Essentials of Polymer Science and Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:DEStech Publications, Inc

作者:Paul C. Painter

出品人:

页数:542

译者:

出版时间:2008-06-01

价格:USD 189.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9781932078756

丛书系列:

图书标签:

• science
• Polymer
• 聚合物科学
• 聚合物工程
• 材料科学
• 高分子化学
• 高分子物理
• 塑料
• 橡胶
• 聚合物加工
• 聚合物表征
• 工程材料

聚合物科学与工程核心概念解析：材料的微观结构、宏观性能与应用前沿 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的聚合物科学与工程知识体系，重点关注从基础化学原理到先进材料设计的转化路径。我们将聚焦于高分子材料的分子设计、结构-性能关系的确立、加工成型工艺的优化以及在现代工程领域中的创新应用。本书内容涵盖了聚合物的合成方法学、物理化学特性、力学行为分析、流变学原理及其在先进复合材料与功能高分子体系中的前沿研究。 --- 第一部分：聚合物的分子基础与合成化学 (Molecular Foundations and Synthesis Chemistry) 本部分致力于构建读者对高分子本质的深刻理解，从单体的分子特性入手，逐步深入到聚合反应的动力学与热力学控制。 第一章：高分子结构与分类学 我们将详细探讨聚合物的结构层次，包括主链构型（如头对头、头对尾连接）、立体规整性（等规、间规、无规）对材料性能的决定性影响。内容覆盖链结构、拓扑结构（线型、支化、交联、星形、梳形）的化学定义与表征方法。重点阐述聚合物的物理分类，如弹性体、塑料和纤维的分子结构特征。 第二章：聚合反应机理与动力学 深入分析两种主要的聚合反应模式：逐步增长聚合（缩聚、加聚）和链式增长聚合（自由基、离子型、配位聚合）。对链式聚合的引发、增长、终止和链转移过程进行详尽的动力学建模，并讨论温度、浓度、催化剂种类对分子量分布（如多分散指数 PDI）的精确控制。特别关注活性/可控自由基聚合技术（如ATRP, RAFT）在设计精确分子结构中的应用。 第三章：高分子合成的新兴方法与催化剂设计 本章将超越传统的聚合方法，探讨绿色化学导向的合成策略。内容包括：高效的茂金属催化剂体系在烯烃聚合中的应用及其对聚烯烃微观结构的影响；开环易位聚合（ROMP）在合成具有特定拓扑结构聚合物中的优势；以及生物基单体的聚合与生物可降解聚合物的合成路径。强调催化剂结构与性能之间的构效关系。 --- 第二部分：聚合物的物理化学特性与结构表征 (Physicochemical Properties and Characterization) 理解聚合物的宏观性能必须建立在对其微观结构和分子间相互作用的精确量化分析之上。 第四章：高分子链的统计力学与热力学 本章从统计力学角度审视聚合物链的构象自由度、统计链长和特征维度（如均方末端距 $R^2$）。深入探讨聚合物溶液的热力学，包括Flory-Huggins理论，对溶解性参数（Hildebrand, Hansen）的计算及其在预测相容性与共混行为中的应用。 第五章：聚合物的相变行为与热分析技术 聚焦于聚合物的两个关键热转变点：玻璃化转变温度 ($T_g$) 和熔点 ($T_m$)。详细阐述 $T_g$ 的分子运动机制，并应用如 Fox-Flory 方程等模型分析共聚物和增塑对 $T_g$ 的影响。全面介绍差示扫描量热法 (DSC)、热重分析 (TGA) 在确定热稳定性、结晶度及比热容等参数中的应用规范。 第六章：分子结构与性能的精确表征技术 本部分是理解材料“身份”的关键。重点介绍凝胶渗透色谱 (GPC/SEC) 用于分子量测定和分布分析；核磁共振波谱 (NMR) 在确定化学结构、序列分布及立体规整性方面的应用；以及动态热机械分析 (DMA) 用于揭示材料在不同频率和温度下的粘弹性响应。 --- 第三部分：聚合物的力学行为、流变学与加工工程 (Mechanical Behavior, Rheology, and Processing) 本部分将理论知识转化为工程实践，关注聚合物在受力与流动状态下的响应机制及其工业化生产的原理。 第七章：聚合物的粘弹性与力学性能分析 详细解析聚合物的粘弹性本质，区别于理想弹体和牛顿流体。引入时间-温度等效原理 (TTSP) 和 WLF 方程，用于预测材料在不同时间尺度下的力学响应。深入分析拉伸、压缩、弯曲测试中获得的应力-应变曲线，重点探讨屈服、硬化和断裂机制，包括韧性与脆性断裂的分子尺度起源。 第八章：聚合物流变学基础与应用 本章系统阐述聚合物熔体和溶液的流变特性。区分剪切速率、剪切应力与非牛顿行为。详细分析剪切变稀、剪切增稠现象，并阐述宾汉 (Bingham)、幂律 (Power-Law) 等本构模型在描述复杂流体流动中的适用性。讨论表观粘度、储能模量 ($G'$) 和损耗模量 ($G''$) 在预测加工行为中的关键作用。 第九章：聚合物加工与成型工艺的工程原理 探讨工业生产中最常见的几种加工技术的基础物理模型和操作参数控制。内容包括：熔融挤出工艺中的填充流动、模具设计与制品收缩率的预测；注射成型中的充模过程、剪切热累积与应力松弛；以及吹塑和压延成型中的几何形状控制。强调工艺参数对最终产品微观结构（如取向度、残余应力）的影响。 --- 第四部分：功能化聚合物与前沿应用 (Functional Polymers and Emerging Applications) 本部分聚焦于当代材料科学的研究热点，展示如何通过分子工程创造具有特定功能的先进材料。 第十章：高分子复合材料的界面与性能增强 研究纤维增强、颗粒增强等复合体系的增效机理。核心内容包括：纤维/基体界面的化学改性、界面粘结强度的量化评估；以及Halpin-Tsai模型等宏观预测模型的应用。特别分析碳纳米管、石墨烯等二维材料在聚合物基体中的分散性控制及其带来的电学、力学性能的显著提升。 第十一章：导电、压电与智能响应型聚合物 探讨如何通过共轭结构设计或掺杂技术赋予聚合物半导体或导体特性，应用于有机电子学。深入分析聚合物的压电效应、焦电效应的分子机制，以及形状记忆聚合物 (SMP) 和自修复材料中的应力诱导相变原理，展示其在传感器和驱动器领域的潜力。 第十二章：环境友好型与生物医用聚合物 关注聚合物材料在可持续发展和生命科学中的应用。详细介绍可降解聚合物（如PLA, PGA）的降解动力学和环境影响；以及生物相容性、生物活性聚合物在药物缓释系统 (DDS) 和组织工程支架构建中的分子设计原则。讨论表面功能化技术对控制细胞粘附和蛋白吸附的有效性。 --- 总结而言，本书通过严谨的理论推导和贴近工业实践的案例分析，旨在培养读者将高分子科学的基本原理转化为解决实际工程问题的能力，是聚合物科学、材料工程、化学工程等领域研究人员和工程师不可或缺的参考手册。

