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出版者:中国纺织

作者:张玉龙//齐贵亮

出品人:

页数:280

译者:

出版时间:2008-6

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787506451437

丛书系列:

图书标签:

• 塑料挤出
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《高分子材料科学基础与应用》 一、 书籍概述 本书旨在为高分子材料科学领域的学生、研究人员以及工程师提供一本全面、深入且具有实践指导意义的参考书。全书内容涵盖了从高分子结构到宏观性能、再到先进制造工艺与应用领域的广阔范围，重点聚焦于理论基础的扎实构建与前沿技术的发展脉络。我们力求通过系统化的知识结构、清晰的逻辑阐述和丰富的案例分析，帮助读者建立起对高分子材料体系的整体认知，并掌握解决实际工程问题的核心能力。 本书不同于专注于特定加工技术的书籍，它更侧重于材料本身的内在科学原理及其与外部环境和加工过程之间的复杂相互作用。它不是一本操作手册，而是一本深入剖析高分子世界运行规律的理论基石。 二、 核心内容深度解析 本书内容结构分为五个主要部分，共计二十章，详尽阐述了高分子科学的核心议题： 第一部分：高分子结构与热力学基础（第1-4章） 本部分是理解后续所有高分子现象的基石。 1. 分子结构与拓扑学： 详细探讨了聚合物的化学结构多样性，包括线型、支化、交联、星型、接枝等拓扑结构。深入解析了单体结构、聚合反应类型（如自由基、配位、缩聚、加成聚合）对最终分子量、分子量分布（如使用聚分散性指数PDI衡量）的影响。特别关注了共聚物的序列结构（无规、交替、嵌段）如何决定材料的相容性与性能。 2. 链构型与立体化学： 阐述了顺式/反式异构、外消旋体、非对映异构体（如聚丙烯的间同、全同、无规立构）在影响晶态结构、玻璃化转变温度（Tg）和力学性能中的关键作用。 3. 统计力学与构象分析： 引入高分子链的统计描述方法，如自由体积理论、Flory-Huggins溶液理论。详细分析了高分子链在溶剂中的统计行为、链尺寸（如均方端距$langle r^2 angle$）的计算，以及溶剂质量（好/中/不良）对溶解度和溶胀现象的调控。 4. 热力学性质与相变： 聚焦于高分子的热力学行为。系统阐述了玻璃化转变（Tg）的本质、测定方法（如DSC、DMA），以及Tg对材料柔韧性的影响。详细分析了结晶现象的热力学驱动力、结晶速率、球晶形态（如球晶、针状晶），并区分了半结晶聚合物的熔点（Tm）与其加工窗口的关系。 第二部分：高分子流变学与加工行为（第5-8章） 本部分侧重于高分子在宏观尺度下的流动特性，这是理解任何加工过程的前提。 5. 线性粘弹理论基础： 引入牛顿流体与非牛顿流体的概念。深入分析了剪切速率依赖性、粘度随温度和剪切速率的变化规律。重点讲解了时间-温度等效原理（Williams-Landel-Ferry, WLF方程）在描述高分子粘弹性行为中的应用。 6. 聚合物熔体的流变特性： 探讨了高剪切速率下聚合物熔体的本构方程，如幂律模型。详细分析了剪切变稀、粘性阻尼、剪切返原等现象的微观机理。同时，讨论了挤出过程中剪切速率分布、桶内压降分布的数学模型。 7. 动态粘弹性与模流分析基础： 阐述了储能模量（G'）和损耗模量（G''）的概念，以及它们如何反映材料内部能量耗散和储存的比例。这部分为理解动态负载下的材料响应打下基础。 8. 