高分子流变学基础/普通高等教育“十一五”国家级规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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史铁钧，吴德峰 编

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• 高分子流变学
• 流变学
• 高分子物理
• 材料科学
• 物理化学
• 高分子材料
• 教材
• 高等教育
• 国家规划教材
• 理工科

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122045652

版次：1

商品编码：12182116

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2017-06-01

用纸：胶版纸

页数：120

字数：192000

正文语种：中文

内容简介

　　《高分子流变学基础/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》是在高分子化学、高分子合成工艺原理、高分子物理以及工程力学等课程的基础上，着重介绍流变学的基本原理和高分子材料流动与变形的基本行为，努力阐明高分子材料流动变形行为与经典黏性体和弹性体之间的不同，深入讨论剪切作用、温度、压力、结构和时间等因素对高分子流变性质的影响，并介绍了流变物质的测试原理和基本研究方法。进一步为高分子材料及其制品的设计优化、加工工艺和加工设备的选择改进提供必要的理论依据。
　　《高分子流变学基础/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》共分为7章，分别是：绪论、流变学的基本概念、高分子流体的流变模型、高分子流体的流动分析、高分子流体流动的影响因素、流变仪的基本原理及应用以及流动运动方程及应用。
　　《高分子流变学基础/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》是面向化学化工、高分子材料专业本科生学习流变学的教学用书，也可作为研究生的教学参考书。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 流变学的历史和现状
1．2 流变学的研究对象和方法
1．2．1 流变学关于物质的定义
1．2．2 流变学的研究方法
1．2．3 流变学关于高分子的定义
1．3 高分子材料典型的流变行为
1．4 流变学在高分子材料加工中的应用

第2章 流变学的基本概念
2．1 流体形变的基本类型
2．1．1 拉伸和单向膨胀
2．1．2 各向同性的压缩和膨胀
2．1．3 简单剪切和简单剪切流
2．2 标量、矢量和笛卡儿张量的定义
2．2．1 标量、矢量、张量的物理定义
2．2．2 标量、矢量、张量的数学定义
2．2．3 张量的运算
2．2．4 张量的重要特性
2．3 应力张量和应变张量
2．3．1 应力张量
2．3．2 应变张量
2．3．3 应变速率张量
2．4 本构方程和材料函数

第3章 高分子流体的流变模型
3．1 牛顿流体模型
3．2 广义牛顿流体
3．3 幂律流体模型
3．3．1 幂律流体
3．3．2 假塑性流体
3．3．3 胀塑性流体
3．4 宾汉塑性流体模型
3．5 触变性流体
3．6 震凝性流体
3．7 黏弹性流体
3．7．1 弹性参数
3．7．2 黏弹性模型
3．7．3 高分子流体的黏弹行为

第4章 高分子流体的流动分析
4．1 高分子流体在圆管中的流动
4．1．1 幂律流体在长圆管中压力流动
4．1．2 宾汉流体在长圆管中压力流动
4．2 平行板间的压力流动
4．3 平行板间的拖曳流动
4．4 环形圆管中的压力流动
4．5 环形圆管中的拖曳流动

第5章 高分子流体流动的影响因素
5．1 剪切速率对黏度的影响
5．2 分子量对黏度的影响
5．2．1 黏度的分子量依赖性
5．2．2 黏度的分子量分布依赖性
5．2．3 动态流变性质的分子量依赖性
5．3 分子形状对黏度的影响
5．3．1 支化
5．3．2 其他结构因素
5．4 黏度的时间依赖性
5．5 压力对黏度的影响
5．6 温度对黏度的影响
5．6．1 黏度�参露戎�间的函数关系
5．6．2 流动活化能
5．6．3 影响流动活化能的因素
5．6．4 黏度�参露鹊钠渌�经验方程
5．6．5 温度依赖性总曲线

第6章 流变仪的基本原理及应用
6．1 毛细管流变仪
6．1．1 基本结构
6．1．2 完全发展区的流场分析
6．1．3 入口压力降的典型应用
6．1．4 出口区的流动行为
6．1．5 测试方法
6．1．6 基本应用
6．1．7 毛细流变仪测黏数据处理
6．2 旋转流变仪
6．2．1 基本结构
6．2．2 锥板
6．2．3 平行板
6．2．4 同轴圆筒
6．2．5 测量系统的选择
6．2．6 测量模式的选择
6．2．7 具体应用
6．3 转矩流变仪
6．3．1 基本结构
6．3．2 基本原理
6．3．3 基本应用

