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內容簡介: |
该教材从聚合物合金化基本原理出发,拓展到填充改性及纤维增强复合材料及聚合物基纳米复合材料各种改性方法的应用实例、制备方法及*研究进展,既阐述了各种复合材料的制备及相关原理,又列举了大量的实例,编写内容层次分明、条理清楚。在每章末尾作一小结,并添加启发性思考题,有利于激发学生的学习兴趣和创新思维能力的培养。 本教材适合材料科学与工程专业(尤其高分子材料及复合材料方向)的本科生、专科生及硕士生选用,也可供从事相关领域的技术工作的工程技术人员阅读参考。
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關於作者: |
顾书英,同济大学,教授,顾书英, 女,工学博士,教授,硕士生、博士生导师。从事高分子材料、纳米复合材料等方面的教学和科研工作。2004年被评为同济大学优秀青年教师,2007年主讲的本科课程《材料研究方法》荣获国家精品课程,2008年获韩国龙土木建筑奖励金一等奖,2002年获上海市科技进步三等奖,2005年获上海市科技进步二等奖。2007年编著国家“十一”五规划教材《聚合物基复合材料》。 主要研究领域:有机-无机纳米复合材料、生物可降解高分子材料、生物医用高分子材料、静电纺丝、流变行为。作为项目负责人或主要研究人员完成了上海市科学技术委员会的科技攻关项目、 863计划、上海市纳米科技专项、上海市重点科技攻关项目、上海市科技发展基金重大基础研究项目等。近年来,在相关领域发表学术论文60余篇,其中SCI 收录30余篇。
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目錄:
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0绪论1 01高分子材料改性的主要方法1 011共混改性1 012填充改性2 013纤维增强2 014化学改性2 015表面改性2 02高分子材料改性的发展3 第1篇聚合物合金 第1章聚合物合金的基本原理5 11基本概念5 111聚合物合金的概念5 112聚合物合金化技术的特点5 113聚合物合金的制备方法6 12聚合物合金的分类7 121按热力学相容性分类7 122按聚合物合金的组成分类8 123按组分间有无化学键分类9 13聚合物间的相容性10 131基本概念10 132相容性的热力学基础11 133共混体系的相图13 134相分离的临界条件14 135两种相分离机理16 14相容性的预测及测定方法17 141相容性的预测17 142相容性的测定方法20 143聚合物共混体系的多尺度模拟23 15改善相容性的方法26 151相容聚合物的结构特征26 152改变链结构改善相容性27 153增容剂的应用28 本章小结31 思考题32 第2章聚合物合金的相态结构33 21相态结构的类型33 211海岛结构33 212两相连续结构35 213两相交错层状结构36 214含有结晶组分的相态结构36 22影响相态结构的因素37 221影响相连续性的因素37 222影响微区形态、尺寸的因素38 223含有结晶聚合物共混体系相态结构的影响因素39 23嵌段共聚物的微相分离结构40 231嵌段共聚物微区的结构形态40 232影响微相分离结构的因素42 24界面层的结构和特性44 241相界面的形态45 242相界面的效应46 243界面自由能与共混过程的动态平衡46 25形态结构的研究方法47 251光学显微镜法47 252电子显微镜法48 253原子力显微镜法49 本章小结50 思考题50 第3章聚合物合金的增韧机理52 31橡胶增韧塑料的增韧机理52 311橡胶增韧塑料体系的形变特点52 312橡胶增韧塑料体系的增韧机理56 313影响橡胶增韧塑料增韧效果的因素58 32刚性有机粒子ROF对工程塑料的增韧原理59 321刚性有机粒子增韧的冷拉机理59 322影响刚性有机粒子增韧效果的因素61 323两类不同分散相粒子对塑料增韧作用的比较61 本章小结62 思考题62 第4章聚合物合金的性能64 41聚合物合金的力学性能64 411聚合物合金玻璃化转变64 412聚合物合金的冲击强度67 413聚合物合金的其他力学性能68 42聚合物合金的流变特性68 421影响熔体黏度的因素68 422熔体的弹性效应70 43聚合物合金的其他性能72 431聚合物合金的透气性72 432聚合物合金的透光性72 433聚合物合金的电性能73 434聚合物合金的阻隔性73 本章小结74 思考题75 第5章聚合物合金的共混工艺与共混设备76 51分散相的“分散”过程与“凝聚”过程76 52控制分散相粒径的方法77 