描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 精装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030783592丛书名: “十四五”时期国家重点出版物出版专项规划项目
内容简介
《高分子薄膜加工原理》为“材料先进成型与加工技术丛书”之一。高分子薄膜种类繁多，应用面非常广，涉及的制备技术有很多种类。使用不同的高分子材料，通过不同的薄膜加工方法制备的高分子薄膜制品性能会有很大差异，实际的应用领域及用途也不尽相同。从物理原理出发，理解高分子薄膜加工对实际的薄膜制造，特别是高端薄膜制造具有重要的指导意义。《高分子薄膜加工原理》聚焦高分子薄膜加工原理，涵盖了高分子薄膜加工过程中涉及的基本物理问题，包括流变、结晶、相分离、结构重构及退火。除此之外，介绍了研究高分子薄膜加工原理的同步辐射原位检测装置与方法。*后通过一些具体案例来展示如何将加工原理应用到实际薄膜加工过程中。
目 录
目录
“材料先进成型与加工技术丛书”总序
前言
第1章 绪论1
1.1 高分子薄膜定义1
1.2 高分子薄膜分类2
1.2.1 按照应用领域类型分类2
1.2.2 按照加工工艺分类3
1.3 高分子薄膜加工原理5
1.3.1 高分子薄膜加工流变5
1.3.2 流动场诱导高分子结晶6
1.3.3 高分子薄膜加工中的相分离7
1.3.4 后拉伸加工中的结构重构8
1.3.5 高分子薄膜的退火8
1.4 本书主要研究内容9
参考文献10
第2章 高分子薄膜加工流变12
2.1 加工流变学的基本概念13
2.1.1 应力度量13
2.1.2 形变率度量14
2.1.3 物质导数15
2.1.4 简单流动16
2.2 高分子流变本构模型18
2.2.1 广义牛顿模型19
2.2.2 黏弹性模型21
2.2.3 无量纲特征数26
2.3 基本输运方程与数值分析26
2.3.1 流动基本方程27
2.3.2 混合有限元方法31
2.3.3 稳定化算法35
2.4 高分子薄膜加工中的数值模拟37
2.4.1 薄膜流延模拟38
2.4.2 薄膜斜向拉伸模拟53
2.4.3 涂布成膜模拟60
参考文献67
第3章 流动场诱导高分子结晶72
3.1 高分子静态结晶基础73
3.1.1 **成核理论74
3.1.2 高分子晶体生长模型76
3.2 流动场诱导结晶基础79
3.2.1 流动场改变晶体形态79
3.2.2 流动场诱导新晶型81
3.2.3 流动场加速结晶动力学82
3.3 流动场诱导结晶的分子机理84
3.3.1 串晶生成的卷*-伸展转变模型84
3.3.2 CST在高缠结体系中的适用性86
3.3.3 串晶形成的拉伸网络模型89
3.3.4 串晶形成的魅影-成核模型91
3.3.5 小结94
3.4 流动场诱导结晶的热力学模型95
3.4.1 流动场加速结晶的熵减模型95
3.4.2 流动场诱导链伸展与取向96
3.4.3 流动场诱导新晶型与新形态100
3.4.4 统一FIC的热力学唯象模型101
3.4.5 小结104
3.5 多步成核分子模型104
3.5.1 流动场诱导熔体记忆效应105
3.5.2 流动场诱导构象有序106
3.5.3 多尺度有序结构间的耦合110
3.5.4 小结113
3.6 流动场诱导结晶的非平衡特性和多维流动场调控晶体三维取向114
3.6.1 流动场诱导结晶非平衡相图114
3.6.2 多维流动场调控晶体三维取向116
3.6.3 小结117
3.7 链柔顺性和连接性对高分子成核的影响117
3.7.1 链柔顺性对高分子成核的影响118
3.7.2 链连接性对高分子成核的影响123
参考文献128
第4章 高分子薄膜加工中的相分离132
4.1 相分离热力学133
4.1.1 高分子混合体系相分离热力学原理133
4.1.2 高分子混合体系相分离热力学相图137
4.2 相分离动力学145
4.2.1 旋节相分离145
4.2.2 流动场诱导相分离149
4.2.3 奥斯特瓦尔德熟化151
4.3 薄膜加工中的相分离152
4.3.1 热致相分离（温度诱导）153
4.3.2 非溶剂致相分离（非溶剂诱导）155
