高分子複合材料加工工程

《高分子複合材料加工工程》是由化學工業出版社出版的圖書，作者是（美）R.S.戴夫，A.C.盧斯。該書分為理論與加工兩部分共15章，主要對高分子複合材料加工過程的基本原理和加工技術進行了闡述。

基本介紹

• 書名：高分子複合材料加工工程
• 作者：（美）R.S.戴夫，A.C.盧斯
• ISBN：9787502547837
• 出版社：化學工業出版社

基本信息

作　者：（美）R.S.戴夫，A.C.盧斯 著出 版 社：化學工業出版社ISBN：9787502547837出版時間：2004-01-01版　次：1頁　數：485裝　幀：平裝開　本：32開所屬分類：圖書 > 科技 > 化學工業

內容簡介

既對化學、高分子及材料科學、流變學、動力學、傳遞現象、力學和控制體系等理論知識進行了簡要介紹，也對高分子複合材料的主要加工技術如熱壓罐成型法、拉擠成型工藝、液相複合模塑、長絲纏繞、無模成型及複合材料的智慧型加工等進行了詳細介紹。

二戰以來，高分子材料工業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現。茂金屬催化劑在工業上的套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套用，則有賴於新的成型加工技術的發展。與傳統的金屬和玻璃製造業相比，這些技術方法有很大的不同。但是，與同期高分子工業的蓬勃發展相比，“高分子加工工程”的重要性經常被忽略。

高分子加工，如擠出、注塑、熱成型、鑄塑等技術，賦予部件及產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複雜的性能。由於高聚物有很高的分子量，大多數情況下易於結晶，所以高分子加工技術往往通過控制取向和結晶進而來影響產品的最終性能。在一些情況下，高聚物是在加工過程中合成的，比如連續纖維複合材料的加工，《高分子複合材料加工工程》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的幾步來同時合成聚合物並形成最終的產品部件的，這就增加了高分子工業的複雜性。因此，要想成為一個優秀的高分子加工工程的研究和技術人員，就要對其基本原理和技術問題有相當深入的了解。

諸如人造纖維紡絲等一些高分子加工技術已經大規模套用於工業生產當中。但是就整體而言，無論在已開發國家還是在新興的開發中國家，加工工程還主要植根於中小規模企業。鑒於這些企業的能力有限，其發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原理套用到工業生產中去。基於最先進科學技術的數學模型、線上加工控制、產品檢測和特性化處理等都將成為企業維持自身競爭力的重要手段。