521共混时间的影响77 522共混组分熔体黏度的影响78 523界面张力与相容剂的影响78 53两阶共混分散历程79 54共混设备简介79 55共混工艺因素对共混物性能的影响80 本章小结81 思考题81 第6章聚合物合金各论82 61通用塑料合金82 611聚苯乙烯塑料的共混改性82 612聚氯乙烯(PVC)的共混改性88 613聚烯烃的共混改性91 62工程塑料的共混改性95 621概述95 622PA的共混改性96 623聚甲醛的共混改性101 624PET、PBT的共混改性102 625PC的共混改性105 626PPO的共混改性107 627特种工程塑料合金109 63热固性塑料的共混改性111 631环氧树脂的增韧111 632其他热固性树脂的共混改性119 64热塑性弹性体121 641概述121 642共聚型热塑性弹性体123 643共混型热塑性弹性体130 本章小结138 思考题140 第7章聚合物合金的进展141 71合金化的制造技术141 711反应加工技术141 712IPN技术142 713反应器合金147 714增容剂技术149 72功能性聚合物合金149 721生物降解性聚合物合金149 722永久防静电性聚合物合金152 723高吸水性聚合物合金152 724形状记忆聚合物合金152 73液晶聚合物的合金化154 731LCP合金的类型154 732LCP合金的相容性155 74具有自组装相形态的聚合物合金156 741具有自组装核壳结构相形态的三元不相容聚合物合金156 742固体纳米粒子填充的二元不相容聚合物合金体系157 本章小结159 思考题160 参考文献160 第2篇填充改性及纤维增强聚合物基复合材料 第8章复合材料概述167 81复合材料发展史167 82复合材料的种类168 821聚合物基复合材料168 822碳基复合材料175 823混杂纤维复合材料179 824功能复合材料185 825生物体复合材料195 826智能复合材料196 本章小结197 思考题198 第9章填充改性聚合物基复合材料及其制备方法199 91填充剂的种类及基本特征199 911填充剂的种类199 912填充剂的基本特性201 92填充改性复合材料的制备方法202 921热塑性塑料的填充改性202 922填充改性效果应与其他工艺技术环节相结合203 923塑料挤出成型加工设备203 本章小结204 思考题204 第10章纤维增强聚合物基复合材料及其制备方法205 101增强纤维的种类及基本特性205 102纤维增强聚合物基复合材料的制备方法208 1021聚合物基复合材料的工艺特点208 1022聚合物基复合材料的制造方法208 本章小结215 思考题216 第11章复合材料的界面217 111概述217 112聚合物复合材料界面的形成及作用机理218 1121界面层的形成219 1122界面层的作用机理221 113填充、增强材料的表面处理223 1131粉状填料的表面处理223 1132玻璃纤维的表面处理225 1133碳纤维的表面处理227 1134Kevlar纤维的表面处理230 1135超高分子量聚乙烯纤维的表面处理231 1136天然纤维的表面处理231 114复合材料界面分析技术232 1141红外光谱法232 1142电子显微镜法233 1143X射线光电子能谱234 1144反气相色谱法235 1145原子力显微镜237 1146界面细观力学实验及理论分析238 本章小结239 思考题240 第12章聚合物基复合材料241 121聚合物基复合材料的基本性能241 1211力学性能243 1212疲劳性能244 1213冲击性能244 1214蠕变性能244 1215低温冲击性能245 1216物理性能246 122聚合物基复合材料结构设计247 1221概述247 1222材料设计249 1223结构设计255 123聚合物基复合材料的应用259 1231玻璃纤维增强热固性塑料GFRP的应用260 1232玻璃纤维增强热塑性塑料FRTP)的应用262 1233高强度、高模量纤维增强塑料的应用263 1234天然纤维增强可降解塑料的应用264 1235其他纤维增强塑料265 本章小结265 思考题266 参考文献266 第3篇聚合物基纳米复合材料 第13章纳米复合材料概述269 131纳米与纳米科技269 132纳米复合材料的定义269 133聚合物基纳米复合体系271 134纳米颗粒的制备方法272 1341溶胶凝胶法(solgel)272 1342复合醇盐法272 1343微乳液法273 1344沉积法与等离子体法273 1345分子及离子插层方法273 135聚合物基纳米复合材料的制备方法274 1351溶胶凝胶法274 