海洋工程材料丛书--海洋工程聚合物基复合材料 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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肇研，蔡斌 编

图书标签:

• 海洋工程
• 复合材料
• 聚合物
• 材料科学
• 工程材料
• 海洋材料
• 复合材料力学
• 耐久性
• 腐蚀
• 结构工程

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122270009

版次：1

商品编码：11995445

包装：精装

丛书名： 海洋工程材料丛书

开本：16开

出版时间：2017-01-01

用纸：胶版纸

页数：262

字数：390000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：本书主要面对从事海洋工程建设工作的科学工作者、研究人员及技术工人，能为其提供关于聚合物基复合材料的全面认识；同时能为聚合物基复合材料专业的本科生、研究生、教师及学者提供参考。
国家出版基金项目、“十三五”国家重点图书，是在中国工程院“中国海洋工程关键材料发展战略研究”重大咨询项目的支持完成的。要面对从事海洋工程建设工作的科学工作者、研究人员及技术工人，能为其提供关于聚合物基复合材料的全面认识，为海洋工程建设事业提供帮助。

内容简介

《海洋工程聚合物基复合材料》是国家出版基金项目“海洋工程材料丛书”的分册之一。
本书以基本概念的引入和基础知识的讲解为切入点，介绍了海洋工程聚合物基复合材料的原材料体系、成型工艺、性能检测、结构设计，并根据国内外现有的应用实例，对其在我国今后海洋工程建设中的发展前景做了展望，书中介绍了多种材料的常用牌号，以及常用制备工艺的工艺流程和设备示意图，能让从事不同研究方向的读者都能有所收获，进而为海洋工程的建设提供帮助。
本书主要面对从事海洋工程建设工作的科学工作者、研究人员及技术工人，能为其提供关于聚合物基复合材料的全面认识；同时能为聚合物基复合材料专业的本科生、研究生、教师及学者提供参考。

作者简介

肇研，北京航空航天大学，教授 博导，2002 年于北京航空航天大学获得工学博士学位，2002 年至2005 年期间分别在德国和加拿大做访问学者。2005年回北京航空航天大学材料科学与工程学院继续工作。近年来主要从事先进聚合物基复合材料和纳米材料等领域的研究工作，包括复合材料界面、湿热老化性能及电磁性能等方面的研究，纳米材料（如碳纳米管、石墨烯等）的制备方法、分散特性和表面功能化等研究。承担及参加国家“863”、 国防“973”、总装预研、基础科研等十几项课题的研究工作。分别获得国防科学技术进步二等奖两项、教育部科学技术进步三等奖一项。在该领域的国际和国内期刊发表论文百余篇，获批发明专利十二项、实用新型一项。

目录

第1章绪论
1.1海洋环境1
1.2聚合物基复合材料的定义5
1.3聚合物基复合材料的命名及分类5
1.3.1复合材料的命名5
1.3.2复合材料的分类6
1.4我国海洋工程用复合材料的发展意义与思考6
1.4.1复合材料对海军舰艇的发展意义6
1.4.2复合材料在海工装备中应用的优势8
1.4.3我国海洋工程用复合材料中的应用差距9
1.4.4海洋工程复合材料面临的问题探讨9
参考文献11

第2章海洋工程聚合物基复合材料的材料体系
2.1纤维增强材料及其织物12
2.1.1玻璃纤维及其织物12
2.1.2碳纤维及其织物20
2.1.3芳纶纤维及其织物31
2.1.4超高分子量聚乙烯纤维36
2.1.5碳纳米纤维40
2.2树脂基体材料43
2.2.1概述43
2.2.2不饱和聚酯树脂44
2.2.3乙烯基树脂45
2.2.4环氧树脂47
2.2.5双马来酰亚胺树脂50
2.2.6聚酰亚胺树脂52
2.2.7氰酸酯树脂53
2.2.8聚芳醚类热塑性树脂54
2.2.9杂萘联苯聚芳醚58
2.3夹芯材料60
2.3.1泡沫夹芯60
2.3.2巴萨木61
参考文献61