聚合物溶液与分散体流变学： 讨论了高浓度聚合物溶液的流变特性，包括蝎尾效应（Scorpion Tail Effect）的产生机制，以及如何通过添加填料或纤维形成复合材料的流变学改变。 第三部分：高分子性能与结构关联（第9-13章） 本部分是连接分子结构与宏观可观察性能的桥梁。 9. 机械性能测试与本构关系： 详细介绍拉伸、压缩、弯曲和冲击测试的标准（如ASTM/ISO）。重点解析了工程应力-应变曲线，包括屈服点、韧致断裂、脆性断裂的区分。引入了线弹性、粘弹性本构模型（如Maxwell模型、Voigt模型）。 10. 粘合与界面科学： 探讨了固体表面能的概念及其在粘附力中的作用。分析了湿润性、接触角测量以及表面处理（如等离子、电晕处理）对提高界面结合强度的科学原理。 11. 物理性能： 涵盖了高分子材料的电学性能（介电常数、损耗角、击穿强度）和光学性能（双折射、透光率）。解释了这些性能如何受取向度和晶体结构调控。 12. 耐久性与老化机理： 系统研究高分子材料在环境因素（氧气、臭氧、紫外光、热）作用下的降解过程。详细阐述了自由基链式反应、水解、光氧化机理，以及抗氧化剂、紫外吸收剂等稳定剂的作用机理。 13. 阻隔性能： 专注于气体（如氧气、水蒸气）在聚合物基体中渗透、扩散和溶解的物理过程，并介绍如何通过多层结构或纳米复合材料来提高阻隔性能。 第四部分：先进高分子合成与改性（第14-17章） 本部分转向聚合物的合成方法学及其对性能的定向控制。 14. 可控/活性自由基聚合（CRP/RRP）： 深入讲解ATRP、RAFT、NMP等先进聚合技术，它们如何实现对分子量、低PDI和复杂拓扑结构的精确控制，以及用于合成嵌段共聚物的原理。 15. 聚合物共混物与复合材料： 探讨了聚合物共混物（如相容性/不相容性体系）的相分离热力学。重点分析了无机填料（如纳米粘土、碳纳米管、石墨烯）与聚合物基体的界面相互作用、分散均匀性及其对力学、电学性能的协同增强效应。 16. 聚合反应工程： 分析了不同反应器类型（间歇釜式、连续搅拌釜式、管式反应器）在不同聚合反应中的适用性，并讨论了反应过程中的热量控制与安全问题。 17. 高分子交联网络： 专门讨论了热固性树脂（如环氧树脂、聚氨酯）的固化动力学，包括反应级数、表观活化能的确定，以及交联密度对材料刚度和耐溶胀性的影响。 第五部分：功能化高分子与新兴应用（第18-20章） 本部分展望了高分子科学在解决当代工程挑战中的前沿应用。 18. 智能与响应性高分子： 介绍具有刺激响应性的材料，如形状记忆聚合物、自修复材料（通过动态共价键或超分子结构实现）和温敏、pH敏材料，及其在传感器和药物递送中的潜力。 19. 生物医用高分子： 探讨了可降解聚合物（如PLA, PGA）的体内降解动力学和产物毒性。重点分析了生物相容性、血液相容性以及组织工程支架的孔隙结构设计原则。 20. 可持续性与循环经济： 讨论了生物基聚合物的性能限制与挑战，以及化学回收（解聚）和物理回收（再加工）的技术路线，旨在从科学角度应对塑料污染问题。 三、 本书特色与目标读者 本书的独特之处在于，它保持了对分子层面机理的深刻洞察力，同时强调这些机理如何直接转化为宏观工程性能和加工可行性。全书结构清晰，理论推导严谨，但配有大量的图表和实际工业案例来佐证抽象概念。 本书特别适合以下读者群体： 高分子化学与物理专业的研究生和高年级本科生。 从事新材料研发、配方设计的工程师。 致力于理解聚合物加工过程（如注塑、模压、涂覆）中材料行为的工艺工程师。 希望全面更新知识体系，从基础理论上理解高分子科学前沿进展的专业人士。 本书不提供关于特定机器操作的详细步骤或故障排除指南，其核心价值在于提供一个坚实的、放之四海而皆准的科学框架。

