Engineering Design with Polymers and Composites

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出版者:CRC Pr I Llc
作者:Gerdeen, james C./ Lord, Harold W./ Rorrer, Ronald A. L.
出品人:
页数:368
译者:
出版时间:2005-11
价格:$ 131.02
装帧:HRD
isbn号码:9780824723798
丛书系列:
图书标签:
  • 聚合物
  • 复合材料
  • 工程设计
  • 材料科学
  • 机械工程
  • 产品设计
  • 材料选择
  • 结构分析
  • 制造工程
  • 塑料工程
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具体描述

There are many books available on polymer chemistry, properties, and processing, but they do not focus on the practicalities of selecting and using them correctly in the design of structures. Engineering students require an understanding of polymers and composites as well as viscoelasticity, adhesion, damping applications, and tribology in order to successfully integrate these materials into their designs. Based on more than twenty years of classroom experience, "Engineering Design with Polymers and Composites" is the first textbook to unite these topics in a single source. The authors take a bottom-up functional approach rather than a top-down analytical approach to design. This unique perspective enables students to select the proper materials for the application rather than force the design to suit the materials.The text begins with an introduction to polymers and composites, including historical background. Detailed coverage of mechanical properties, viscoelastic behavior of polymers, composite materials, creep and fatigue failure, impact, and related properties follows. Discussion then turns to selection of materials, design applications of polymers, polymer processing, adhesion, tribology, and damping and isolation. Abundant examples, homework problems, tables, and illustrations reinforce the concepts. Accompanied by a CD-ROM containing materials databases, examples in Excel[registered], and a laminate analysis program, "Engineering Design with Polymers and Composites" builds a strong background in the underlying concepts necessary for engineering students to successfully incorporate polymers and composites into their designs.

好的,以下是一本名为《高级热塑性复合材料的界面与微观结构控制》的图书简介,该书内容与您提到的《Engineering Design with Polymers and Composites》不重叠,侧重于更深入的材料科学和界面工程。 --- 图书简介:《高级热塑性复合材料的界面与微观结构控制》 深度聚焦:从分子到宏观性能的跨尺度调控 在当代先进材料科学领域,热塑性复合材料(TPCs)因其优异的抗冲击性、可回收性和快速成型能力,正在迅速取代传统热固性体系,成为航空航天、汽车轻量化以及高端电子封装领域的首选结构材料。然而,要充分释放这些高性能复合材料的潜力,其核心挑战在于纤维与基体之间的界面质量以及微观结构(如纤维取向、孔隙率和晶体形态)的精确控制。 《高级热塑性复合材料的界面与微观结构控制》并非一本侧重于传统设计规范或基础力学性能的入门级教材。相反,本书深入钻研了热塑性复合材料系统中最复杂、但也最具决定性的两个方面:界面化学与物理的精确调控,以及制造过程中动态微观结构的形成机制。本书旨在为材料科学家、研发工程师以及高阶研究生提供一个全面的、跨尺度的理论框架和实验指导,以实现对材料最终性能的近乎原子级别的定制。 本书的深度和广度体现在其对传统复合材料设计范式的超越上。它不再满足于“添加偶联剂”的经验主义方法,而是探究了界面作用力的本质,并结合先进的计算模拟方法来预测和优化界面结构。同时,它将制造过程(如树脂传递模塑、拉挤成型或熔融浸渍)视为一种动态的材料微观结构“铸造”过程,详细解析了温度、压力、剪切速率如何影响纤维束的润湿、界面键合的形成以及最终复合材料内部的孔隙分布和晶格排列。 核心章节与专题深度解析 全书共分为七个主要部分,每一部分都建立在前一部分的科学基础上,层层深入。 第一部分:热塑性基体的分子动力学与界面基础 本部分从基础热力学和聚合物物理学出发,重新审视了高性能热塑性树脂(如PEEK, PEKK, PPSU)的玻璃化转变、熔融行为及结晶动力学。重点章节详细阐述了聚合物链段在固/液界面上的吸附、扩散与再取向行为。本书通过最新的表面分析技术(如XPS、AFM和高分辨TEM)数据,建立了一个界面粘结强度的理论模型,该模型考虑了基体结晶度对界面传荷效率的直接影响,而非仅仅关注偶联剂的化学反应。 第二部分:先进纤维的表面工程与表面能匹配 不同于讨论碳纤维或玻璃纤维的一般特性,本部分专注于非标准或下一代增强纤维(如超高分子量聚乙烯纤维、改性玄武岩纤维)的表面化学改性。我们探讨了等离子体处理、化学气相沉积(CVD)以及特定功能化单体接枝技术如何精确调整纤维表面的表面自由能和表面粗糙度,以达到与特定热塑性基体在操作温度范围内的最佳润湿和浸渍效果。内容包括通过密度泛函理论(DFT)计算预测特定官能团与聚合物链的相互作用能。 第三部分:界面孔隙的形成与抑制机制 孔隙是热塑性复合材料性能的头号杀手。本书将传统的脱气模型提升至一个基于流变学和传质动力学的跨尺度模型。详细分析了高粘度熔体在浸渍或模压过程中,剪切诱导的流体动力学脱气效率,以及由于纤维束间毛细作用力导致的局部“死区”气泡捕获机制。提供了利用超声波辅助、真空脉冲技术来主动控制界面微孔结构的工程指导。 第四部分:制造过程中的微观结构动态演化 这是本书最具有工程实践价值的部分。我们不再孤立地看待成型过程,而是将其视为一个“相场”演化过程。重点探讨了连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPs)在拉挤、熔融浸渍和热压罐成型过程中的纤维束内聚束与排布的动态行为。通过原位监测技术(如X射线层析成像),本书揭示了纤维束在受热熔融和冷却固化过程中的收缩应力和界面应力集中点的产生路径。内容涵盖了如何通过优化冷却速率曲线来引导界面晶体生长方向,从而增强界面韧性。 第五部分:多尺度建模与界面损伤力学 超越简单的层合板理论,本部分引入了代表性体积单元(RVE)方法,并将其与分子动力学(MD)模拟相结合,建立起从分子间作用力到宏观疲劳寿命预测的链条。详细分析了界面脱粘(Debonding)的萌生和扩展的能垒,重点研究了在冲击载荷下,界面区域的粘弹性耗能机制,并为设计具有“自修复”潜力的界面层提供了新的思路。 第六部分:功能化界面的设计与响应性材料 本书的目光投向未来,探讨了如何利用界面设计实现复合材料的功能化。例如,在界面层嵌入导电填料或相变材料(PCM),以实现电磁屏蔽(EMI Shielding)或热量管理。内容涉及如何设计一个具有梯度导电性的界面区域,以实现在保持结构完整性的同时,优化电学性能。 第七部分:新兴制造技术与界面表征 最后一部分聚焦于前沿的制造技术,如增材制造(3D打印)中的连续纤维热塑性复合材料,以及超临界流体辅助浸渍技术。同时,本书对先进的界面表征技术进行了批判性回顾,强调了如何利用二维核磁共振(2D NMR)和高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)来直接成像和量化界面化学态和缺陷分布。 读者对象 本书是为寻求突破性性能提升的研究人员和高级工程师量身定制的。它要求读者具备扎实的聚合物科学、材料力学基础,并对先进的计算模拟和表征技术有一定了解。对于致力于开发下一代高可靠性、高耐久性热塑性复合材料系统的专业人士而言,本书将是一部不可或缺的案头参考和研究指南。它提供的不是现成的设计手册,而是一种深度理解和主动控制材料核心机制的科学方法论。 ---

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