高分子復合材料加工工程

內(nèi)容概要

　　《高分子復合材料加工工程》分為理論與加工兩部分共15章，主要對高分子復合材料加工過程的基本原理和加工技術(shù)進行了充分的闡述。既對化學、高分子及材料科學、流變學、動力學、傳遞現(xiàn)象、力學和控制體系等理論知識進行了簡要介紹，也對高分子復合材料的主要加工技術(shù)如熱壓罐成型法、拉擠成型工藝、液相復合模塑、長絲纏繞、無模成型及復合材料的智能加工等進行了詳細介紹。　　二戰(zhàn)以來，高分子材料工業(yè)無論在廣度還是深度方面都得到了長足的進展。19世紀60～70年代新的高聚物不斷被聚合出來，具有獨特性能的高分子材料也不斷被發(fā)現(xiàn)。茂金屬催化劑在工業(yè)上的應(yīng)用更加推動了這種趨勢。而這些新材料是否可以得到廣泛的應(yīng)用，則有賴于新的成型加工技術(shù)的發(fā)展。與傳統(tǒng)的金屬和玻璃制造業(yè)相比，這些技術(shù)方法有很大的不同。但是，與同期高分子工業(yè)的蓬勃發(fā)展相比，“高分子加工工程”的重要性經(jīng)常被忽略?！　「叻肿蛹庸ぃ鐢D出、注塑、熱成型、鑄塑等技術(shù)，賦予部件及產(chǎn)品以特殊的形狀尺寸。此外，還要有效地控制高分子材料一些獨特而復雜的性能。由于高聚物有很高的分子量，大多數(shù)情況下易于結(jié)晶，所以高分子加工技術(shù)往往通過控制取向和結(jié)晶進而來影響產(chǎn)品的最終性能。在一些情況下，高聚物是在加工過程中合成的，比如連續(xù)纖維復合材料的加工，《高分子復合材料加工工程》的主題也正在此。硫化罐成型、擠拉成型和纏繞成型等是以一步或連續(xù)的幾步來同時合成聚合物并形成最終的產(chǎn)品部件的，這就增加了高分子工業(yè)的復雜性。因此，要想成為一個優(yōu)秀的高分子加工工程的研究和技術(shù)人員，就要對其基本原理和技術(shù)問題有相當深入的了解?！　≈T如人造纖維紡絲等一些高分子加工技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)當中。但是就整體而言，無論在發(fā)達國家還是在新興的發(fā)展中國家，加工工程還主要植根于中小規(guī)模企業(yè)。鑒于這些企業(yè)的能力有限，其發(fā)展受到了很大的限制。未來高分子加工工程需要將新的科學知識和技術(shù)原理應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中去。基于最先進科學技術(shù)的數(shù)學模型、在線加工控制、產(chǎn)品檢測和特性化處理等都將成為企業(yè)維持自身競爭力的重要手段?！　?985年，高分子加工協(xié)會在俄亥俄州的阿克隆成立。協(xié)會每年都定期舉辦會議，出版刊物（《國際高分子加工》）及叢書（《高分子加工進展》），致力于在國際范圍內(nèi)發(fā)展和宣傳新的和改良的高分子加工技術(shù)。叢書各卷都采用多作者方式，濃縮來自世界各地撰稿人的觀點匯集成各卷的主題，為學術(shù)研究和工業(yè)開發(fā)人士提供專業(yè)知識。作者和編者周密的洞察力及辛勤的努力，加上編委會嚴格的審查和出版商高效率的工作，是我們達成目標不可或缺的因素?！　　陡叻肿訌秃喜牧霞庸すこ獭分饕獙B續(xù)纖維增強的高分子復合材料制備過程的基本原理和加工過程進行介紹。復雜工程部件的生產(chǎn)廠家將這些加工程序應(yīng)用于生產(chǎn)中，以實踐證明了理論的合理性，復合材料加工工程在航空航天方面的應(yīng)用就是最好的例子。而這些廠家的產(chǎn)品則說明了高分子材料在曾經(jīng)使用高性能傳統(tǒng)材料（金屬和陶瓷等）領(lǐng)域的應(yīng)用是成功的。多相體系要求材料具有各向異性的性能，所以化學動力學、流變學和形態(tài)學之間相互作用的研究成果是高分子加工過程在實踐中得以成功應(yīng)用的基礎(chǔ)。20世紀80～90年代，新的連續(xù)纖維增強復合材料的加工工藝飛速發(fā)展，未來對其復雜性和基本步驟的研究也得以進一步的鞏固?！陡叻肿訌秃喜牧霞庸すこ獭返玫搅藖碜悦乐?、歐洲和亞洲工業(yè)及學術(shù)領(lǐng)域的熱心支持，對高分子加工很有指導意義。