第7章 流体的运动方程及应用
7．1 连续方程
7．2 动量方程
7．3 能量方程
7．4 加工过程的数学分析
7．4．1 挤出成型
7．4．2 注射成型
7．4．3 压延成型

参考文献

前言/序言

　　高分子流变学是高分子材料及工程专业的必修课。本教材在高分子化学、高分子合成工艺原理、高分子物理以及工程力学等课程的基础上，着重介绍流变学的基本原理和高分子材料流动与变形的基本行为，努力阐明高分子材料流动变形行为与经典黏性体和弹性体之间的不同之处，深入讨论剪切作用、温度、压力、结构和时间等因素对高分子流变性质的影响，并介绍流变学的测试原理和基本研究方法。进一步为高分子材料及其制品的设计优化、加工工艺和加工设备的选择改进提供必要的理论依据。
　　本教材是面向化学化工、高分子材料专业本科生学习流变学的教学用书，也可作为研究生的教学参考书。但它并非是一本流变学的专著，不可能涉及流变学的全部内容。
　　由于流变学学科交叉的特点，本书力求深入浅出地讲清楚流变学最基本的理论问题，尽可能的避免烦琐的数学推导，减少读者望而生畏的情绪，使学生学会用流变学的基本原理来分析高分子材料的流变行为，提高解决问题的能力，同时为进一步学习打下必要的基础。
　　本书共分为7章：绪论、流变学的基本概念、高分子流体的流变模型、高分子流体的流动分析、高分子流体流动的影响因素、流变仪的基本原理及应用和流动运动方程及应用。
　　第1章“绪论”在介绍了流变学发展简史的基础上，明确了流变学的研究方法及对物质的科学定义。因此在第2章“流变学的基本概念”中，首先描述了材料发生各种变形或流动时涉及的一些基本物理量如应力、应变和应变速率以及彼此在简单流变过程中的数学关系，使读者能够对广义的流动与变形的基本力学行为有所认识；第3章“高分子流体的流变模型”则从基本的本构关系出发，介绍了高分子流体典型的流变行为，如剪切变稀、剪切增稠、塑性流动、触变性、黏弹性等，使学习者能够认识到高分子流体流动与变形的复杂性；然后结合加工成型，在第4章“高分子流体的流动分析”中重点分析了高分子流体在圆管中的压力流动，并介绍了其他一些常见的简单流动，明确了加工过程中宏观物理量如压力、转速（转矩）、流速等与高分子流体黏度间的数学关系；在此基础上，在第5章“高分子流体流动的影响因素”中，进一步分析了高分子结构、形态、加工温度、压力等因素对高分子流体流动的影响，让学习者能够清楚即便是简单流动，但对于高分子流体来说，其影响因素也是复杂的；而要明确这些影响因素与高分子流变行为间的定性和定量的关系，则必须利用测黏仪器通过具体的测黏方法来获得流动与变形过程中的黏度、模量等基本的力学响应，这就是第6章“流变仪的基本原理及应用”的主要内容；最后，第7章“流动运动方程及应用”介绍了流体动力学的三大基础方程，即连续性方程、运动方程和能量方程。然后在这些知识的基础上，结合成型加工实际，从物料输运的角度出发，以流变学理论分析了混炼、挤出成型、注射成型等几类常见的高分子成型过程。
　　作者在讲授流变学课程近20年的基础上，又进行了一段时间流变学研究，体会颇多。通过对本教材的编写，觉得有必要好好总结一下对流变学的认识。流变学教材应该有两项重要任务：一是能为高分子工程提供有效的计算方法，二是能够说清楚流变的本质。对于高分子流变学来说，主要要说清楚黏性、弹性和黏弹性的物理本质。就这一点来说，这些物理本质实际上都是高分子物理的基础问题。基于以上考虑，才形成了本教材的章节，即多年从事流变学教学的内容。除了阐明教材的内容外，如何理解和认识流变学对于提高学生学习流变学的兴趣是非常重要的。因此，不仅需要一本令人满意的教材，还要有比较生动的讲授方法。否则多数学生还是会觉得流变学是一门较难掌握的课程。
　　在本书的编写过程中，得到了合肥工业大学学校和教务处领导的大力支持，在此特别表示感谢。同时，也要感谢吴德峰博士为本书的成稿付出了辛勤劳动。本书参考了不少流变学的教材和专著，在此一并感谢这些精深学术造诣的流变学专家和学者。最后还要感谢我的老师吴大诚教授，我对流变学的认识及对流变学略有研究是从听吴大诚教授的流变学课程开始的。
　　限于作者水平，以及流变学涉及的概念、公式和数字非常繁多，疏漏和错误之处在所难免，敬请同行和读者批评指正。

