高粘度树脂的逐层固化控制，特别关注打印件的各向异性问题。 --- 第四部分：功能化材料与智能响应系统 材料的价值不再仅限于结构支撑，本部分探讨了如何赋予材料新的功能性。 重点内容包括： 1. 导电与屏蔽材料设计： 研究如何通过添加高导电填料（如石墨烯、碳纳米管、银粉）来制备具有电磁屏蔽（EMI Shielding）特性的高分子复合材料。内容涉及渗流阈值（Percolation Threshold）的计算与实验验证。 2. 热管理材料： 探讨高热导率复合材料的制备，如使用氮化硼（h-BN）或碳化硅（SiC）填料，以满足电子设备散热需求，精确测量并提升材料的热导率（Thermal Conductivity）。 3. 形状记忆聚合物（SMPs）与自修复材料： 介绍驱动形状记忆效应的聚合物网络设计，以及微胶囊技术在实现材料“自修复”功能中的应用机制。 --- 第五部分：先进表征技术与质量保证 高质量的制造依赖于精确的表征手段。本部分详细介绍用于评估新材料和新工艺质量的专业工具。 重点内容包括： 1. 无损检测（NDT）技术在复合材料中的应用： 聚焦于超声波C扫描（Ultrasonic C-Scan）技术，用于识别分层、孔隙和纤维偏移缺陷的位置和严重程度。讲解了相控阵超声（PAUT）在复杂几何体检测中的优势。 2. 热分析与动态力学分析（DMA）： 阐述如何通过差示扫描量热法（DSC）精确确定Tg和固化度，并通过DMA分析材料的粘弹性行为（储能模量、损耗模量随温度的变化）。 3. 界面分析技术： 介绍扫描电子显微镜（SEM）结合能谱分析（EDS）对界面形貌和元素分布的微观分析，用于评估纤维表面改性效果。 --- 第六部分：面向特定工业领域的应用案例分析 本部分通过多个高精尖行业的实际案例，展示了材料科学的应用广度与深度。 重点内容包括： 1. 航空航天结构件的疲劳寿命预测： 以碳纤维增强环氧树脂（CFRP）机翼蒙皮为例，应用Paris公式和Weibull统计对复合材料的疲劳损伤累积过程进行建模。 2. 汽车轻量化中的结构粘接技术： 探讨高性能结构胶（如双组份聚氨酯胶、改性环氧胶）在替代传统铆接和焊接中的应用，侧重于不同材料异种连接的界面设计。 3. 精密仪器中的低CTE材料选型： 分析如何通过设计纤维取向和选择低膨胀基体，制造出在温度波动下尺寸稳定性极高的仪器底座和光学平台。 本书的特点： 本书内容高度聚焦于新材料的设计、制造工艺优化和先进的性能表征，对传统机械加工、冲压、铸造等内容不做涉及。它提供的是一套面向21世纪先进制造体系的材料解决方案。全书数据详实，图表丰富，理论推导严谨，是材料领域研发人员案头不可或缺的参考手册。

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