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编辑推荐

该书是入选“‘十二五’国家重点出版物出版规划项目”。内容体现如下特色：①先进性——汇集国内外新的研究成果；②全面性——对绿色复合材料作较全面的论述，包括技术要素、经济效益和社会效益的分析；③时效性——阐明绿色复合材料的发展现状和前景以及技术发展方向，对今后的研究和产业具有导向和参考作用。

内容简介

本书沿着高性能复合材料主线，重点论述“绿色”的内容，包括各种不同绿色复合材料的设计、选材、制造、表征和评价等内容，具有如下特色：①先进性——汇集国内外的研究成果；②全面性——对绿色复合材料作较全面的论述，包括技术要素、经济效益和社会效益的分析；③时效性——阐明绿色复合材料的发展现状和前景以及技术发展方向，对今后的研究和产业具有导向和参考作用。

作者简介

唐见茂，教授级高级工程师，从事航空高性能纤维复合材料科研和生产30多年，负责航空结构复合材料研究项目及科研管理，先后完成各种研究项目多项，获部级科技进步奖二等奖和三等奖多项。自20世纪90年代至21世纪初，先后在美国斯坦福大学和香港科技大学开展高性能复合材料重大项目研究及协助指导博士研究生近10年，具有深厚的复合材料专业理论知识和丰富的科研生产实践。在国家重点期刊发表中英论文10多篇；出版《高性能纤维及复合材料》（独著）、《航空材料技术》（主要编著者）、《航空复合材料技术》（主要编著者）等科技著作3部；负责统稿《中国新材料产业发展报告》年度系列报告（2007—2016），并独立撰稿50多万字，全面熟悉和掌握国内外新材料技术及产业发展动态；翻译（中译英）复合材料专著7部120万字。