目錄

第一部分 理論

1 熱塑性樹脂開環聚合的化學、動力學和流變學3

1.1 概要3

1.2 內醯胺的陰離子開環聚合7

1.3 己內醯胺陰離子聚合的動力學10

1.3.1 動力學模型10

1.3.2 動力學模型的驗證13

1.4 己內醯胺陰離子聚合過程中黏度的增長16

1.4.1 黏度模型16

1.4.2 黏度模型的檢驗17

1.5 流變動力學模型在反應注射拉擠成型中的套用22

1.6 總結27

術語注釋28

致謝28

參考文獻29

2 熱固性樹脂固化動力學與流變學32

2.1 簡介32

2.1.1 樹脂32

2.1.2 增強劑33

2.1.3 加工工藝34

2.1.4 固化周期35

2.1.5 最最佳化36

2.2 固化動力學37

2.2.1 動力學模型37

2.2.2 凝膠化理論41

2.2.3 流變學模型43

2.2.4 擴散效應46

2.2.5 控制固化的技術47

2.3 增強的影響52

2.4 環氧、乙烯基酯和酚醛樹脂53

2.4.1 環氧樹脂53

2.4.2 乙烯基酯67

2.4.3 酚醛樹脂72

2.5 相關現象75

2.5.1 樹脂流動76

2.5.2 質量傳遞77

2.5.3 熱傳遞79

2.6 固化周期92

2.7 最最佳化和控制策略94

2.7.1 感測器96

2.8 總結和展望97

術語注釋99

致謝101

參考文獻101

3 增韌的熱固性樹脂固化過程中的相分離及相形態演化111

3.1 前言111

3.2 相分離熱力學和動力學112

3.3 文獻綜述113

3.4 實驗120

3.4.1 材料120

3.4.2 共混和固化步驟120

3.4.3 相分離行為121

3.4.4 相形態121

3.5 結果與討論121

3.5.1 相圖121

3.5.2 相形態122

3.5.3 相分離機理122

3.5.4 組成的影響133

3.5.5 固化溫度的影響135

3.6 結論136

術語注釋137

參考文獻137

4 固化過程中頻率依賴的線上介電感應140

4.1 引言140

4.2 儀器143

4.3 理論143

4.4 等溫固化145

4.5 多重時溫加工周期中的固化控制148

4.6 厚層壓板中的固化監控151

4.7 樹脂膜浸漬155

4.8 智慧型自動控制157

4.9 結論159

致謝160

參考文獻160

5 聚合物基複合材料加工過程中熱量、質量、動量傳遞

模擬的一種統一方法162

5.1 引言162

5.2 局部體積平均163

5.3 平衡方程的推導165

5.3.1 質量守恆165

5.3.2 動量守恆167

5.3.3 能量守恆170

5.4 不同聚合物基複合材料加工過程的特殊方程173

5.4.1 樹脂傳遞模塑（RTM）173

5.4.2 注射拉擠成型（IP）177

5.4.3 熱壓罐成型（AP）183

5.5 結論185

術語注釋186

參考文獻187

6 孔穴的生長與溶解189

6.1 引言189

6.1.1 熱壓罐成型過程190

6.1.2 孔穴現象192

6.1.3 常見的模型框架192

6.2 孔穴的形成與平衡時的穩定192

6.2.1 孔穴的成核193

6.2.2 平衡時孔穴的穩定194

6.3 擴散控制的孔穴生長197

6.3.1 問題的提出197

6.3.2 模型的發展199

6.3.3 孔穴生長的模型預測204

6.4 樹脂和孔穴輸送209

6.5 結論213

術語注釋214

致謝215

參考文獻216

7 熱塑性複合材料加工過程中的凝固現象218

7.1 引言218

7.2 緊密接觸222

7.2.1 文獻綜述223

7.2.2 緊密接觸模型226

7.2.3 緊密接觸測量232

7.2.4 模型的驗證235

7.2.5 參數研究239

7.3 層間鍵合242

7.3.1 癒合模型243

7.3.2 鍵合程度245

7.4 結論246

術語注釋246

致謝247

參考文獻247

8 複合材料加工導致的殘餘應力249

8.1 前言249

8.2 加工模型252

8.2.1 固化動力學252

8.2.2 熱化學模擬255

8.2.3 殘餘應力模型260

8.3 實驗結果269

8.3.1 彈性模型的比較269

8.3.2 粘彈模型的比較271

8.4 加工對殘餘應力的影響273

8.4.1 固化溫度273

8.4.2 後固化274

8.4.3 三步固化周期275

8.5 結論278

術語注釋278

參考文獻280

9 複合材料加工中對產品質量的智慧型控制281

9.1 序言281

9.2 傳統的SPC/SQC方法282

9.3 基於知識（專家系統）的控制284

9.4 基於模型（模型預測）的控制288

9.4.1 連續過程的模型預測控制288

9.4.2 間隙過程的模型預測控制（SHMPC）290