第3章海洋工程聚合物基复合材料的成型方法
3.1液体模塑成型工艺65
3.1.1液体模塑成型工艺简介65
3.1.2液体模塑成型工艺类型65
3.1.3设备及辅助用具70
3.1.4预成型体72
3.2缠绕成型工艺74
3.2.1缠绕成型工艺简介74
3.2.2纤维缠绕工艺类型75
3.2.3设备及辅助用具81
3.3拉挤成型工艺83
3.3.1拉挤成型工艺简介83
3.3.2拉挤成型工艺类型85
3.3.3设备及辅助用具87
3.4模压成型工艺89
3.4.1模压成型工艺简介89
3.4.2模压成型工艺类型90
3.4.3设备及辅助用具91
3.4.4模压料95
3.5热压罐成型工艺96
3.5.1热压罐成型工艺简介96
3.5.2设备及辅助用具97
3.5.3预浸料99
3.6喷射成型工艺102
3.6.1喷射成型工艺简介102
3.6.2成型设备103
3.7手糊成型工艺104
3.7.1手糊成型工艺简介104
3.7.2设备及辅助用具105
3.8注射成型工艺106
3.8.1注射成型工艺简介106
3.8.2设备和辅助用具107
参考文献108

第4章海洋工程聚合物基复合材料的性能表征
4.1组成材料性能表征111
4.1.1纤维111
4.1.2织物114
4.1.3基体树脂118
4.1.4预浸料121
4.2复合材料基本性能表征122
4.2.1复合材料物理性能表征122
4.2.2复合材料力学性能表征123
4.3复合材料耐海洋环境表征126
4.3.1耐老化性能126
4.3.2应力腐蚀131
4.3.3耐冲刷性能132
4.3.4耐空蚀性能132
4.3.5耐深海环境性能133
4.4复合材料功能性表征134
4.4.1阻尼性能134
4.4.2声学性能136
4.4.3隐身性能138
4.4.4防火性能140
4.5无损检测143
4.5.1超声无损检测147
4.5.2激光错位散斑检测148
4.5.3X射线检测149
4.6质量一致性评价150
参考文献152

第5章海洋工程聚合物基复合材料的结构设计与分析
5.1结构设计特点及要求154
5.1.1设计特点154
5.1.2海洋环境、功能性、动力学、验证等方面的要求156
5.2设计原则与一般流程158
5.2.1结构设计一般原则158
5.2.2结构设计一般流程159
5.3结构设计选材及工艺160
5.3.1海洋工程对材料的一般性要求161
5.3.2材料选材原则162
5.3.3海洋工程用聚合物基复合材料结构对成型工艺的一般性要求164
5.4结构形式的设计选型165
5.4.1层合板加筋结构165
5.4.2层合板夹芯结构166
5.4.3多层结构166
5.5结构强度与刚度的设计分析167
5.5.1复合材料结构设计167
5.5.2复合材料结构刚度设计168
5.5.3复合材料结构强度设计169
5.5.4复合材料结构屈曲设计169
5.5.5许用值的确定及应用170
5.5.6安全系数171
5.6功能性设计171
5.6.1声学设计171
5.6.2动力学设计178
5.6.3隐身设计182
5.7复合材料连接设计188
5.7.1复合材料连接的分类与特点188
5.7.2机械连接设计189
5.7.3胶接连接设计192
5.8环境影响及防护196
5.9复合材料维修设计198
5.9.1复合材料损伤类型及检测198
5.9.2复合材料损伤的维修200
参考文献201

第6章聚合物基复合材料在海洋工程中的应用与展望
6.1复合材料在军用舰艇上的应用203
6.1.1复合材料的优势及典型应用部位203
6.1.2中小型隐身舰艇205
6.1.3反水雷舰艇207
6.1.4护卫舰210
6.1.5导弹驱逐舰211
6.1.6潜艇213
6.2复合材料在民用船舶领域的应用216
6.2.1渔业船舶217
6.2.2公务船219
6.2.3客运渡轮220
6.2.4救生艇221
6.2.5娱乐性船舶223
6.3船舶构件227
6.3.1复合材料船体227
6.3.2船舶上层建筑228
6.3.3复合材料桅杆229
6.3.4推进系统230
6.3.5复合材料在二级结构、机械和装备上的应用231
6.4海洋能源领域用聚合物基复合材料233
6.4.1近海工程233
6.4.2海洋钻井平台及深水油田237
6.4.3复合材料管道设备238
6.4.4系泊系统240
6.4.5浮标系统241
6.4.6发电设备242
6.5深潜设备246
6.5.1深潜设备的发展历史246
6.5.2深潜设备的应用部位248
6.6海洋工程聚合物基复合材料的发展趋势与建议251
6.6.1针对海洋工程聚合物基复合材料发展的技术性建议251
6.6.2针对海洋工程聚合物基复合材料发展的政策性建议252
参考文献253

