聚合物的力学行为特征不同于金属材料，与作用时间、温度等因素关系很大。本书的目的：一是对人们一直关心的聚合物特征力学行为给出足够的宏观描述；二是试图在分子级别上对聚合物表现出来的特殊性能进行解释。本书第1章对聚合物化学组成和物理结构进行综述，阐明了聚合物的不同结构分类，为后续章节在宏观或现象学描述的微观解释上起到支撑作用。第2章概述了聚合物的力学性能特点，阐述了聚合物不同类型的力学行为及特点，提出了基本应力应变概念，对后续章节起着提纲挈领的作用。本书主体各章节主要分为以下几个部分讨论：①橡胶态聚合物的力学行为（第3、4章）；②线性黏弹性行为及其测试，对频率、时间的依赖性（第5～7章）；③各向异性力学行为（第8章）；④聚合物基复合材料（第9章）；⑤松弛转变（第10章）；⑥非线性黏弹性行为（第11章）；⑦屈服与失稳行为（第12章）；⑧断裂现象（第13章）。
样章试读
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丛书序
译者序
原书序言
第1章 聚合物结构 1
1.1 化学组成 1
1.1.1 聚合 1
1.1.2 交联与支化 3
1.1.3 平均分子量与分子量分布 4
1.1.4 化学与空间异构以及立构规整性 5
1.1.5 液晶聚合物 7
1.1.6 共混、接枝与共聚物 8
1.2 物理结构 8
1.2.1 旋转异构 8
1.2.2 取向与结晶 10
参考文献 15
第2章 聚合物的力学性能：概述 18
2.1 目标 18
2.2 力学行为的不同类型 18
2.3 弹性固体与聚合物的力学行为 20
2.4 应力与应变 21
2.4.1 应力状态 21
2.4.2 应变状态工程分量 22
2.5 广义胡克定律 24
参考文献 27
第3章 橡胶态下的力学行为：有限应变弹性 28
3.1 应变的广义定义 28
3.1.1 Cauchy-Green应变测量 29
3.1.2 主应变 30
3.1.3 应变变换 33
3.1.4 基础应变场的例子 34
3.1.5 工程应变与广义应变的关系 37
3.1.6 对数应变 38
3.2 应力张量 39
3.3 应力应变关系式 40
3.4 应变能量方程的应用 43
3.4.1 热力学因素 43
3.4.2 应变能方程的形式 46
3.4.3 应变不变量 46
3.4.4 不变量方法的应用 47
3.4.5 主拉伸方法的应用 50
参考文献 53
第4章 橡胶态聚合物弹性 55
4.1 橡胶态聚合物的常见力学行为 55
4.2 变形热动力学 56
4.2.1 热弹性逆转效应 57
4.3 统计理论 58
4.3.1 简化假设 59
4.3.2 交联点之间的平均分子长度 59
4.3.3 一条单链的熵 60
4.3.4 分子网络的弹性 62
4.4 简单分子理论修正 65
4.4.1 幻影网络模型 65
4.4.2 约束连接模型 65
4.4.3 滑动连接模型 66
4.4.4 反Langevin近似 67
4.4.5 构象衰竭模型 71
4.4.6 应变诱导结晶效应 72
4.5 内能对橡胶弹性的贡献 73
4.6 结论 75
参考文献 75
第5章 线性黏弹性行为 79
5.1 黏弹性现象 79
5.1.1 线性黏弹性行为 79
5.1.2 蠕变 81
5.1.3 应力松弛 83
5.2 线性黏弹性的数学表达式 84
5.2.1 Boltzmann叠加原理 84
5.2.2 应力松弛模量 87
5.2.3 蠕变与应力松弛的形式关系 88
5.2.4 力学模型，松弛与迟滞时间谱 88
5.2.5 Kelvin或Voigt模型 89
5.2.6 Maxwell模型 90
5.2.7 标准线性固体模型 92
5.2.8 松弛时间谱与迟滞时间谱 92
5.3 动态力学测量：复合模量与复合柔度 94
5.3.1 G1、G2等参量对频率的函数试验曲线 96
5.4 复合模量与应力松弛模量之间的关系 99
5.4.1 应力松弛模量和复合模量的正式表达式 101
5.4.2 蠕变柔度和复合柔度的正式表达式 102
5.4.3 线性黏弹性的正式表达式 103
5.5 松弛强度 104
参考文献 106
第6章 黏弹性行为测量 107
6.1 蠕变与应力松弛 107
6.1.1 蠕变调节 108
6.1.2 试样表征 108
6.1.3 试验的预防措施 108