4.3.3 非溶剂热致相分离（协同作用诱导）156
4.3.4 凝胶化（化学键或物理相互作用诱导）156
4.4 薄膜加工中的相分离相图158
4.4.1 iPP/iPB-1158
4.4.2 UHMWPE与白油混合体系160
4.4.3 PVA与水混合体系161
4.4.4 TAC与二氯甲烷混合体系162
4.4.5 PAN与DMSO混合体系162
4.5 应用实例163
4.5.1 高分子共混体系—消光膜163
4.5.2 UHMWPE湿法流延166
4.5.3 PAN溶液涂覆成膜168
参考文献170
第5章 薄膜后拉伸加工中的结构重构172
5.1 引言172
5.2 拉伸过程中的屈服行为172
5.3 拉伸诱导半晶高分子结构重构**模型174
5.3.1 晶体滑移177
5.3.2 晶体-晶体转变179
5.3.3 熔融再结晶184
5.3.4 无定形相结构转变194
5.3.5 小结195
5.4 拉伸诱导半晶高分子结构重构新模型195
5.4.1 拉伸诱导晶体链构象无序化195
5.4.2 拉伸诱导片晶簇屈*失稳199
5.4.3 拉伸诱导片晶间无定形相微相分离205
5.4.4 多种形变机理的协同—干法单拉iPP隔膜加工209
5.5 双向拉伸iPP微孔膜形成机理213
5.6 高分子薄膜在反应拉伸中的结构重构216
5.7 拉伸诱导无定形高分子薄膜结构转变与性能219
参考文献223
第6章 高分子薄膜退火228
6.1 冷结晶229
6.1.1 高分子的冷结晶过程及原理229
6.1.2 结晶动力学231
6.2 退火中的二次结晶233
6.3 初始结构对退火中结晶的影响235
6.4 退火中的晶型转变240
6.5 退火中的三相结构244
6.5.1 半晶高分子三相模型244
6.5.2 三相含量的计算方法245
6.5.3 极限温度245
6.5.4 三相含量的温度调控246
6.5.5 三相含量对高分子材料性能的影响247
6.6 退火处理应用案例250
6.6.1 iPP硬弹性体的退火250
6.6.2 PET除湿干燥252
6.6.3 预拉伸与退火协同控制PET晶粒尺寸256
参考文献258
第7章 高分子薄膜加工同步辐射原位研究装置与方法261
7.1 同步辐射262
7.1.1 同步辐射简介262
7.1.2 同步辐射与高分子薄膜264
7.1.3 小角散射实验站265
7.2 流动场诱导高分子结晶原位研究装置266
7.2.1 原位纤维剪切流变装置267
7.2.2 多维流动场原位挤出流变装置269
7.2.3 原位伸展流变装置273
7.3 高分子薄膜后拉伸原位研究装置275
7.3.1 原位快速拉伸流变装置275
7.3.2 原位低温拉伸流变装置280
7.3.3 原位高温高压拉伸流变装置282
7.3.4 原位单轴受限拉伸流变装置284
7.3.5 原位溶液拉伸流变装置289
7.4 模拟高分子薄膜加工的大型原位研究装备292
7.4.1 原位双向拉伸流变装备292
7.4.2 原位挤出吹膜装备296
7.5 其他高分子材料同步辐射原位研究技术298
7.5.1 同步辐射显微红外成像技术299
7.5.2 同步辐射纳米X射线计算机断层扫描成像技术303
7.6 同步辐射X射线散射数据处理306
7.6.1 宽角X射线散射数据处理306
7.6.2 小角X射线散射数据处理310
参考文献313
第8章 聚乙烯吹膜加工316
8.1 吹膜加工原理及工艺317
8.1.1 吹膜加工方式317
8.1.2 吹膜加工工艺流程318
8.1.3 吹膜工艺参数324
8.1.4 吹膜料325
8.2 加工外场对吹膜过程的影响328
8.2.1 聚乙烯吹膜加工结构演化规律329
8.2.2 温度场与流动场对吹膜结晶动力学的影响339
8.2.3 高分子拓扑结构对吹膜结晶动力学的影响352
8.2.4 生物可降解薄膜加工359
8.3 功能型薄膜制备363
8.3.1 内添加364
8.3.2 外涂覆367
8.4 性能评价370
8.4.1 光学性能371
8.4.2 力学性能372
8.4.3 表面性能372
8.4.4 其他性能373
参考文献373
第9章 TAC膜的溶液流延加工375
9.1 光学膜375
