High-performance Structural Fibers for Advanced Polymer Matrix Composites pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Natl Academy Pr

作者:Not Available (NA)

出品人:

页数:70

译者:

出版时间:

价格:18

装帧:Pap

isbn号码:9780309096140

丛书系列:

图书标签:

• Structural Fibers
• Polymer Matrix Composites
• High-Performance Materials
• Composite Materials
• Fiber Reinforcement
• Materials Science
• Engineering Materials
• Advanced Materials
• Textile Fibers
• Composite Structures

复合材料的革命性进展：下一代结构增强材料的深度探索 图书简介 本书系统地梳理了当代复合材料科学与工程领域的前沿动态，聚焦于高性能结构纤维在先进聚合物基体复合材料（PMC）中的应用、设计、制造及性能表征。本书旨在为材料科学家、结构工程师、航空航天及汽车工业研发人员提供一份全面、深入且具有前瞻性的技术参考。 复合材料因其轻质、高强、耐腐蚀和设计自由度高等独特优势，已成为现代工程结构不可或缺的一部分。然而，随着应用环境日益严苛，对组成复合材料的核心——增强纤维——提出了更高的性能要求。本书的核心价值在于，它不仅仅关注现有成熟材料（如标准碳纤维和玻璃纤维），而是深入剖析了为克服传统材料局限性而诞生的新型纤维系统及其与先进树脂基体的协同效应。 第一部分：高性能纤维的材料学基础与制造前沿 本部分首先奠定了理解高性能纤维的理论基础，并介绍了当前工业界和学术界正在探索的突破性制造技术。 1.1 结构纤维的微观结构与力学性能的内在联系 深入探讨了纤维的原子排列、晶体结构（如石墨化程度、取向度）如何直接决定其宏观力学性能，包括杨氏模量、拉伸强度、韧性以及疲劳特性。特别关注了不同晶格缺陷（如位错、堆垛层错）对纤维失效模式的影响机制。 1.2 新一代碳纤维的创新路径 超越传统的PAN基和沥青基碳纤维，本章详细介绍了： 超高模量碳纤维 (UHM)： 探讨了通过优化原丝处理（如稳定化和碳化温度梯度控制）实现更长程有序结构的先进工艺，并评估了这些纤维在需要极高刚度的应用场景中的潜力。 低成本、高性能碳纤维探索： 针对大规模商业化需求，分析了从新型前驱体（如木质素、聚烯烃）制备碳纤维的技术路线、工艺瓶颈及性能验证标准。 多孔与功能化碳纤维： 研究了通过引入纳米孔结构或表面功能基团来调控纤维与基体界面性能的方法，以实现增韧或增强特定功能（如电磁屏蔽）的目标。 1.3 陶瓷基纤维与超高温度纤维 重点介绍了适用于极端环境的无机纤维体系： 新型非氧化物陶瓷纤维： 如SiC、BN纤维的化学气相沉积（CVD）和聚合物转化法（PC）的工艺优化，以及它们在高温结构应用中的优势与挑战。 耐高温/抗氧化纤维： 探讨了氧化物纤维（如Alumina纤维）的纳米结构控制技术，以提高其在空气中长期服役的可靠性。 1.4 纤维的表面改性和界面工程 界面是复合材料性能的决定性因素。本章详细阐述了： 化学处理技术： 探讨了酸氧化、电化学处理等方法对纤维表面官能团的精确控制。 物理涂层技术： 研究了使用原子层沉积（ALD）或等离子体增强技术在纤维表面沉积中间层（如氮化物、硼化物）以优化润湿性和化学键合的策略。 第二部分：先进聚合物基体的协同作用与复合材料的制造优化 本部分将焦点转移到纤维与基体的集成，探讨如何通过先进的树脂体系和制造工艺来充分释放高性能纤维的潜力。 2.1 先进热塑性与热固性树脂基体 高性能纤维需要能与其匹配的高性能基体才能发挥最大效能。本书深入比较了： 高性能热塑性树脂： 如PEEK、PEKK、聚酰亚胺（PI）等在耐冲击、耐化学腐蚀和可回收性方面的优势。重点分析了高粘度热塑性材料的熔融加工窗口和纤维浸润难题的解决方案。 高性能热固性树脂： 如高Tg环氧树脂、氰酸酯树脂在实现高热稳定性和优异机械性能方面的最新进展，特别是引入纳米填料或新型交联剂以提升基体的韧性。 2.2 制造工艺的精确控制与优化 高性能纤维的有效浸润和预浸料的质量直接影响最终部件的性能。 预浸料制造技术： 比较了热熔法、溶剂浸渍法在处理不同粘度纤维束和树脂体系时的优缺点，并探讨了超声辅助浸渍技术对提高纤维体积含量和减少孔隙率的作用。 成型工艺的适应性： 针对纤维的特殊形态（如连续纤维、短切纤维、编织物），系统评估了快速固化树脂体系下的自动化铺层（ATL/AFP）工艺参数控制，以及在注射成型中实现高取向度的纤维排布策略。 增材制造中的纤维集成： 探讨了用于3D打印的高性能纤维增强复合材料（如连续纤维增强热塑性塑料打印技术）面临的纤维连续性保持、热应力控制和界面结合问题。 2.3 缺陷的表征、控制与结构健康监测 (SHM) 即使是最佳的制造工艺也无法完全避免缺陷。 孔隙率与微裂纹分析： 采用X射线层析成像（XRT）、超声波扫描（C-Scan）等无损检测技术，对关键结构区域的孔隙分布和纤维/基体脱粘进行定量分析。 传感纤维的应用： 讨论了将光纤传感器（如基于布拉格光栅的光纤）植入复合材料中，以实时监测固化过程中的应变和温度变化，并预测结构在服役过程中的损伤演化。 第三部分：先进应用与未来挑战 本书的最后一部分展望了高性能纤维复合材料在下一代工程领域的应用前景，并指出了亟待解决的关键科学与工程挑战。 3.1 航空航天与防务应用 分析了超高模量纤维在次级结构和主动控制系统中的应用潜力，特别是在降低结构变形和提高振动阻尼方面的案例研究。讨论了复合材料在超高音速飞行器热防护系统（TPS）中的材料选择和设计准则。 3.2 交通运输与能源领域 探讨了高性能轻质纤维复合材料在电动汽车电池包结构、高压储氢罐（Type IV）制造中的关键技术要求，以及对提高材料疲劳寿命和抗环境侵蚀能力的需求。 3.3 面临的挑战与研究方向 本书最后强调，要实现复合材料的全面普及，仍需在以下方面取得突破： 1. 抗冲击韧性与损伤容限： 如何在保持高模量的同时，显著提高纤维/基体的层间韧性，以应对意外冲击载荷。 2. 循环经济与可回收性： 针对热固性复合材料的回收难题，研究化学解聚技术或设计“可熔断”的界面结构。 3. 性能的尺度效应与标准化： 如何将实验室规模的微米级纤维性能数据，可靠地外推到宏观结构件的长期服役性能预测中，建立更精确的寿命评估模型。 本书内容详实，数据支撑充分，是理解和推动高性能结构纤维复合材料技术进步的必备参考书。

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