6.2 动态力学测量 111
6.2.1 扭摆试验 111
6.2.2 强迫振动法 113
6.2.3 动态力学热分析（DMTA） 113
6.3 波传播法 115
6.3.1 千赫兹频率范围 115
6.3.2 兆赫兹频率范围：超声方法 116
6.3.3 特超声频范围：布里渊光谱法 117
参考文献 118
第7章 线性黏弹性行为与频率及时间关系方程的试验研究：时温等效 121
7.1 总体介绍 121
7.1.1 无定形聚合物 121
7.1.2 黏弹性行为的温度依赖性 123
7.1.3 结晶与夹杂 124
7.2 时温等效与叠加 127
7.3 过渡态理论 129
7.3.1 位置模型理论 130
7.4 无定形聚合物玻璃化转变黏弹性行为的时温等效方法与Williams、Landel与Ferry （WLF）方程 133
7.4.1 Williams、Landel与Ferry公式，自由体积理论和其他相关理论 138
7.4.2 Cohen与Turnbull自由体积理论 139
7.4.3 Adam与Gibbs统计热动力学理论 139
7.4.4 对于自由体积理论的异议 140
7.5 基于独立柔性链运动的简正波理论 140
7.6 高缠结度聚合物动力学 145
参考文献 148
第8章 各向异性力学行为 151
8.1 各向异性力学行为介绍 151
8.2 聚合物的力学各向异性 152
8.2.1 具有纤维对称性试样的弹性常数 152
8.2.2 具有斜方晶对称结构试样的弹性常数 153
8.3 弹性常数的测量 154
8.3.1 薄膜或片材的测量 154
8.3.2 纤维与单丝的测量 163
8.4 取向聚合物力学各向异性的试验研究 168
8.4.1 低密度聚乙烯薄片 168
8.4.2 室温下的细丝测量 170
8.5 力学各向异性阐述：总则 174
8.5.1 弹性常数的理论计算 174
8.5.2 取向与形态 179
8.6 各向异性力学行为的试验研究及其解释 179
8.6.1 聚集态模型和力学各向异性 180
8.6.2 取向聚合物与各向同性聚合物弹性常数之间的关系：聚集态模型 180
8.6.3 力学各向异性随分子取向的演变 183
8.6.4 声速 187
8.6.5 无定形聚合物 189
8.6.6 具有斜方晶对称结构的定向PET薄片 190
8.7 伸直链聚乙烯和液晶聚合物的聚集态模型 192
8.8 拉胀材料：负泊松比 196
参考文献 199
第9章 聚合物基复合材料：宏观与微观 208
9.1 复合材料：概述 208
9.2 聚合物复合材料的力学各向异性 209
9.2.1 薄片结构的力学各向异性 209
9.2.2 高取向纤维复合材料的弹性常数 211
9.2.3 单轴规整排列纤维复合材料的力学各向异性与强度 213
9.3 短纤维复合材料 214
9.3.1 纤维长度影响：剪切滞后理论 214
9.3.2 脱黏与拉出 216
9.3.3 部分取向纤维复合材料 216
9.4 纳米复合材料 218
9.5 半结晶聚合物的Takayanagi模型 222
9.5.1 简单Takayanagi模型 222
9.5.2 分散相的Takayanagi模型 224
9.5.3 具有单晶织构的模型聚合物 225
9.6 超高模量聚乙烯 229
9.6.1 结晶纤丝模型 231
9.6.2 结晶桥键模型 232
9.7 结论 234
参考文献 235
第10章 松弛转变：试验行为与分子学解释 240
10.1 无定形聚合物：引言 240
10.2 无定形聚合物玻璃化转变温度的影响因素 241
10.2.1 化学结构的影响 241
10.2.2 分子量与交联的影响 244
10.2.3 共混、接枝与共聚 244
10.2.4 增塑剂的作用 246
10.3 结晶聚合物的松弛转变 247
10.3.1 概述 247
10.3.2 低结晶度聚合物的松弛行为 248
10.3.3 聚乙烯的松弛过程 250
10.3.4 液晶聚合物中的松弛过程 256
10.4 结论 260
参考文献 260
第11章 非线性黏弹性行为 264
11.1 工程方法 265
11.1.1 同步应力应变曲线 265
11.1.2 幂律方法 267
11.2 流变学方法 268
11.2.1 非线性黏弹性理论的历史进展 268