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我接触这本书的契机是想补强自己在生物医用高分子材料领域的基础理论，特别是对水凝胶的溶胀行为和生物相容性机制的理解。这本书在材料应用层面的描述，可以说做到了从微观结构到宏观性能的完美映射。它用了好几章的篇幅专门讨论了聚合物的结晶行为，不仅仅是阐述了球晶的形成过程，更重要的是，它引入了X射线衍射（XRD）在确定结晶度以及晶型分析中的作用，并用图像分析软件的结果来佐证理论模型。更具启发性的是，它深入探讨了聚合物复合材料的界面问题——这是决定最终材料力学性能的关键瓶颈。作者并没有止步于简单的“粘附力”讨论，而是详细分析了界面层厚度对剪切模量的影响，并引用了经典的Kramer-Eshelby模型来预测纤维增强复合材料的应力传递效率。当我读到关于“自修复聚合物”的部分时，我感到非常兴奋，书中不仅概述了基于动态共价键（如Diels-Alder反应）和超分子相互作用（如氢键、金属配位键）的自修复机制，还展示了如何通过调整聚合物网络密度来平衡材料的修复效率和初始机械强度。这种对前沿应用领域的紧密结合，使得这本书的阅读体验远非枯燥，更像是在参与一场跨学科的深度研讨会。