索引258

前言/序言

复合材料是由两种或两种以上材料独立物理相通过复合工艺组合而成的新型材料，聚合物基复合材料则是指以聚合物作为基体材料的复合材料。各种材料在性能上取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能可以满足各种不同的需求。作为新型结构功能材料，聚合物基复合材料具有可设计性强、比强度和比模量高、疲劳性能好、耐化学腐蚀等优点，在海洋湿热、高盐雾的环境条件下也能够保持良好性能。
鉴于以上诸多优点，聚合物基复合材料在船舶及海洋工程中具有独特的优势，在军舰、潜水器、海底油田、管道系统、系泊系统、浮岛建设、潮汐发电等领域，国外已经有了较为广泛的应用。例如在渔船领域，美国目前近海捕捞船的船体结构几乎全部为玻璃纤维增强聚合物基复合材料制造，日本的玻璃钢渔船比例在2010年就达到了96��3%；在军船领域，采用聚合物基复合材料制造的上层建筑能够实现隐身、减重、降噪等功能。
我国海洋工程装备用聚合物基复合材料经历了从无到有、从小到大的发展过程，但从使用的“质”和“量”来看，相对发达国家都还有着一定的差距。因此本书以聚合物基复合材料的材料体系、成型工艺、性能检测、结构设计及其在海洋工程领域的发展应用为主要内容，介绍了聚合物基复合材料从原材料到成型再到设计使用的基本知识，并对今后我国海洋工程用聚合物基复合材料的发展方向做出了展望。
本书共分6章，其中第1、2、3、6章由北京航空航天大学肇研教授组织编写，第4、5章由中国船舶重工集团公司725研究所蔡斌研究员组织编写。此外，北京航空材料研究院的包建文研究员、大连理工大学的蹇锡高院士、青岛海洋化工研究院的陈先工程师等也为此书的编写完成提供了很大的帮助和指导。
本书以基础概念的介绍和讲解为切入点，展示了当前国内外使用多的海洋工程聚合物基复合材料种类及其设计、制备、应用、检测等各方面知识，同时介绍了主要材料的产品牌号，各项成型工艺的设备类型，各项性能的检测标准，以及一系列应用实例。编者期望本书能够让从事海洋工程建设工作的科学工作者及研究人员对于聚合物基复合材料有全面认识，能为今后海洋工程事业的建设提供帮助；同时也希望能为聚合物基复合材料专业的本科生、研究生、教师及学者提供一些有用的参考。
由于本书涉及的领域较广，其中关联到不少复杂的科学问题，加之编者学识水平与能力所限，必然会存在一些不当之处，恳切希望广大读者批评指正。