9.2 TAC光学膜376
9.2.1 保护膜377
9.2.2 补偿膜377
9.3 TAC光学膜的加工流程380
9.3.1 棉胶的制备380
9.3.2 流延成膜384
9.3.3 干燥过程386
9.3.4 拉伸过程387
9.4 TAC膜后拉伸加工的物理研究388
9.4.1 TAC膜在不同温度下单向拉伸加工过程中的结构演化388
9.4.2 TAC膜在高温高压蒸汽下拉伸加工过程中的结构演化396
9.5 TAC膜的性能评价407
9.5.1 力学性能407
9.5.2 光学性能407
9.5.3 其他性能413
参考文献414
第10章 超高分子量聚乙烯湿法隔膜双向拉伸加工417
10.1 锂离子电池隔膜简介418
10.2 湿法锂离子电池隔膜加工流程420
10.2.1 配比投料420
10.2.2 挤出流延421
10.2.3 纵向拉伸422
10.2.4 横向拉伸423
10.2.5 萃取干燥424
10.2.6 扩幅定型425
10.3 湿法隔膜加工机理425
10.3.1 挤出流延过程中湿法隔膜相分离行为426
10.3.2 纵向拉伸：纵拉比-温度二维空间中结构演化428
10.3.3 横向拉伸：不同纵拉比下横向拉伸过程中结构演化436
10.3.4 扩幅定型445
10.4 性能评价447
10.4.1 基本性能448
10.4.2 力学性能450
10.4.3 热性能452
10.4.4 电化学性能454
参考文献455
第11章 聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜双向拉伸加工458
11.1 BOPET薄膜应用分类458
11.2 BOPET薄膜的加工流程461
11.2.1 物料干燥462
11.2.2 熔融挤出463
11.2.3 流延铸片465
11.2.4 纵向拉伸467
11.2.5 在线涂布469
11.2.6 横向拉伸470
11.2.7 其他辅助系统471
11.3 BOPET薄膜加工典型物理过程研究471
11.3.1 玻璃化转变温度以上PET拉伸过程中的结构演化过程472
11.3.2 拉伸温度对取向和结晶的影响474
11.3.3 拉伸速率对取向和结晶的影响478
11.3.4 初始预取向结构对链取向和结晶的影响482
11.4 BOPET薄膜性能与检测489
11.4.1 厚度均匀性489
11.4.2 力学性能489
11.4.3 光学性能490
11.4.4 热性能491
11.4.5 其他性能491
参考文献491
关键词索引493
“材料先进成型与加工技术丛书”总序
前言
第1章 绪论1
1.1 高分子薄膜定义1
1.2 高分子薄膜分类2
1.2.1 按照应用领域类型分类2
1.2.2 按照加工工艺分类3
1.3 高分子薄膜加工原理5
1.3.1 高分子薄膜加工流变5
1.3.2 流动场诱导高分子结晶6
1.3.3 高分子薄膜加工中的相分离7
1.3.4 后拉伸加工中的结构重构8
1.3.5 高分子薄膜的退火8
1.4 本书主要研究内容9
参考文献10
第2章 高分子薄膜加工流变12
2.1 加工流变学的基本概念13
2.1.1 应力度量13
2.1.2 形变率度量14
2.1.3 物质导数15
2.1.4 简单流动16
2.2 高分子流变本构模型18
2.2.1 广义牛顿模型19
2.2.2 黏弹性模型21
2.2.3 无量纲特征数26
2.3 基本输运方程与数值分析26
2.3.1 流动基本方程27
2.3.2 混合有限元方法31
2.3.3 稳定化算法35
2.4 高分子薄膜加工中的数值模拟37
2.4.1 薄膜流延模拟38
2.4.2 薄膜斜向拉伸模拟53
2.4.3 涂布成膜模拟60
参考文献67
第3章 流动场诱导高分子结晶72
3.1 高分子静态结晶基础73
3.1.1 **成核理论74
3.1.2 高分子晶体生长模型76
3.2 流动场诱导结晶基础79
3.2.1 流动场改变晶体形态79
3.2.2 流动场诱导新晶型81
3.2.3 流动场加速结晶动力学82
3.3 流动场诱导结晶的分子机理84
3.3.1 串晶生成的卷*-伸展转变模型84
3.3.2 CST在高缠结体系中的适用性86