高分子流变学基础 内容概要： 本书系统阐述了高分子流变学的基本理论、核心概念、关键实验方法以及在工程应用中的重要地位。全书围绕“流变”这一核心展开，深入剖析高分子材料在不同应力、应变、温度和时间等条件下表现出的宏观力学行为，并将其与微观分子结构和运动建立联系，旨在为读者构建一个全面而深入的认识框架。 核心内容模块： 1. 流变学基本概念与理论基石： 什么是流变学？ 流变学是研究物质在形变和流动过程中力学行为的科学。对于高分子材料而言，其独特的长链结构决定了其行为的复杂性，区别于传统的牛顿流体和弹性固体。本书将从宏观现象出发，引入流变学在研究高分子材料中的必要性和重要性。 应力、应变与应变率： 详细介绍这些基本物理量在高分子流变学中的定义、度量方式及其相互关系。重点阐述应变率张量和应力张量在高分子流动过程中的作用，为后续模型建立奠定基础。 本构方程： 介绍描述材料应力-应变（率）关系的本构方程。将从最简单的牛顿流体模型讲起，逐步引入非牛顿流体模型，如幂律模型、卡门-斯金纳模型、Bingham模型等，并讨论这些模型在高分子材料中的适用性和局限性。 粘度： 深入探讨粘度的概念，区分剪切粘度、表观粘度、零剪切粘度、极限粘度等。分析影响高分子粘度的关键因素，包括分子量、分子量分布、分子链构象、温度、压力、添加剂等。 弹性与粘弹性： 这是高分子流变学最为核心的概念之一。本书将系统阐述高分子材料兼具的弹性和粘性特点，即粘弹性。介绍线弹性、粘性流动、线粘弹性、非线性粘弹性等概念。通过引入各种模型，如Kelvin-Voigt模型、Maxwell模型、标准线性体模型等，来描述材料的瞬态和稳态响应。 时间-温度叠加原理： 详细解释这一重要的原理，说明如何通过改变温度来模拟在不同时间尺度下的行为，从而有效地研究高分子材料的动态力学性质。介绍玻璃化转变温度（Tg）在高分子流变行为中的关键作用。 应变率依赖性与剪切稀化/增稠： 深入分析高分子粘度随应变率变化的现象，重点讲解剪切稀化（大多数高分子熔体表现）和剪切增稠（某些特定体系）的原因，并解释其在加工过程中的重要性。 2. 高分子流变行为的微观解释： 高分子链的运动： 从微观层面，探讨高分子链段运动、链运动、链缠结等基本机制。阐述自由体积理论、链滑移理论等模型如何解释宏观流变现象。 分子量与分子量分布的影响： 详细阐述分子量对高分子熔体粘度、玻璃化转变温度、以及动态力学性能的显著影响。深入分析分子量分布的宽窄如何影响流变行为，例如窄分布材料在剪切速率较高时粘度下降更快。 分子结构与构象： 探讨侧基、主链柔性、支化度、交联等分子结构特征如何影响高分子链的运动能力，进而影响宏观流变性能。 缠结与动力学： 详细讲解高分子链缠结的概念，以及缠结对粘度、弹性、应力松弛等性能的影响。介绍缠结模型，如 Doi-Edwards 模型，并讨论其在解释剪切稀化等现象中的应用。 玻璃化转变与分子松弛： 深入剖析玻璃化转变温度（Tg）附近的流变行为，解释在该转变温度区间内材料从“硬而脆”转变为“软而韧”的转变过程。介绍不同尺度的分子松弛机制（如段运动、整体运动）。 3. 高分子流变实验技术： 基本实验装置： 介绍常用的高分子流变仪，包括旋转流变仪（锥板、平行板、同轴圆筒）、毛细管流变仪、拉伸流变仪等。 主要测量模式： 稳态流变测量： 介绍如何通过测量不同应变率下的稳态应力来获得剪切粘度-应变率关系曲线，以及如何进行拉伸粘度测量。 动态流变测量： 重点讲解动态力学分析（DMA），包括小幅度振荡实验（储能模量 G', 损耗模量 G'', 损耗角正切 tanδ）以及它们如何表征材料的粘弹性。介绍频率扫描、温度扫描、时间扫描等实验方法。 瞬态流变测量： 介绍阶跃应变、阶跃应力、卸载等瞬态实验，以及如何通过分析应力松弛、应变恢复等来研究高分子的非线性行为和微观动力学。 数据分析与解释： 讲解如何解读流变实验数据，绘制各种流变曲线，并从中提取关键的流变参数，如零剪切粘度、玻璃化转变温度、松弛时间谱等。 4. 高分子流变学的应用： 高分子加工过程分析： 挤出与注射成型： 详细分析熔体在挤出机螺杆、模头以及注射机流道中的流动行为，解释剪切稀化、剪切增稠、弹性后效等现象在高分子制品质量（如尺寸精度、表面光洁度、内部应力）上的影响。 吹塑与薄膜吹塑： 讲解拉伸粘度在吹塑过程中的重要性，以及如何通过流变学预测和控制吹塑成型过程中壁厚的均匀性。 涂料与油墨： 分析这些流体材料的流变行为如何影响其施涂性、流平性、覆盖性以及最终的涂膜质量。 溶液与分散体系： 探讨高分子溶液（如聚合物溶液、胶束溶液）的流变特性，以及它们在纺丝、成膜、药物传递等领域的应用。 高分子材料设计与性能预测： 分子设计： 通过调整分子结构（分子量、支化度、共聚单体等），预测并优化材料的加工性能和最终使用性能。 配方优化： 例如，在复合材料中，填料、增塑剂等添加剂如何影响基体聚合物的流变行为，从而影响复合材料的加工性和力学性能。 疲劳与蠕变： 解释流变学在预测材料长期力学行为（如蠕变、应力松弛、疲劳寿命）中的作用。 生物流变学： 简要介绍高分子流变学在生物材料领域（如血液、细胞、生物凝胶）的应用，强调其跨学科的重要性。 本书特点： 理论与实践并重： 既深入讲解高分子流变学背后的物理原理和数学模型，又密切联系实际的实验技术和工程应用，使读者能够将理论知识应用于解决实际问题。 