書籍目錄

第一部分 理論1 熱塑性樹脂開環(huán)聚合的化學、動力學和流變學31.1 概要31.2 內(nèi)酰胺的陰離子開環(huán)聚合71.3 己內(nèi)酰胺陰離子聚合的動力學101.3.1 動力學模型101.3.2 動力學模型的驗證131.4 己內(nèi)酰胺陰離子聚合過程中黏度的增長161.4.1 黏度模型161.4.2 黏度模型的檢驗171.5 流變動力學模型在反應(yīng)注射拉擠成型中的應(yīng)用221.6 總結(jié)27術(shù)語注釋28致謝28參考文獻292 熱固性樹脂固化動力學與流變學322.1 簡介322.1.1 樹脂322.1.2 增強劑332.1.3 加工工藝342.1.4 固化周期352.1.5 最優(yōu)化362.2 固化動力學372.2.1 動力學模型372.2.2 凝膠化理論412.2.3 流變學模型432.2.4 擴散效應(yīng)462.2.5 控制固化的技術(shù)472.3 增強的影響522.4 環(huán)氧、乙烯基酯和酚醛樹脂532.4.1 環(huán)氧樹脂532.4.2 乙烯基酯672.4.3 酚醛樹脂722.5 相關(guān)現(xiàn)象752.5.1 樹脂流動762.5.2 質(zhì)量傳遞772.5.3 熱傳遞792.6 固化周期922.7 最優(yōu)化和控制策略942.7.1 傳感器962.8 總結(jié)和展望97術(shù)語注釋99致謝101參考文獻1013 增韌的熱固性樹脂固化過程中的相分離及相形態(tài)演化1113.1 前言1113.2 相分離熱力學和動力學1123.3 文獻綜述1133.4 實驗1203.4.1 材料1203.4.2 共混和固化步驟1203.4.3 相分離行為1213.4.4 相形態(tài)1213.5 結(jié)果與討論1213.5.1 相圖1213.5.2 相形態(tài)1223.5.3 相分離機理1223.5.4 組成的影響1333.5.5 固化溫度的影響1353.6 結(jié)論136術(shù)語注釋137參考文獻1374 固化過程中頻率依賴的在線介電感應(yīng)1404.1 引言1404.2 儀器1434.3 理論1434.4 等溫固化1454.5 多重時溫加工周期中的固化控制1484.6 厚層壓板中的固化監(jiān)控1514.7 樹脂膜浸漬1554.8 智能自動控制1574.9 結(jié)論159致謝160參考文獻1605 聚合物基復合材料加工過程中熱量、質(zhì)量、動量傳遞模擬的一種統(tǒng)一方法1625.1 引言1625.2 局部體積平均1635.3 平衡方程的推導1655.3.1 質(zhì)量守恒1655.3.2 動量守恒1675.3.3 能量守恒1705.4 不同聚合物基復合材料加工過程的特殊方程1735.4.1 樹脂傳遞模塑（RTM）1735.4.2 注射拉擠成型（IP）1775.4.3 熱壓罐成型（AP）1835.5 結(jié)論185術(shù)語注釋186參考文獻1876 孔穴的生長與溶解1896.1 引言1896.1.1 熱壓罐成型過程1906.1.2 孔穴現(xiàn)象1926.1.3 常見的模型框架1926.2 孔穴的形成與平衡時的穩(wěn)定1926.2.1 孔穴的成核1936.2.2 平衡時孔穴的穩(wěn)定1946.3 擴散控制的孔穴生長1976.3.1 問題的提出1976.3.2 模型的發(fā)展1996.3.3 孔穴生長的模型預測2046.4 樹脂和孔穴輸送2096.5 結(jié)論213術(shù)語注釋214致謝215參考文獻2167 熱塑性復合材料加工過程中的凝固現(xiàn)象2187.1 引言2187.2 緊密接觸2227.2.1 文獻綜述2237.2.2 緊密接觸模型2267.2.3 緊密接觸測量2327.2.4 模型的驗證2357.2.5 參數(shù)研究2397.3 層間鍵合2427.3.1 愈合模型2437.3.2 鍵合程度2457.4 結(jié)論246術(shù)語注釋246致謝247參考文獻2478 復合材料加工導致的殘余應(yīng)力2498.1 前言2498.2 加工模型2528.2.1 固化動力學2528.2.2 熱化學模擬2558.2.3 殘余應(yīng)力模型2608.3 實驗結(jié)果2698.3.1 彈性模型的比較2698.3.2 粘彈模型的比較2718.4 加工對殘余應(yīng)力的影響2738.4.1 固化溫度2738.4.2 后固化2748.4.3 三步固化周期2758.5 結(jié)論278術(shù)語注釋278參考文獻2809 復合材料加工中對產(chǎn)品質(zhì)量的智能控制2819.1 序言2819.2 傳統(tǒng)的SPC/SQC方法2829.3 基于知識（專家系統(tǒng)）的控制2849.4 基于模型（模型預測）的控制2889.4.1 連續(xù)過程的模型預測控制2889.4.2 間隙過程的模型預測控制（SHMPC）2909.5 在線控制所用的模型2939.5.1 模型的種類2949.5.2 