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这本书在深入探讨高分子结构与性能关系时，展现出了一种令人信服的严谨性，尤其是对于那些需要进行精确性能预测的工程师而言，它无疑是一本宝贵的工具书。我关注到其中关于聚合物老化与降解机理的章节，它对不同降解途径——热氧化降解、光降解和水解——的动力学描述非常细致。它没有简单地将降解视为简单的分子量下降，而是结合了自由基链反应的机理，详细分析了不同环境因素（如氧气浓度、紫外光波长、湿度）如何影响降解的起始速率和最终产物的分布。例如，书中通过对聚丙烯（PP）在高温老化过程中羰基含量的变化曲线分析，量化了不同抗氧化剂的保护效率。更进一步，它将这些微观的化学变化与宏观的机械性能衰减联系起来，通过寿命预测模型（如Arrhenius加速老化模型）来估算材料的有效使用期限。这种从分子化学到工程寿命的无缝衔接，体现了作者深厚的跨学科功底。它提供的不仅仅是知识，更是一套系统性的分析框架，指导我们如何科学地评估和延长高分子材料在实际应用中的服役寿命。

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我发现这本书在探讨前沿功能高分子时，其广度和深度都令人印象深刻，它成功地将理论深度与材料的功能多样性结合了起来。例如，在讨论导电高分子时，它没有停留在对聚苯胺和聚吡咯的基本介绍，而是深入剖析了电荷传输的机制，特别是掺杂过程如何影响聚合物的电导率，并引入了共轭链结构对能带结构的影响分析。此外，书中对智能高分子材料的描述极富远见。它详细阐述了形状记忆聚合物（SMPs）的“固定”和“恢复”机制，强调了动态交联点（如氢键或离子键）在提供临时网络支撑中的核心作用，并提供了如何通过改变交联密度来调节回复温度（Tr）的具体计算方法。对于刺激响应性材料（如pH敏感或温度敏感水凝胶），书中还详细介绍了绒球模型（“Pincushion Model”）对体积相变的解释，并展示了如何利用分子设计来精确控制响应的阈值。这种对材料“智能”行为背后科学原理的彻底剖析，远非市面上许多停留在现象描述的应用指南所能比拟，它真正做到了为读者打开一扇通往高分子前沿科技设计的大门。

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这本《高分子科学与工程要义》的封面设计得非常简洁明快，蓝白相间的色调给人一种专业而沉稳的感觉，一看就知道这是一本硬核的学术专著。我是在准备一次重要的行业技术交流会时购入的，因为我之前在复合材料改性方面有一些积累，但对高分子链的拓扑结构和精确控制合成这块了解得相对比较初阶。翻开目录，首先映入眼帘的是对高分子热力学和动力学原理的深入阐述，这部分内容处理得相当到位，不是那种教科书式的干巴巴罗列公式，而是结合了大量的实际案例，比如聚合物溶液的相分离行为、玻璃化转变温度（Tg）的精确测定方法，甚至提到了新型的动态热机械分析（DMA）技术在研究高分子松弛行为中的应用细节。特别值得称赞的是，作者在阐述自由基聚合机理时，引入了活性自由基浓度与引发剂浓度、单体浓度的复杂非线性关系，并辅以详细的数学推导，让原本抽象的反应速率方程变得立体起来。我对其中关于“受控/活性自由基聚合”（CRP）的章节印象尤为深刻，它详细比较了ATRP、RAFT和NMP这三种主流技术的优劣势、引发剂的选择标准，以及如何通过精确调控链转移剂的浓度来实现对分子量分布（PDI）的窄化控制。这为我后续尝试设计具有特定链长分布的嵌段共聚物提供了清晰的路线图，远超我预期的“要义”范畴，更像是一本中高级工艺工程师的手册。

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从一个刚开始接触聚合物加工领域的新手角度来看，这本书的结构安排极具逻辑性，仿佛是为我量身定制的入门向导，但其深度又足够让资深研究人员也能从中挖掘出新的见解。初期的章节，对高分子合成的几种核心反应类型，如缩聚、加成聚合、开环聚合，都做了非常清晰的分类和机制讲解，配图质量极高，特别是那些分子结构示意图，线条流畅，能够帮助初学者迅速抓住核心的化学反应特征。我尤其欣赏它在处理聚合反应的“放大效应”时所采用的叙事方式。例如，它在讲解高粘度对传热传质的影响时，没有直接给出复杂的流体力学方程，而是通过对比实验室小试和工业化反应釜中，聚合物分子量分布可能出现的偏差，直观地解释了为什么反应温度控制在工业规模上会变得异常困难。此外，这本书在面向“工程”应用时，对流变学（Rheology）的介绍是极其扎实的。它不仅仅停留在牛顿流体和剪切稀化的概念上，而是详细解析了非牛顿流体的本构方程，包括Casson模型和Herschel-Bulkley模型，并清晰地指出了这些模型在不同加工过程（如注塑、挤出、涂布）中的适用边界。这对于我理解如何优化注塑工艺参数以减少制品内应力至关重要。

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