第六章 聚合物、无机与复合材料工程材料及其热处理

1、工程材料及其热处理非1工程材料及其热处理非2教学基本要求教学基本要求 1. 1.熟悉常用聚合物材料分类熟悉常用聚合物材料分类, ,性能性能, ,特点与应用特点与应用 2. 2.掌握常用工程塑料掌握常用工程塑料pepe、pppp、absabs、papa、pvcpvc、pompom、pifepife、pfpf、epep等的性能特点及应用场合；等的性能特点及应用场合； 3. 3.了解常用工程陶瓷材料的性能与应用，掌握了解常用工程陶瓷材料的性能与应用，掌握常用硬质合金的分类与牌号表示方法。常用硬质合金的分类与牌号表示方法。 4. 4.了解复合材料的性能、分类与应用特点。了解复合材料的性能、分类与应用特

2、点。工程材料及其热处理非3 一、聚合物特征一、聚合物特征 聚合物材料也称为高分子材料聚合物材料也称为高分子材料, ,按照其来源可按照其来源可以分为天然高分子材料和合成高分子材料。以分为天然高分子材料和合成高分子材料。 天然高分子材料有天然橡胶、纤维素、淀粉、天然高分子材料有天然橡胶、纤维素、淀粉、羊毛、蚕丝等。羊毛、蚕丝等。 合成高分子材料的种类繁多合成高分子材料的种类繁多, ,如合成塑料、合如合成塑料、合成橡胶、合成纤维等。成橡胶、合成纤维等。 工程材料及其热处理非4 按照物理形态和用途来分按照物理形态和用途来分, ,聚合物材料可以分聚合物材料可以分为为塑料、橡胶、纤维、黏合剂、聚合物基复合

3、材塑料、橡胶、纤维、黏合剂、聚合物基复合材料、聚合物合金、功能高分子材料料、聚合物合金、功能高分子材料等。等。 二、工程塑料二、工程塑料 塑料是以天然或合成的高分子化合物为主要塑料是以天然或合成的高分子化合物为主要成分的原料成分的原料, ,添加各种辅助剂添加各种辅助剂( (如填料、增塑剂、如填料、增塑剂、稳定剂、交联剂及其它添加剂稳定剂、交联剂及其它添加剂) )塑制成形塑制成形, ,故称为故称为塑料。塑料。 工程材料及其热处理非5 根据不同的化合物种类和不同的用途，各种根据不同的化合物种类和不同的用途，各种助剂助剂( (添加剂添加剂) )的种类和用量有很大的差别。的种类和用量有很大的差别。 1

4、. 1.塑料的特性塑料的特性 与金属比与金属比, ,塑的优是：质轻、比强度高塑的优是：质轻、比强度高, ,化学化学稳定性好稳定性好, ,减摩减摩, ,耐磨性好耐磨性好, ,电绝缘性优异电绝缘性优异, ,消声和吸消声和吸震性好震性好, ,成形加工性好成形加工性好, ,方法简单方法简单, ,生产率高。生产率高。 塑料的缺点是：强度、刚度底，耐热性差，塑料的缺点是：强度、刚度底，耐热性差，易燃烧和易老化易燃烧和易老化, ,导热性差导热性差, ,热膨胀系数大。热膨胀系数大。 工程材料及其热处理非6 根据树脂在加热和冷却时所表现的性质根据树脂在加热和冷却时所表现的性质, ,塑塑料可分为热塑性塑料和热固性

5、塑料两种。料可分为热塑性塑料和热固性塑料两种。 热塑性塑料热塑性塑料 热塑性塑料加热时变软热塑性塑料加热时变软, ,冷却后变硬冷却后变硬, ,再加热再加热又可变软又可变软, ,可反复成形可反复成形, ,基本性能不变基本性能不变, ,其制品使用其制品使用的温度低于的温度低于120120。 热塑性塑料成形工艺简单热塑性塑料成形工艺简单, ,可直接经挤塑、可直接经挤塑、注塑、压延、压制、吹塑成形注塑、压延、压制、吹塑成形, ,生产率高。生产率高。工程材料及其热处理非7 常用的有常用的有聚乙烯聚乙烯( (pe)pe), ,适用于薄膜、软管、瓶、适用于薄膜、软管、瓶、食品包装、药品包装以及承受小载荷的齿

6、轮、塑食品包装、药品包装以及承受小载荷的齿轮、塑料管、板、绳等；料管、板、绳等； 聚氯乙烯聚氯乙烯( (pvc)pvc), ,适用于如输油管、容器、阀门适用于如输油管、容器、阀门管件等耐蚀结构件以及农业和工业包装用薄膜、管件等耐蚀结构件以及农业和工业包装用薄膜、人造革材料人造革材料( (因材料有毒，不能包装食品因材料有毒，不能包装食品) )等；等； absabs应用于机械、电器、汽车、飞机、化工等应用于机械、电器、汽车、飞机、化工等行业，如齿轮、叶轮、轴承、把仪表盘等零件；行业，如齿轮、叶轮、轴承、把仪表盘等零件；工程材料及其热处理非8 有机玻璃有机玻璃( (pmmp)pmmp)，应用于航空、