用于SHMPC的在線質(zhì)量模型ANNs2959.5.3 在熱壓罐固化中的應(yīng)用2969.6 總結(jié)與展望300術(shù)語注釋301參考文獻303第二部分 加工10 熱壓罐成型法30910.1 概述30910.2 熱壓罐成型工藝的描述31110.2.1 固化周期31110.2.2 樹脂黏度和動力學模型31210.2.3 樹脂的壓力和流動31310.2.4 樹脂流動模型31510.2.5 實驗研究31510.2.6 加壓板及加壓器31810.2.7 網(wǎng)狀樹脂和低流動性樹脂體系32010.3 空隙和空隙率32010.3.1 空隙形成理論32010.3.2 空隙模型32110.3.3 樹脂和預浸料變量32110.3.4 擠壓操作32310.3.5 擠壓的研究32310.4 加工32610.4.1 制件的熱響應(yīng)32610.4.2 熱傳遞模型32710.5 總結(jié)328術(shù)語注釋329參考文獻33011 拉擠成型工藝33211.1 概述33211.2 工藝描述33311.2.1 設(shè)備33411.2.2 原材料33711.2.3 市場情況33911.2.4 加工性能34111.2.5 主要的技術(shù)問題34111.2.6 熱塑性基體復合材料的拉擠成型34211.3 加工模型34411.3.1 模型怎樣才能起作用34511.3.2 前期的模型研究工作34511.4 基體流動模型34711.5 壓力模型35011.5.1 流動速率?壓力降的關(guān)系35011.5.2 壓力分布35211.5.3 模型預測與實驗比較35311.5.4 模型的應(yīng)用35511.6 牽引阻力模型35911.6.1 黏性阻力35911.6.2 壓縮阻力36011.6.3 摩擦阻力36011.6.4 總的牽引阻力36111.6.5 模型預測與實驗結(jié)果的比較36111.6.6 模型應(yīng)用36411.7 展望369術(shù)語注釋371參考文獻37212 液相復合模塑原理37412.1 概述37412.2 預成型37612.2.1 切割和粘貼37912.2.2 噴射37912.2.3 熱成型38012.2.4 緯編38012.2.5 滾帶38012.3 充模38112.3.1 理論38112.3.2 注射方式38412.3.3 充模問題38812.4 模內(nèi)固化39212.4.1 基本理論39212.4.2 固化過程的優(yōu)化39212.4.3 固化問題39412.5 模具設(shè)計39612.5.1 一般設(shè)計規(guī)則39612.5.2 模具材料39712.5.3 剛度計算39812.5.4 密封39912.5.5 夾緊40012.5.6 加熱系統(tǒng)40012.6 結(jié)論401術(shù)語注釋401致謝402參考文獻40213 長絲纏繞40413.1 概述40413.2 制備工藝40713.2.1 纏繞技術(shù)40713.2.2 纖維和樹脂40813.3 裝置41013.4 圓柱體設(shè)計指導41113.5 長絲纏繞加工模型41213.5.1 熱化學子模型41513.5.2 纖維移動子模型：熱固性基體圓柱體41613.5.3 凝固子模型：熱塑性樹脂圓柱體41913.5.4 應(yīng)力子模型42113.5.5 空隙子模型42213.6 長絲纏繞的材料特性42313.6.1 綜述42313.6.2 測試方法42413.7 展望430參考文獻43014 熱塑性基體復合材料的無模成型43314.1 概述43314.2 無模成型的概念43514.3 模擬、形狀歸類和成型設(shè)備的概念43714.4 樣機44114.5 過彎曲——觀測與模型44314.6 連續(xù)無模成型44514.7 無模任意彎曲成型44914.8 總結(jié)與結(jié)論452致謝453參考文獻45415 復合材料的智能加工45515.1 概述45515.2 批量加工的控制問題45615.3 設(shè)計加工條件的方法45815.3.1 嘗試法45915.3.2 實驗設(shè)計46115.4 統(tǒng)計過程控制46315.4.1 加工科學46415.4.2 分析模型46715.4.3 以知識為基礎(chǔ)的專家系統(tǒng)47015.4.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)47115.4.5 方法總結(jié)47115.5 實時過程控制工具47215.5.1 監(jiān)督控制器47315.5.2 以知識為基礎(chǔ)的自適應(yīng)控制器47615.5.3 專家系統(tǒng)47615.5.4 定性推理47815.5.5 模糊邏輯47915.5.6 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)48015.5.7 分析模型48115.6 總結(jié)482參考文獻483

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