由浅入深，循序渐进： 从基本概念入手，逐步引入复杂理论和模型，逻辑清晰，易于理解。 体系完整： 涵盖了高分子流变学的核心内容，为读者构建一个扎实而全面的知识体系。 图文并茂： 配备了大量示意图、实验曲线图和模型图，有助于读者直观理解抽象概念。 适用性强： 既适合作为高等院校材料科学、化学工程、高分子科学等相关专业的教材，也适合从事高分子材料研究、开发和生产的工程师及科研人员参考。 通过对本书的学习，读者将能够深刻理解高分子材料为何会呈现出如此丰富多彩的流动与形变行为，并掌握分析和控制这些行为的关键工具和方法，从而为高分子材料的科学研究和工程应用奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名希望在高分子加工领域有所建树的学生，我深知流变学知识的重要性。这本《高分子流变学基础》可以说是我学习道路上的“灯塔”。它没有止步于理论的陈述，而是将理论与实践紧密结合，为我们提供了解决实际问题的工具和思路。我特别欣赏书中关于“高分子溶液流变学”和“高分子熔体流变学”的章节，它们分别针对不同状态下的高分子材料，详细介绍了各自的流变特性和影响因素。比如，在讲到溶液流变学时，作者详细阐述了溶剂种类、浓度、温度以及聚合物分子量等因素对溶液粘度和剪切行为的影响，并结合了实际的溶解和纺丝过程进行案例分析。而在熔体流变学部分，则重点讨论了温度、剪切速率、加压速率等对聚合物熔体流动行为的影响，以及这些对挤出、注塑等加工工艺的指导意义。书中提供的一些简化的计算模型和数据处理方法，对我日后的科研工作具有非常直接的指导价值。此外，书中关于“表征方法”的介绍，如旋转粘度计、毛细管流变仪等，也让我对如何通过实验手段来获取和分析高分子流变数据有了清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本《高分子流变学基础》简直是我近期读到最硬核的教材之一！作为一名初涉高分子材料领域的研究生，我对流变学的概念一直模模糊糊，总觉得它像是一门玄之又玄的学问。然而，这本书从最基础的概念入手，循序渐进地讲解了什么是流变学，以及它在高分子材料科学中的重要性。它不仅仅是堆砌公式和理论，更深入浅出地解释了各种流变行为背后的物理机制。例如，在讲到剪切变稀和剪切增稠时，作者通过形象的比喻和实例，让我这个门外汉也能窥探到分子链在剪切力作用下的奇妙舞蹈。书中的插图和图表设计也非常用心，那些描绘分子链形变、松弛过程的示意图，简直就是我的“流变学启蒙读物”。而且，它还非常贴心地列举了许多实际应用案例，比如聚合物加工过程中的流动行为预测，这让我立刻感受到了流变学知识的价值，不再觉得它只是纸上谈兵。虽然有些部分推导过程比较严谨，需要反复琢磨，但整体来说，它为我构建了一个扎实的高分子流变学知识体系打下了坚实的基础。我尤其喜欢书中对于“应力松弛”和“蠕变”等概念的细致阐述，让我能清晰地区分这两种看似相似但本质上截然不同的力学响应。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构和内容安排，可以说是教科书级别的典范。它并没有像一些教材那样，为了追求内容的广度而牺牲深度，而是精选了高分子流变学中最核心、最基础的知识点，并将其阐述得淋漓尽致。我个人最欣赏的是它在介绍各种流变模型时，并不是简单地罗列公式，而是会追溯这些模型的由来，以及它们各自的适用范围和局限性。比如，在讲到“卡罗-弗洛伊德模型”和“沃伊格特模型”时，作者会对比它们的数学形式和物理意义，帮助读者理解它们分别代表了哪种分子链的运动机制。而且，书中还穿插了不少“思考题”和“习题”，这些题目往往能引导我们联系实际，将书本上的理论知识应用到解决具体问题中去。我记得有一个关于“高分子熔体的挤出膨胀”的题目，让我思考了很久，最终通过书中介绍的“魏森贝格效应”，才得以茅塞顿开。这种寓教于乐的方式，让我感觉自己不再是被动地接收知识，而是主动地参与到学习过程中。书中的语言风格也比较严谨，但又不失生动，不会让人觉得过于学术化而难以理解。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在读这本书之前，我对高分子流变学的理解非常有限，认为它只是关于“流动”的学问。然而，《高分子流变学基础》彻底颠覆了我的认知。它让我明白，流变学不仅仅是描述物质如何流动，更重要的是揭示物质在受力作用下内在的结构变化和能量耗散过程。书中对“应力”、“应变”、“应力松弛时间”、“蠕变柔度”等核心概念的定义和推导，都非常严谨，并且提供了丰富的实验佐证。我尤其喜欢书中关于“分子链构象变化”和“分子链链段运动”的讨论，它用物理图像和数学模型相结合的方式，解释了高分子材料之所以表现出独特的流变行为，其根本原因在于其分子结构的复杂性和动态性。例如，书中详细描述了高分子在拉伸和剪切过程中的链运动方式，以及这些运动如何影响宏观的流变响应。这让我对高分子材料的微观世界有了更深的认识，也为我理解更复杂的流变现象打下了基础。总而言之，这本书不仅仅是一本教材，更像是一本引人入胜的科普读物，让我对高分子流变学产生了浓厚的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