目录

第1章 概论1
1.1 复合材料概述1
1.1.1 复合原理2
1.1.2 复合效应4
1.2 高性能纤维复合材料的发展历程6
1.2.1 高性能纤维复合材料的优异性能7
1.2.2 复合材料的应用及发展前景9
1.3 高性能纤维复合材料面临可持续发展的挑战14
1.3.1 高性能复合材料是高投入、高成本和高能耗产业15
1.3.2 复合材料回收困难16
1.4 绿色复合材料发展现状及前景17
1.4.1 绿色复合材料的研究现状18
1.4.2 绿色复合材料发展前景22
1.4.3 高性能复合材料绿色化技术23
第2章 绿色复合材料生命周期评价34
2.1 LCA概述34
2.2 LCA.技术框架35
2.2.1 目标和范围确定36
2.2.2 清单分析36
2.2.3 影响评价37
2.2.4 生命周期解释38
2.3 LCA在绿色复合材料中的应用38
2.3.1 木塑复合材料的LCA39
2.3.2 天然纤维复合材料的LCA41
2.3.3 复合材料与金属材料的比较41
2.4 基于LCA的复合材料清洁生产42
2.4.1 基于LCA清洁生产的一般方法43
2.4.2 复合材料清洁生产的研究内容44
第3章 绿色复合材料设计49
3.1 复合材料设计概述49
3.1.1 复合材料设计基础51
3.1.2 复合材料设计原则和方法54
3.2 绿色复合材料设计概述59
3.2.1 绿色设计的价值理念59
3.2.2 绿色复合材料设计原则60
3.2.3 面向产品生命周期的绿色设计60
3.3 绿色复合材料设计选材62
3.3.1 影响设计选材的因素62
3.3.2 设计选材的一般原则62
3.3.3 设计选材步骤63
3.3.4 设计选材的方法64
3.4 面向制造和装配的设计66
3.4.1 复合材料制造工艺质量要求67
3.4.2 复合材料DFM的一般考虑68
第4章 天然纤维增强体70
4.1 高性能天然纤维概述71
4.1.1 天然植物纤维的化学组成71
4.1.2 天然植物纤维的微结构与性能72
4.2 麻纤维增强体74
4.2.1 麻纤维概述74
4.2.2 几种麻纤维增强体76
4.3 竹纤维增强体85
4.3.1 竹纤维概述85
4.3.2 竹纤维增强热固性树脂基复合材料88
4.3.3 竹纤维增强热塑性树脂基复合材料91
4.3.4 竹纤维增强生物树脂基复合材料94
4.4 再生纤维素纤维和纳米纤维素增强体95
4.4.1 再生纤维素纤维增强体95
4.4.2 纳米纤维素增强体97
4.5 天然纤维表面改性研究99
4.5.1 物理改性99
4.5.2 化学改性101
4.6 天然纤维的发展前景102
第5章 绿色复合材料基体——热固性树脂108
5.1 热固性树脂基体概述108
5.2 环氧树脂111
5.2.1 环氧树脂的结构及性能特点111
5.2.2 环氧树脂的合成与分类113
5.2.3 环氧树脂固化117
5.2.4 环氧树脂改性124
5.2.5 环氧树脂基绿色复合材料129
5.3 酚醛树脂132
5.3.1 酚醛树脂概述132
5.3.2 酚醛树脂的合成与性能特点133
5.3.3 酚醛树脂固化138
5.3.4 酚醛树脂改性139
5.3.5 酚醛树脂基绿色复合材料143
5.4 不饱和聚酯树脂145
5.4.1 不饱和聚酯树脂的合成、分类及应用146
5.4.2 不饱和聚酯树脂的改性156
5.4.3 不饱和聚酯树脂的应用分类160
第6章 绿色复合材料基体——热塑性树脂164
6.1 热塑性树脂基体概述164
6.2 常用的热塑性树脂基体166
6.2.1 聚丙烯166
6.2.2 聚乙烯169
6.2.3 聚酰胺树脂170
6.2.4 PBT树脂172
6.3 高性能热塑性树脂基体173
6.3.1 高性能热塑性树脂的性能优点173
6.3.2 高性能热塑性复合材料的应用175
6.4 热塑性树脂基绿色复合材料177
6.4.1 植物纤维增强热塑性复合材料177
6.4.2 长纤维增强热塑性塑料181
第7章 绿色复合材料树脂基体——生物降解树脂190
7.1 生物降解树脂190
7.1.1 生物降解高分子材料概述190
7.1.2 生物降解高分子材料的降解机理193
7.2 聚乳酸195
7.2.1 聚乳酸的结构与性能196
7.2.2 聚乳酸的合成198
7.2.3 聚乳酸的降解200
7.2.4 聚乳酸的改性201
7.2.5 聚乳酸的应用203
7.3 聚羟基脂肪酸酯205
7.3.1 PHA.概述205
7.3.2 PHBV的研究207
7.3.3 PHBV基绿色复合材料.211
7.4 聚己内酯211
7.4.1 ε己内酯212
7.4.2 聚己内酯215
7.4.3 聚己内酯的改性218
7.4.4 聚己内酯的应用.221
7.5 聚丁二酸丁二醇酯222
7.5.1 PBS结构与性能222
7.5.2 PBS的合成224
7.5.3 PBS的改性225
7.5.4 PBS基绿色复合材料226
7.6 生物树脂基复合材料研究进展226
7.6.1 生物树脂基复合材料发展现状227
7.6.2 生物树脂基复合材料研究重点228
第8章 绿色复合材料成型工艺及制造技术237
8.1 树脂基复合材料成型工艺概述237
8.1.1 复合材料成型工艺过程.237
8.1.2 复合材料成型制造特点240
8.1.3 复合材料成型工艺发展241
8.2 复合材料成型工艺质量控制243
8.2.1 复合材料成型工艺质量要求244
8.2.2 复合材料工艺质量控制245
8.3 绿色复合材料成型工艺与制造技术249
8.3.1 模具技术249
8.3.2 预浸料技术252
8.3.3 复合材料湿法成型工艺257
8.3.4 树脂传递成型及派生技术261
8.3.5 复合材料干法成型工艺273
第9章 绿色复合材料表征、测试和性能评价290
9.1 绿色复合材料表征、测试和评价概述290
9.2 原材料表征技术293
9.2.1 红外光谱分析294
9.2.2 色谱分析298
9.2.3 热分析301
9.3 预浸料表征技术308
9.3.1 树脂基体308
9.3.2 增强材料309
9.3.3 预浸料的工艺性能310
9.4 复合材料表征技术311
9.4.1 拉伸试验312
9.4.2 压缩试验315
9.4.3 面内剪切试验316
9.4.4 层间剪切试验318
9.4.5 弯曲试验318
9.4.6 微观检测技术320
9.5 复合材料结构表征技术321
9.5.1 开孔拉伸和开孔压缩321
9.5.2 层间断裂韧性322
9.5.3 冲击后压缩强度323
9.5.4 复合材料环境性能表征325
9.6 复合材料质量评价328
9.6.1 破坏型质量评价328
9.6.2 非破坏型质量评价328