1352层间插入法275 1353共混法276 1354原位聚合法276 1355分子的自组装及组装277 1356辐射合成法277 136聚合物基纳米复合材料的特性278 本章小结278 思考题278 第14章聚合物层状硅酸盐纳米复合材料279 141层状硅酸盐黏土材料279 1411蒙脱土的矿石性质279 1412蒙脱土层状硅酸盐资源及其分布280 1413有机黏土的制备281 142聚合物层状硅酸盐纳米复合材料283 1421聚合物层状硅酸盐纳米复合材料的研究现状283 1422聚合物层状硅酸盐纳米复合材料的性能特点及应用前景283 1423聚合物层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法284 143插层过程的理论分析285 1431插层过程的热力学分析285 1432插层过程的平均场理论289 1433插层过程的动力学分析290 1434聚合物层状硅酸盐纳米复合材料的结构和分类291 144聚合物层状硅酸盐纳米复合材料的结构研究方法292 1441透射电镜观察(TEM)292 1442广角X射线衍射(WAXD)293 1443小角X射线散射(SAXS)295 本章小结296 思考题297 第15章聚合物层状硅酸盐纳米复合材料各论298 151聚酰胺层状硅酸盐纳米复合材料298 1511原位聚合制备PA层状硅酸盐纳米复合材料298 1512熔融插层制备PA层状硅酸盐纳米复合材料301 1513PA层状硅酸盐纳米复合材料的性能302 1514PA层状硅酸盐纳米复合材料的应用308 1515商品尼龙黏土纳米复合材料的性能308 152PET层状硅酸盐纳米复合材料310 1521原位聚合制备PET层状硅酸盐纳米复合材料311 1522熔体插层制备PET黏土纳米复合材料313 1523利用聚酯低聚物插层制备PET层状硅酸盐纳米复合材料314 1524PET层状硅酸盐纳米复合材料的性能315 1525PET层状硅酸盐纳米复合材料的应用319 153PP层状硅酸盐纳米复合材料319 1531插层聚合法制备PP层状硅酸盐纳米复合材料320 1532熔融插层制备PP层状硅酸盐纳米复合材料321 1533溶液插层制备PP层状硅酸盐纳米复合材料323 1534PP层状硅酸盐纳米复合材料的性能324 1535PP层状硅酸盐纳米复合材料的应用329 154生物降解高分子层状硅酸盐纳米复合材料330 1541生物可降解聚合物纳米复合材料的制备方法331 1542生物可降解聚合物纳米复合材料的性能334 155UHMWPE层状硅酸盐纳米复合材料339 1551UHMWPE高岭土纳米复合材料的制备339 1552UHMWPE高岭土纳米复合材料的流变行为340 1553UHMWPE高岭土纳米复合材料的摩擦磨损性能342 156热固性树脂层状硅酸盐纳米复合材料343 1561环氧树脂层状硅酸盐纳米复合材料的结构种类和制备方法343 1562影响黏土在环氧体系中插层解离的因素343 1563插层解离的固化热力学和动力学346 1564环氧树脂层状硅酸盐纳米复合材料的性能346 1565其他热固性树脂层状硅酸盐纳米复合材料347 157橡胶层状硅酸盐纳米复合材料348 158具有特殊性能的聚合物层状硅酸盐纳米复合材料349 1581具有剪切诱导有序结构的PS蒙脱土纳米复合材料349 1582低分子液晶蒙脱土纳米复合材料的电控记忆效应349 1583聚苯胺蒙脱土纳米复合材料的导电各向异性350 本章小结351 思考题352 第16章聚合物碳纳米管复合材料353 161碳纳米管的制备、特性及表面处理353 1611碳纳米管的制备354 1612碳纳米管的结构和性能356 1613碳纳米管的表面处理358 162碳纳米管在聚合物基体中的分散以及制备359 1621碳纳米管在聚合物基体中的分散359 1622碳纳米管聚合物复合材料的制备方法360 163聚合物碳纳米管复合材料各论360 1631尼龙碳纳米管复合材料360 1632PC碳纳米管复合材料361 1633PS碳纳米管复合材料362 1634环氧树脂碳纳米管复合材料363 1635橡胶碳纳米管复合材料363 1636PLA碳纳米管复合材料365 1637CNTs两亲性聚合物复合材料366 164碳纳米管与聚合物相互作用机理367 本章小结368 思考题369 第17章聚合物石墨烯纳米复合材料370 171石墨烯的结构与特点370 1711石墨烯的结构370 1712石墨烯的特点370 172石墨烯的制备及表面处理371 1721石墨烯的制备方法371 1722石墨烯的表面处理373 173聚合物石墨烯复合材料的制备方法374 174聚合物石墨烯复合材料的性能376 1741力学性能376 