3.3.3 串晶形成的拉伸网络模型89
3.3.4 串晶形成的魅影-成核模型91
3.3.5 小结94
3.4 流动场诱导结晶的热力学模型95
3.4.1 流动场加速结晶的熵减模型95
3.4.2 流动场诱导链伸展与取向96
3.4.3 流动场诱导新晶型与新形态100
3.4.4 统一FIC的热力学唯象模型101
3.4.5 小结104
3.5 多步成核分子模型104
3.5.1 流动场诱导熔体记忆效应105
3.5.2 流动场诱导构象有序106
3.5.3 多尺度有序结构间的耦合110
3.5.4 小结113
3.6 流动场诱导结晶的非平衡特性和多维流动场调控晶体三维取向114
3.6.1 流动场诱导结晶非平衡相图114
3.6.2 多维流动场调控晶体三维取向116
3.6.3 小结117
3.7 链柔顺性和连接性对高分子成核的影响117
3.7.1 链柔顺性对高分子成核的影响118
3.7.2 链连接性对高分子成核的影响123
参考文献128
第4章 高分子薄膜加工中的相分离132
4.1 相分离热力学133
4.1.1 高分子混合体系相分离热力学原理133
4.1.2 高分子混合体系相分离热力学相图137
4.2 相分离动力学145
4.2.1 旋节相分离145
4.2.2 流动场诱导相分离149
4.2.3 奥斯特瓦尔德熟化151
4.3 薄膜加工中的相分离152
4.3.1 热致相分离（温度诱导）153
4.3.2 非溶剂致相分离（非溶剂诱导）155
4.3.3 非溶剂热致相分离（协同作用诱导）156
4.3.4 凝胶化（化学键或物理相互作用诱导）156
4.4 薄膜加工中的相分离相图158
4.4.1 iPP/iPB-1158
4.4.2 UHMWPE与白油混合体系160
4.4.3 PVA与水混合体系161
4.4.4 TAC与二氯甲烷混合体系162
4.4.5 PAN与DMSO混合体系162
4.5 应用实例163
4.5.1 高分子共混体系—消光膜163
4.5.2 UHMWPE湿法流延166
4.5.3 PAN溶液涂覆成膜168
参考文献170
第5章 薄膜后拉伸加工中的结构重构172
5.1 引言172
5.2 拉伸过程中的屈服行为172
5.3 拉伸诱导半晶高分子结构重构**模型174
5.3.1 晶体滑移177
5.3.2 晶体-晶体转变179
5.3.3 熔融再结晶184
5.3.4 无定形相结构转变194
5.3.5 小结195
5.4 拉伸诱导半晶高分子结构重构新模型195
5.4.1 拉伸诱导晶体链构象无序化195
5.4.2 拉伸诱导片晶簇屈*失稳199
5.4.3 拉伸诱导片晶间无定形相微相分离205
5.4.4 多种形变机理的协同—干法单拉iPP隔膜加工209
5.5 双向拉伸iPP微孔膜形成机理213
5.6 高分子薄膜在反应拉伸中的结构重构216
5.7 拉伸诱导无定形高分子薄膜结构转变与性能219
参考文献223
第6章 高分子薄膜退火228
6.1 冷结晶229
6.1.1 高分子的冷结晶过程及原理229
6.1.2 结晶动力学231
6.2 退火中的二次结晶233
6.3 初始结构对退火中结晶的影响235
6.4 退火中的晶型转变240
6.5 退火中的三相结构244
6.5.1 半晶高分子三相模型244
6.5.2 三相含量的计算方法245
6.5.3 极限温度245
6.5.4 三相含量的温度调控246
6.5.5 三相含量对高分子材料性能的影响247
6.6 退火处理应用案例250
6.6.1 iPP硬弹性体的退火250
6.6.2 PET除湿干燥252
6.6.3 预拉伸与退火协同控制PET晶粒尺寸256
参考文献258
第7章 高分子薄膜加工同步辐射原位研究装置与方法261
7.1 同步辐射262
7.1.1 同步辐射简介262
7.1.2 同步辐射与高分子薄膜264
7.1.3 小角散射实验站265
7.2 流动场诱导高分子结晶原位研究装置266
7.2.1 原位纤维剪切流变装置267
7.2.2 多维流动场原位挤出流变装置269
7.2.3 原位伸展流变装置273
7.3 高分子薄膜后拉伸原位研究装置275
7.3.1 原位快速拉伸流变装置275
7.3.2 原位低温拉伸流变装置280