前言/序言

谈及复合材料，应该首先从材料说起，对于材料，人们并不陌生，“材充环宇，料满天下”，我们生活的这个世界，可以说就是由各种材料组成，房屋、汽车、高速列车、航空航天、船舶、机械、电脑、互联网、医疗、运动、休闲等都离不开材料。尽管如此，但目前还没有一个共同约定的关于材料的准确定义。一般而言，材料是指具有一定的化学成分与分子结构，以及能提供一定的物理和化学性能，使其可用来制造各种产品和工具的物质。应该说，这个定义非常广泛，它几乎涉及人类生活、工作和学习的方方面面，以及所有的现代高技术领域和现代化产业体系。所以说材料是人类物质文明的基础，也是现代高新技术和产业的基础和先导。
人类数千年的物质文明发展，特别是200多年来的现代工业发展，成就了材料发展的无比辉煌，现在可供人类使用的材料达50 000多种，而且高性能、高功能、多功能、智能化的新型材料还在陆续开发。一方面，随着现代高新技术的发展，材料的提取、合成、制造、加工、改性、应用等技术水平，达到了空前的高度，为人类的未来展现出非常光辉的前景。另一方面，所有的材料都是用资源换取的，全球的资源只有两大类，一类是不可再生资源，一类是可再生资源。目前全球资源的状况是：不可再生资源在日益枯竭，可再生资源还未得到充分的开发利用。这就是绿色材料和材料绿色化异军突起的根本原因，而其中绿色复合材料的开发和应用将发挥极其重要的作用。
材料按照其化学组成，可分为金属材料、无机非金属材料和有机非金属材料（以合成高分子材料为主）三大类。由于复合材料品种越来越多，产量越来越大，应用越来越广泛，在材料学科中的地位和作用越来越重要，因此现在有的分类把复合材料列为第四大类材料，但从材料的属性来看，复合材料只不过是上述三大类材料以不同方式进行组合或复合而得到的一大类材料。
在复合材料大家族中，绿色复合材料算是新增的成员。自20世纪90年代起，其地位迅速上升，原因不言而喻。人类赖以生存的地球所面临的资源、能源和环境问题日益迫切，促使人们去寻找一种新的发展理念和模式，也就是现在言必提及的可持续发展的理念和模式。
“可持续发展是指既满足当代人需要，又不损害后代人满足需要的能力的发展。”（《我们共同的未来》，世界环境与发展委员会，1987年）对于材料科技和产业发展而言，就是要实现从产品设计、材料提取和选用、加工制造、服役和使用、回收再生的整个生命周期的绿色化和生态化，即要实现从传统的“从摇篮到坟墓”（from cradle to grave）到“从摇篮到再生”（from cradle to gate）的根本性转变，绿色材料和绿色复合材料在这方面大有作为。
绿色复合材料是一个内容极为丰富的概念，现在还没有一个普遍接受的定义。从“绿色”的概念出发，目前绿色复合材料可以分为两类：一是指至少有一种组分材料是可降解的复合材料，发展主流是用可全降解的高性能天然植物纤维与全降解的生物聚合物复合而成的一类复合材料，有人称为100%的绿色复合材料；二是其他复合材料，包括航空航天等高端应用的高性能复合材料的绿色化，涉及绿色设计、绿色制造、退役产品的回收和再生利用等。从可持续发展的要求出发，绿色复合材料将展现出非常广阔的发展前景。
近年来，绿色复合材料成了材料大家族中的新秀，究其原因，一是原材料来自取之不尽用之不竭的可再生自然资源，如纤维素、木质素、淀粉、蛋白质、核壳糖等，相对于石化原料，具有资源上的优势；二是绿色复合材料退役制品和废弃物可自然降解，最后变成CO2 和H2O，回到大自然中去，不产生环境负荷。这两方面都是实现可持续发展的非常重要的条件。
绿色复合材料在全球范围内的研究、开发和应用已逐渐成为材料学科和材料技术发展的一种趋势，在材料设计、原材料提取、制造加工、产品使用、回收再生以及产业化等方面取得重要进展，在汽车、高铁、建筑、船艇、城市园林等方面的应用迅速扩大，随着石化高分子材料及其复合材料的资源日渐短缺，绿色复合材料对可持续发展的地位和作用将更为突出。
在签约本书之前，曾经有过犹豫，作为一个在航空航天复合材料圈子里转悠近40年的科技工作者，对复合材料自然有一种难以割舍的情结，但毕竟对“绿色”的知识、内容和前景的了解和掌握有限，最后恐难尽如人意，但怀着为可持续发展做一点努力的愿望，我完成了这部国内类似书籍尚属不多的著作，希望来为我国新材料绿色化的可持续发展能起到一点作用。
绿色复合材料仍未脱出复合材料的范畴，所以本书思路基本是沿着高性能复合材料主线，着重论述“绿色”的内容，包括设计、选材、制造、表征及评价等，本书可供从事复合材料的科研、生产、教学人员以及职能部门和中介咨询机构阅读和参考。
编著者2016年6月于北京

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