编者
2016年3月

海洋工程材料丛书（其他分册）系列简介 本丛书旨在系统梳理和深入探讨海洋工程领域中关键材料的性能、应用、服役环境下的行为以及前沿研究进展。作为海洋工程材料领域的重要参考系列，《海洋工程材料丛书》涵盖了从基础理论到实际应用的各个层面，为科研人员、工程师及相关决策者提供全面、深入的技术支持。 注：以下内容描述的为本丛书系列中，除《海洋工程聚合物基复合材料》之外的其他分册所涵盖的主题和内容，旨在展现该系列在材料工程领域的广阔覆盖面。 --- 第一分册：海洋结构钢与钢结构的腐蚀防护 本分册聚焦于海洋工程中最基础和应用最广泛的金属材料——海洋结构钢。内容详尽阐述了各类高性能海洋钢材（如高强度钢、耐候钢、低温钢）的冶金特性、焊接工艺对力学性能的影响以及服役环境下的蠕变和疲劳行为。 重点章节深入剖析了海洋环境中，特别是氯离子侵蚀、微生物影响下钢材的电化学腐蚀机理。详细介绍了传统的防腐蚀技术，包括阴极保护（牺牲阳极法和外加电流法）、涂层技术（环氧树脂、聚氨酯、富锌涂层）的最新发展与失效模式分析。此外，还探讨了新型复合防护系统（如阻挡层-缓蚀剂协同作用）在深海和极地环境中的应用潜力与寿命评估方法。本册对于保障大型海上平台、船舶、海底管道等关键基础设施的结构完整性具有不可替代的指导意义。 第二分册：深海与水下环境下的先进金属材料与连接技术 随着勘探开发向更深、更极端水域的拓展，对材料的耐压性、抗氢脆性及耐海水腐蚀性能提出了更高要求。本册专门针对深海环境下的特种金属材料展开研究。 内容涵盖了钛合金、镍基高温合金（如哈氏合金、因科镍合金）在深海高静水压力、低温环境中的性能表现。着重分析了这些贵金属材料在复杂应力状态下的断裂韧性与疲劳寿命预测模型。在连接技术方面，本册详细讨论了深水湿焊、真空焊接等先进连接技术在保证接头性能方面的挑战与解决方案，特别是激光焊接和摩擦搅拌焊等非传统连接方法的应用前景。此外，还包含了对海底电缆和管线的柔性连接器材料的选型与可靠性分析。 第三分册：海洋混凝土与水下灌浆材料 海洋混凝土是水下基础结构（如重力式平台、码头、防波堤）的主要结构材料。本分册深入研究了为应对海洋严苛环境而开发的特种海洋混凝土。 材料部分侧重于高性能矿物掺合料（如粉煤灰、硅灰、偏高炉矿渣）对混凝土致密性、抗氯离子渗透性和抗冻融循环性能的提升作用。详细阐述了钢筋在海洋混凝土中的锈蚀机理，以及如何通过表面处理、钢筋保护层优化、甚至使用非金属增强筋（如GFRP、CFRP筋）来实现超长服役寿命的设计。在水下灌浆技术方面，本册系统介绍了新型无收缩灌浆料、超细水泥浆体以及用于封堵裂缝与修复结构的化学灌浆材料的性能指标、配制方法与施工规范，确保水下结构物的修复与加固的有效性。 第四分册：海洋生物污损与界面材料的控制策略 海洋生物污损（Biofouling）是影响船舶航行效率、海洋设备正常运行及管道传热效率的重要因素，直接导致巨大的经济损失。本册专门针对海洋界面的生物附着问题及相应的材料解决方案进行阐述。 本册首先梳理了不同海洋生物（藻类、藤壶、贻贝）在不同水域（热带、温带、极地）的附着动力学和生物膜的形成机制。随后，详细对比分析了各类防污涂层技术：从早期的有毒型防污漆（TBT等）到当前主流的非有毒性涂层，如铜基氧化物涂层、有机硅自抛光涂层（Foul Release Coatings）。特别关注了新型的仿生和超低表面能涂层技术，例如模仿鲨鱼皮纹理的表面结构控制策略，及其在降低附着力、实现自清洁方面的潜力。此外，也讨论了海洋工程设备表面处理技术，如等离子体处理对界面能的调控。 第五分册：海洋可再生能源系统中的功能材料与结构完整性 随着对海洋可再生能源（风能、波浪能、温差能）开发的重视，对材料提出了更高的动态载荷承受能力、抗疲劳性和耐海水侵蚀性的要求。本册聚焦于这些新兴领域所需的功能材料。 内容涵盖了海上风电机组塔筒、叶片（非聚合物部分）、漂浮式基础结构所用的高强度钢、耐腐蚀合金以及特种缆绳材料。详细分析了动态交变载荷（如波浪冲击、风致振动）对材料疲劳寿命的影响，特别是湿/干循环条件下的疲劳加速机制。针对波浪能转换装置，本册探讨了用于密封件、缓冲系统和能量转换机构的特种弹性体材料、高阻尼材料的性能要求、老化机理及寿命预测。此外，还涉及海洋温差能转换系统中换热器所用材料的抗微生物腐蚀与结垢性能。 第六分册：水下机器人（ROV/AUV）与传感器的结构与功能材料 水下机器人技术是深海探测和维护的关键。本册专注于支撑水下机器人及其传感器阵列正常运行的特种材料。 本册详细介绍了用于耐高压耐腐蚀外壳的特种铝合金、钛合金以及先进陶瓷材料的选型和加工工艺。重点关注了在水下高压环境下保持稳定电学性能的电缆绝缘材料、连接器的密封材料以及抗水化腐蚀的声学窗口材料（如丙烯酸树脂、特种玻璃）。针对水下传感器的精度与可靠性，本册探讨了用于压力、温度、化学成分测量的敏感元件材料（如压电陶瓷、光纤材料）在长期水下浸泡条件下的漂移与稳定性问题。还包括了用于水下粘结与快速修复的高性能环氧树脂和粘弹性材料的应用技术。 --- 本丛书旨在构建一个全面、系统的海洋工程材料知识体系，其每一分册都聚焦于一个关键的材料领域，相互补充，共同构筑起支撑现代海洋工程可持续发展的材料科学基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书在理论深度上给我带来了一种“久旱逢甘霖”的感觉。我一直在寻找一本能系统性梳理高分子复合材料在海洋极端环境下失效机制的权威著作，市面上很多资料都是碎片化的，要么过于侧重于基础力学，要么只谈论涂层技术。而这套丛书，至少从它的气势上来看，似乎是要构建一个完整的知识体系。我注意到它对“疲劳损伤累积”和“介电性能衰减”的探讨，引入了最新的多尺度建模方法，这在传统的材料教科书中是很难见到的前沿内容。我尝试着去理解其中关于界面应力重分布的有限元模拟结果，虽然计算量巨大，但通过清晰的图形化展示，我捕捉到了关键的力学行为转变点。这种敢于触及学科前沿、并且能够用相对易懂的方式呈现复杂模型的编排方式，是真正体现了作者深厚学术功底的地方。它不是在重复已有的知识，而是在拓展我们对材料行为的认知边界。