我之前一直认为高分子流变学是一门非常枯燥的学科，充斥着各种晦涩的数学公式和抽象的概念。然而，翻开这本《高分子流变学基础》之后，我的看法彻底改变了。作者并没有上来就抛出一堆复杂的方程，而是用一种非常“接地气”的方式，从我们日常生活中就能接触到的高分子材料入手，比如牙膏的挤出、蜂蜜的流动，引导我们思考这些现象背后的流变学原理。书中关于“粘度”这个基本概念的讲解，就花了相当大的篇幅，从牛顿流体到非牛顿流体，再到各种复杂的流变模型，作者都用清晰的语言和生动的例子进行阐释，让我觉得不再是死记硬背，而是真的理解了这些概念的内涵。特别值得一提的是，书中对“弹性”和“粘性”这两个高分子材料的本质属性在高分子流变学中的体现，进行了非常深入的剖析。它并没有将两者割裂开来，而是巧妙地将它们融合在一个框架下进行讨论，比如“粘弹性”的概念，通过各种实验数据和模型，让我深刻体会到高分子材料在受到外力作用时，既表现出液体一样的流动性，又表现出固体一样的恢复性。这种多角度的解读方式，极大地拓展了我的认知边界，也让我对高分子材料的复杂性有了更深的敬畏。