1742导电性能376 1743热学性能378 1744气体阻隔性能378 175聚合物石墨烯纳米复合材料的应用379 1751太阳能电池379 1752传感器379 1753超级电容器380 1754生物材料380 1755电子存储器381 1756其他应用381 本章小结381 思考题382 第18章功能纳米粒子填充的聚合物基纳米复合材料383 181用于发光二极管的聚合物基纳米复合材料383 1811共轭聚合物发光材料383 1812用于复合材料的纳米粒子385 1813发光聚合物基纳米复合材料386 1814量子点与聚合物复合的意义388 1815LED封装材料388 182磁性聚合物基纳米复合材料389 1821磁性纳米粒子的基本特性389 1822磁性纳米粒子的制备方法390 1823磁性纳米粒子表面修饰392 1824磁性聚合物基纳米复合材料394 1825磁性纳米聚合物基复合材料的实际应用396 183其他聚合物基纳米复合材料398 1831聚合物石墨纳米复合材料398 1832聚合物碳酸钙纳米复合材料401 本章小结405 思考题406 参考文献406
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內容試閱:
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在人类的历史长河中,材料以及相关的新技术正创造着人类新的生活。材料是人类生存和发展的物质基础,如果用材料对人类社会发展的推动作用来描述人类的历史,那么,自古至今,人类已经经历了旧石器时代、新石器时代、青铜时代、铁器时代、钢铁时代、高分子材料时代等,现代人类更是进入了一个以高性能材料为代表的多种材料并存的时代。可以说,材料的使用不仅使生产力获得极大的解放,从而推动了人类社会的进步,而且在人类文明进程中具有里程碑的意义。 在现代社会,材料已经从单一功能向多种功能发展,而且,它使得人类超越自然界,实现了根据材料来设计产品,根据产品的需要,通过新的组成、结构和工艺设计来实现其所需功能的概念。也就是说,它的功能需求正在向着迎合人类在各个领域的需要而发展。 20世纪60年代以来,随着材料工程技术的迅猛发展,材料已经不仅在种类上得到拓展,而且在包括光、声、电、磁、力、超导、高塑以及超强、超硬、耐高温等机能与性能上获得极大的扩展与深度挖掘。材料正向着功能化、复合化、智能化和生态化方向发展,从而极大地影响着人类的现代生活、社会结构与文化价值。 自德国化学家Staudiger于20世纪30年代提出大分子这个概念以来,聚合物材料有了飞跃的发展。其间,Ziegler和Natta的定向聚合理论的诞生促进了聚乙烯、聚丙烯的大量工业化生产;Carothers的缩合聚合理论提出,使以尼龙为代表的逐步聚合高分子材料纷纷面世;高分子材料已经渗透到国民经济和生活的各个领域。因其优越的综合性能,相对较为简便的成型工艺,以及极为广泛的应用领域,而获得了迅猛的发展。 与其他材料一样,高分子材料也有其诸多需要克服的缺点。以塑料为例,有些品种的塑料性脆而不耐冲击,有些耐热性差而不能在高温下使用。还有一些新开发的耐高温聚合物,又因为加工流动性差而难以成型。再以橡胶为例,提高强度、改善耐老化性能、改善耐油性等都是人们关注的问题,而且,传统橡胶的硫化工艺也已制约了其发展。诸如此类的问题,都要求对聚合物进行改性。聚合物基复合材料就是聚合物改性的重要手段之一。 根据教育部拓宽专业知识面的指导思想,本教材从聚合物合金化原理及应用、填充改性及纤维增强聚合物基复合材料及聚合物基纳米复合材料三个方面,综合了聚合物基复合材料的理论基础、性能及应用领域,知识覆盖面广,既阐述了各种复合材料的制备及相关原理,又列举了大量的实例。 本书共分四大部分:绪论部分(简单介绍聚合物基复合材料的改性方法及发展情况)、聚合物合金(第1篇)、填充改性及纤维增强聚合物基复合材料(第2篇)、聚合物基纳米复合材料(第3篇)。教材每章开头以简短的本章提要开始,引出该章将要讲述的问题,每章末尾作一小结,提炼该章所讲的主要内容和结论,并添加启发性思考题,有利于激发学生的学习兴趣和创新思维能力的培养。本教材适合材料科学与工程专业(尤其高分子材料及复合材料方向)的本科生、专科生及硕士生选用,也可供从事相关领域的技术工作的工程技术人员阅读参考。 本书是2007年出版的《聚合物基复合材料》的第二版,前言、绪论以及第3篇由任杰编写,第1篇、第2篇由顾书英编写。陈勰、刘玲玲、蔡沈阳、高偰峰、黄道翔等参与了部分章节的编写工作。 由于编者水平所限,书中疏漏和不妥在所难免,望读者批评指正。 编者2013年3月
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