评分☆☆☆☆☆

从装帧和整体设计来看，我感受到一种非常严肃且沉稳的学术态度。这本书的纸张厚实，油墨印刷清晰，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。这种对物理载体的重视，本身就传达了一种信息：内容是值得反复研读和珍藏的。它没有采用时下流行的大胆色彩或花哨的插图来吸引眼球，而是选择了经典的、让人信赖的学术风格。这让我觉得，我手中的不仅仅是一本书，更像是一份经过长期积累和沉淀的专业参考资料。它散发出的那种“经得起时间考验”的气质，让我对其中引用的数据和结论也更加倾向于信任。一本好的工具书，其价值往往不在于它是否能在一夜之间改变你的看法，而在于它能在你需要时，提供一个稳定、可靠的知识锚点。这本书给我的感觉，就是这样一个坚实的锚。

评分☆☆☆☆☆

与一些学术气息过重的书籍相比，我发现这套书在可操作性方面也做得相当出色。虽然内容很深入，但它并没有完全脱离“工程实践”的范畴。比如，在关于材料的制备工艺流程介绍中，它非常细致地描述了不同固化温度、压力曲线对最终复合材料性能的影响，甚至提到了不同批次原材料的批次差异可能带来的潜在风险。这对我来说非常实用，因为在实际的生产线上，工艺参数的微小波动往往是导致产品报废的罪魁祸首。它更像是一个资深工程师撰写的使用手册，而不是一个纯粹的理论家给出的抽象蓝图。我希望书中后续章节能多增加一些关于材料的无损检测技术在实际海洋工程中的应用案例，比如超声波C扫描在早期分层检测中的精度验证等，那样这本书的实用价值会再次得到提升。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我留下了非常深刻的印象。那种深邃的蓝色调，配上略显粗犷的白色字体，一下子就抓住了我的眼球。感觉就像是直接把我们带到了波涛汹涌的海面上，空气中都弥漫着咸湿的味道。我本来就是那种喜欢钻研技术细节的人，看到这样的设计风格，就知道这本书的定位绝不是泛泛而谈的科普读物，它一定是深扎进专业领域的硬核之作。我记得我翻开第一页的时候，就被它清晰的目录结构所吸引，所有的章节划分都显得逻辑性极强，像一张精密的海图，指引着读者去探索未知的领域。特别是排版上，字体大小和行间距的把握恰到好处，即使是面对那些复杂的公式和图表，阅读起来也不会感到压迫或者费力。这样的用心，真的体现了编者对读者体验的重视。我期待着这本书能带给我一些真正能在实际工作中用得上的知识和启发，而不是空中楼阁般的理论堆砌。这本书的包装，已经成功地为它接下来的内容定下了一个专业、严谨的基调。

评分☆☆☆☆☆

拿到这套书的时候，首先让我感到惊喜的是它丰富的案例分析部分。我之前读过不少关于材料科学的专著，很多都陷入了纯粹的理论推导和实验数据的罗列，读起来枯燥乏味，难以将知识与实际工程问题联系起来。但这本书不同，它似乎非常懂得工程技术人员的痛点。在介绍每一种新型材料的性能时，作者都会紧跟着抛出一个非常贴近海洋环境的实际应用场景，比如深海勘探设备的耐压性考验，或者海上风电机组在极端气候下的抗腐蚀策略。我尤其欣赏其中关于“服役环境对材料微观结构演变”这一章节的论述，它不仅仅停留在宏观性能的描述上，而是深入到材料内部晶格的变化、界面粘结强度的动态评估，这种层次感让我觉得非常过瘾。它提供的不仅仅是“是什么”的答案，更是“为什么会这样”的深刻剖析，这对于我这种需要解决实际工程难题的人来说，简直是如获至宝。希望接下来的内容能继续保持这种理论联系实际的高度统一。