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我必须强调，这本书在数据和标准的引用方面做得极其严谨，体现了作者深厚的行业积累和对规范的尊重。它不像某些资料那样模糊不清，而是直接引用了主要的国际标准和国内行业公认的经验参数范围，这为读者提供了可靠的基准线。在材料选择与配方设计这一块，作者的分析是多维度的，不仅仅考虑了树脂本身的分子量分布，还细致地对比了不同助剂（如增塑剂、稳定剂、阻燃剂）对熔体粘度和脱模性能的微妙影响。特别是对于高附加值产品（如医疗级管材或高精度光学膜）的挤出要求，书中提供的控制容差和质量控制（QC）指标非常细致和具有指导性，让人感觉作者仿佛就是这些高端产品的研发者。这本书不仅是学习工具，更是一套可以信赖的行业标准操作指南。

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老实说，我一开始以为这会是一本比较枯燥的技术手册，但翻开后发现，作者的叙事节奏掌握得相当到位。它不是那种堆砌公式的冷冰冰的文字，而是融入了大量真实的工业案例和“踩坑”经验。比如，在讨论螺杆设计优化时，作者没有直接抛出设计图，而是先描述了某个典型产品在螺杆分段设计不合理时出现的塑化不均和排气不畅的问题，然后才逐步引入了如何通过改变螺槽深度、密封段长度来解决这些实际困难的思路。这种“问题导向—分析—解决”的结构，非常符合我们一线技术人员的思维习惯。书中的图表绘制质量极高，清晰地展示了不同工艺窗口下的相图和控制曲线，这比单纯的文字描述更具直观的说服力。对我而言，它更像是一位经验丰富的老技师在手把手地传授他多年的心血结晶，实用性强到让人忍不住想立刻应用到实际生产中去验证。

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从阅读体验上来说，这本书的文字风格非常流畅，学术性和可读性达到了一个很好的平衡点。作者在解释复杂的流变学概念时，擅长运用生活化的比喻和形象的类比，使得原本晦涩难懂的数学模型变得触手可及。举个例子，他描述熔体层间滑移现象时，所用的类比生动有趣，让人瞬间抓住了问题的核心矛盾。此外，书中对设备维护和故障诊断的篇幅占比也十分合理。这不是一本只关注“如何做对”的书，它花了很多篇幅来讨论“做错时如何快速定位并纠正”。从液压系统的渗漏排查到加热元件的异常响应分析，这些经验性的总结对于刚接手新设备的年轻技术人员来说，是无价的财富，能够大大缩短他们的试错周期。这本书真正做到了将理论的深度与实践的广度完美融合。

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这本书的理论深度和广度都让人眼前一亮，尤其是对材料科学基础的讲解，简直是教科书级别的严谨。它不仅仅是罗列了一堆工艺参数，而是深入剖析了聚合物熔体在模具内流动时所受到的复杂应力状态和热力学变化。我特别欣赏作者在处理非牛顿流体行为时的细腻笔触，通过引入粘弹模型和剪切速率的敏感性，清晰地解释了制品表面缺陷和内部应力的根源。读完相关章节后，我对挤出过程中的“拉伸效应”和“剪切热积累”有了全新的认识，这对于优化生产线速度和提高产品精度至关重要。书中对不同类型挤出机（如单螺杆、双螺杆）的结构差异及其对物料混合和塑化效率的影响进行了详尽的对比分析，这种对比性的论述方式极大地加深了理解，避免了知识点的孤立存在，构建了一个完整的工艺知识体系。总的来说，这是一本能让资深工程师都受益匪浅的专业参考书，它的价值远超一本简单的“问答集”，更像是一部系统性的挤出工艺“圣经”。

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这本书的结构布局非常巧妙，它打破了传统技术书籍的线性叙事，采用了一种模块化的知识组织方式。每一个“问”和“答”都像是一个独立的知识点单元，但通过细致的交叉引用和主题链条，又能形成一个宏大的知识网络。我尤其欣赏它在处理辅助设备集成方面的详尽程度。例如，在讨论牵引和切割工序时，作者没有将它们视为简单的后续步骤，而是深入分析了牵引速度波动对型材尺寸精度的动态影响，并探讨了先进的在线测量反馈系统如何实时补偿这些偏差。这体现了作者对整个生产链条的整体性思考，而不是仅仅局限于挤出机本身。对于那些需要进行产线自动化升级和集成控制的工程师来说，这部分内容简直是及时雨，提供了从概念到实施的完整蓝图。这种全流程覆盖的视角，让读者能够建立起对整个挤出生产系统的高度掌控感。

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