7.3.3 原位高温高压拉伸流变装置282
7.3.4 原位单轴受限拉伸流变装置284
7.3.5 原位溶液拉伸流变装置289
7.4 模拟高分子薄膜加工的大型原位研究装备292
7.4.1 原位双向拉伸流变装备292
7.4.2 原位挤出吹膜装备296
7.5 其他高分子材料同步辐射原位研究技术298
7.5.1 同步辐射显微红外成像技术299
7.5.2 同步辐射纳米X射线计算机断层扫描成像技术303
7.6 同步辐射X射线散射数据处理306
7.6.1 宽角X射线散射数据处理306
7.6.2 小角X射线散射数据处理310
参考文献313
第8章 聚乙烯吹膜加工316
8.1 吹膜加工原理及工艺317
8.1.1 吹膜加工方式317
8.1.2 吹膜加工工艺流程318
8.1.3 吹膜工艺参数324
8.1.4 吹膜料325
8.2 加工外场对吹膜过程的影响328
8.2.1 聚乙烯吹膜加工结构演化规律329
8.2.2 温度场与流动场对吹膜结晶动力学的影响339
8.2.3 高分子拓扑结构对吹膜结晶动力学的影响352
8.2.4 生物可降解薄膜加工359
8.3 功能型薄膜制备363
8.3.1 内添加364
8.3.2 外涂覆367
8.4 性能评价370
8.4.1 光学性能371
8.4.2 力学性能372
8.4.3 表面性能372
8.4.4 其他性能373
参考文献373
第9章 TAC膜的溶液流延加工375
9.1 光学膜375
9.2 TAC光学膜376
9.2.1 保护膜377
9.2.2 补偿膜377
9.3 TAC光学膜的加工流程380
9.3.1 棉胶的制备380
9.3.2 流延成膜384
9.3.3 干燥过程386
9.3.4 拉伸过程387
9.4 TAC膜后拉伸加工的物理研究388
9.4.1 TAC膜在不同温度下单向拉伸加工过程中的结构演化388
9.4.2 TAC膜在高温高压蒸汽下拉伸加工过程中的结构演化396
9.5 TAC膜的性能评价407
9.5.1 力学性能407
9.5.2 光学性能407
9.5.3 其他性能413
参考文献414
第10章 超高分子量聚乙烯湿法隔膜双向拉伸加工417
10.1 锂离子电池隔膜简介418
10.2 湿法锂离子电池隔膜加工流程420
10.2.1 配比投料420
10.2.2 挤出流延421
10.2.3 纵向拉伸422
10.2.4 横向拉伸423
10.2.5 萃取干燥424
10.2.6 扩幅定型425
10.3 湿法隔膜加工机理425
10.3.1 挤出流延过程中湿法隔膜相分离行为426
10.3.2 纵向拉伸：纵拉比-温度二维空间中结构演化428
10.3.3 横向拉伸：不同纵拉比下横向拉伸过程中结构演化436
10.3.4 扩幅定型445
10.4 性能评价447
10.4.1 基本性能448
10.4.2 力学性能450
10.4.3 热性能452
10.4.4 电化学性能454
参考文献455
第11章 聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜双向拉伸加工458
11.1 BOPET薄膜应用分类458
11.2 BOPET薄膜的加工流程461
11.2.1 物料干燥462
11.2.2 熔融挤出463
11.2.3 流延铸片465
11.2.4 纵向拉伸467
11.2.5 在线涂布469
11.2.6 横向拉伸470
11.2.7 其他辅助系统471
11.3 BOPET薄膜加工典型物理过程研究471
11.3.1 玻璃化转变温度以上PET拉伸过程中的结构演化过程472
11.3.2 拉伸温度对取向和结晶的影响474
11.3.3 拉伸速率对取向和结晶的影响478
11.3.4 初始预取向结构对链取向和结晶的影响482
11.4 BOPET薄膜性能与检测489
11.4.1 厚度均匀性489
11.4.2 力学性能489
11.4.3 光学性能490
11.4.4 热性能491
11.4.5 其他性能491
参考文献491
关键词索引493
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