11.2.2 线性理论的修正——微分模型 272
11.2.3 线性理论的修正——积分模型 279
11.2.4 更复杂的单重积分表达式 281
11.2.5 单重积分模型对比 284
11.3 蠕变和应力松弛作为热活化过程 284
11.3.1 Eyring方程 284
11.3.2 Eyring方程在蠕变行为中的应用 286
11.3.3 Eyring方程在应力松弛行为中的应用 289
11.3.4 Eyring方程在屈服行为研究中的应用 290
11.4 多轴形变：三维非线性黏弹性 291
参考文献 293
第12章 聚合物的屈服与失稳行为 297
12.1 关于拉伸试验中载荷伸长率曲线的讨论 298
12.1.1 颈缩与极限应力 299
12.1.2 颈缩与冷拉：现象学讨论 301
12.1.3 Considère表达式的应用 303
12.1.4 屈服应力的定义 304
12.2 理想塑性行为 304
12.2.1 屈服准则：概述 304
12.2.2 Tresca屈服准则 305
12.2.3 Coulomb屈服准则 305
12.2.4 von Mises屈服准则 306
12.2.5 Tresca、von Mises与Coulomb屈服准则的几何表达 308
12.2.6 复合应力态 309
12.2.7 各向异性材料的屈服准则 310
12.2.8 塑性势 312
12.3 对屈服过程的认识发展历程 313
12.3.1 绝热加热 313
12.3.2 等温屈服过程：载荷变小的原因 314
12.4 聚合物材料中屈服行为的试验证明 316
12.4.1 Coulomb屈服准则在屈服行为研究中的应用 316
12.4.2 静水压力对于屈服行为影响的直接证据 317
12.5 屈服行为的分子学解释 320
12.5.1 屈服作为活化率过程 320
12.5.2 与位错或旋转运动相关的屈服行为 328
12.6 冷拉，应变硬化与真实应力应变曲线 336
12.6.1 概述 336
12.6.2 冷拉和自然拉伸比 336
12.6.3 真实应力真实应变曲线以及网络拉伸比的概念 338
12.6.4 应变硬化与应变速率敏感性 340
12.6.5 加工流动应力方法 341
12.6.6 颈缩剖面图 342
12.6.7 结晶聚合物 343
12.7 剪切带 343
12.8 黏弹性模拟背后的物理要素 346
12.8.1 Bauschinger效应 347
12.9 形状记忆性聚合物 348
参考文献 349
第13章 断裂现象 357
13.1 聚合物韧性与脆性行为的定义 357
13.2 聚合物的脆性断裂准则 358
13.2.1 Griffith断裂理论 358
13.2.2 Irwin模型 359
13.2.3 应变能释放率 360
13.3 脆性聚合物的受控断裂 362
13.4 玻璃态聚合物的银纹现象 363
13.5 银纹的结构与形成 368
13.5.1 银纹结构 368
13.5.2 银纹引发与增长 371
13.5.3 溶剂或气体存在情况下的银纹现象：环境银纹 374
13.6 韧性聚合物的受控断裂 376
13.6.1 J-积分 377
13.6.2 断裂基本功 379
13.6.3 裂纹张开位移 382
13.7 分子学方法 388
13.8 脆性韧性行为的影响因素：脆性韧性转变 389
13.8.1 Ludwig-Davidenkov-Orowan假设 389
13.8.2 缺口敏感性与Vincent σB-σY图 391
13.8.3 与断裂力学一致的脆性韧性转变理论：断裂转变 394
13.9 聚合物的冲击强度 396
13.9.1 摆动梁冲击 396
13.9.2 落重冲击 400
13.9.3 增韧聚合物：高冲击强度聚合物共混物 401
13.9.4 银纹与应力致白 402
13.9.5 膨胀带 404
13.10 聚合物在橡胶态下的拉伸强度与撕裂 404
13.10.1 橡胶的撕裂：Griffith理论的延伸 404
13.10.2 橡胶拉伸强度的分子学理论 406
13.11 应变速率与温度的影响 407
13.12 聚合物的疲劳行为 410
参考文献 414
索引 425
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