9.5 線上控制所用的模型293

9.5.1 模型的種類294

9.5.2 用於SHMPC的線上質量模型ANNs295

9.5.3 在熱壓罐固化中的套用296

9.6 總結與展望300

術語注釋301

參考文獻303

第二部分 加工

10 熱壓罐成型法309

10.1 概述309

10.2 熱壓罐成型工藝的描述311

10.2.1 固化周期311

10.2.2 樹脂黏度和動力學模型312

10.2.3 樹脂的壓力和流動313

10.2.4 樹脂流動模型315

10.2.5 實驗研究315

10.2.6 加壓板及加壓器318

10.2.7 網狀樹脂和低流動性樹脂體系320

10.3 空隙和空隙率320

10.3.1 空隙形成理論320

10.3.2 空隙模型321

10.3.3 樹脂和預浸料變數321

10.3.4 擠壓操作323

10.3.5 擠壓的研究323

10.4 加工326

10.4.1 製件的熱回響326

10.4.2 熱傳遞模型327

10.5 總結328

術語注釋329

參考文獻330

11 拉擠成型工藝332

11.1 概述332

11.2 工藝描述333

11.2.1 設備334

11.2.2 原材料337

11.2.3 市場情況339

11.2.4 加工性能341

11.2.5 主要的技術問題341

11.2.6 熱塑性基體複合材料的拉擠成型342

11.3 加工模型344

11.3.1 模型怎樣才能起作用345

11.3.2 前期的模型研究工作345

11.4 基體流動模型347

11.5 壓力模型350

11.5.1 流動速率?壓力降的關係350

11.5.2 壓力分布352

11.5.3 模型預測與實驗比較353

11.5.4 模型的套用355

11.6 牽引阻力模型359

11.6.1 黏性阻力359

11.6.2 壓縮阻力360

11.6.3 摩擦阻力360

11.6.4 總的牽引阻力361

11.6.5 模型預測與實驗結果的比較361

11.6.6 模型套用364

11.7 展望369

術語注釋371

參考文獻372

12 液相複合模塑原理374

12.1 概述374

12.2 預成型376

12.2.1 切割和貼上379

12.2.2 噴射379

12.2.3 熱成型380

12.2.4 緯編380

12.2.5 滾帶380

12.3 充模381

12.3.1 理論381

12.3.2 注射方式384

12.3.3 充模問題388

12.4 模內固化392

12.4.1 基本理論392

12.4.2 固化過程的最佳化392

12.4.3 固化問題394

12.5 模具設計396

12.5.1 一般設計規則396

12.5.2 模具材料397

12.5.3 剛度計算398

12.5.4 密封399

12.5.5 夾緊400

12.5.6 加熱系統400

12.6 結論401

術語注釋401

致謝402

參考文獻402

13 長絲纏繞404

13.1 概述404

13.2 製備工藝407

13.2.1 纏繞技術407

13.2.2 纖維和樹脂408

13.3 裝置410

13.4 圓柱體設計指導411

13.5 長絲纏繞加工模型412

13.5.1 熱化學子模型415

13.5.2 纖維移動子模型：熱固性基體圓柱體416

13.5.3 凝固子模型：熱塑性樹脂圓柱體419

13.5.4 應力子模型421

13.5.5 空隙子模型422

13.6 長絲纏繞的材料特性423

13.6.1 綜述423

13.6.2 測試方法424

13.7 展望430

參考文獻430

14 熱塑性基體複合材料的無模成型433

14.1 概述433

14.2 無模成型的概念435

14.3 模擬、形狀歸類和成型設備的概念437

14.4 樣機441

14.5 過彎曲——觀測與模型443

14.6 連續無模成型445

14.7 無模任意彎曲成型449

14.8 總結與結論452

致謝453

參考文獻454

15 複合材料的智慧型加工455

15.1 概述455

15.2 批量加工的控制問題456

15.3 設計加工條件的方法458

15.3.1 嘗試法459

15.3.2 實驗設計461

15.4 統計過程控制463

15.4.1 加工科學464

15.4.2 分析模型467

15.4.3 以知識為基礎的專家系統470

15.4.4 人工神經網路471

15.4.5 方法總結471

15.5 實時過程控制工具472

15.5.1 監督控制器473

15.5.2 以知識為基礎的自適應控制器476

15.5.3 專家系統476

15.5.4 定性推理478

15.5.5 模糊邏輯479

15.5.6 人工神經網路480

15.5.7 分析模型481

15.6 總結482

參考文獻483