7、电子、汽车、，应用于航空、电子、汽车、仪表等行业中的透明件、装饰件等。仪表等行业中的透明件、装饰件等。 热固性塑料热固性塑料 热固性塑料热固性塑料加热软化加热软化, ,冷却后坚硬冷却后坚硬, ,固化后再固化后再加热则不再软化或熔融加热则不再软化或熔融, ,不能再成形。不能再成形。 热固塑料抗蠕变性强热固塑料抗蠕变性强, ,不易变形不易变形, ,耐热性高耐热性高, ,但但树脂性能较脆树脂性能较脆, ,强度不高强度不高, ,成形工艺复杂成形工艺复杂, ,生产率低。生产率低。 常用常用酚醛塑料酚醛塑料( (pf)pf), ,俗称俗称“电木电木”, ,用造开关壳用造开关壳, ,插座壳插座壳, ,水润滑

8、轴承水润滑轴承, ,耐蚀衬里耐蚀衬里, ,绝缘件及复合材料绝缘件及复合材料等等工程材料及其热处理非9 环氧树脂塑料环氧树脂塑料( (ep)ep), ,适用于制玻璃纤维增强塑适用于制玻璃纤维增强塑料料( (环氧玻璃钢环氧玻璃钢) )、塑料模具、仪表、电器零件、塑料模具、仪表、电器零件, ,涂涂覆覆, ,包封和修复机件。包封和修复机件。 塑料作为建材继土石、钢铁、木材之后正在塑料作为建材继土石、钢铁、木材之后正在日益兴起日益兴起, ,又因其又因其密度小密度小, ,隔音绝热隔音绝热, ,防水防水, ,美观等美观等一一系列优点倍受人们喜爱系列优点倍受人们喜爱, ,正在取代传统材料。正在取代传统材料。

9、作作建筑管材建筑管材用于上、下水、供气、供热等。用于上、下水、供气、供热等。 作作塑料门窗塑料门窗更因无需油漆而获得鲜艳的色彩、更因无需油漆而获得鲜艳的色彩、隔音、耐湿、保温节能效果都很理想。隔音、耐湿、保温节能效果都很理想。 工程材料及其热处理非10 作为作为防水材料防水材料, ,其性能优于沥青油毡等。其性能优于沥青油毡等。 其他其他, ,如隔热保温用材如隔热保温用材, ,地板用材地板用材, ,壁纸壁纸, ,百叶窗，百叶窗，楼梯扶手楼梯扶手, ,踢脚线等等踢脚线等等, ,各方面都已有广泛应用。各方面都已有广泛应用。 橡胶是以生胶为主要原料橡胶是以生胶为主要原料, ,加入适量的硫化剂、加入适量

10、的硫化剂、软化剂、填充剂、防老化剂和骨架材等制成。软化剂、填充剂、防老化剂和骨架材等制成。 橡胶的特性橡胶的特性 橡胶的主要的特性是高弹性橡胶的主要的特性是高弹性, ,耐蚀性耐蚀性, ,有较高的有较高的强度和优异的积储能量的能力强度和优异的积储能量的能力, ,具有耐磨、隔音、具有耐磨、隔音、工程材料及其热处理非11 绝缘等性能。缺点是易老化。绝缘等性能。缺点是易老化。 橡胶的分类及用途橡胶的分类及用途 橡胶按来源分为天然橡胶和合成橡胶两种。橡胶按来源分为天然橡胶和合成橡胶两种。 合成橡胶可分为通用橡胶和特种橡胶。如丁合成橡胶可分为通用橡胶和特种橡胶。如丁苯橡胶苯橡胶( (sbr)sbr)、氯丁

11、橡胶、氯丁橡胶( (crcr) )、丁腈橡胶、丁腈橡胶( (nbrnbr) )和和聚氨酯橡胶聚氨酯橡胶( (urur) )、氟橡胶等。、氟橡胶等。 工业用作运输胶带工业用作运输胶带, ,轮胎轮胎, ,制动件制动件, ,管道管道, ,密封件、密封件、减震件减震件, ,传动件传动件, ,电线电线, ,电缆和绝缘材料等。电缆和绝缘材料等。 工程材料及其热处理非12 陶瓷是以天然硅酸盐或人工合成无机化合物陶瓷是以天然硅酸盐或人工合成无机化合物为原料，用粉末冶金法生产的无机非金属材料。为原料，用粉末冶金法生产的无机非金属材料。 陶瓷陶瓷, ,金属金属, ,高分子材料同称为三大固体材料高分子材料同称为三大

12、固体材料。 陶瓷的硬度很高陶瓷的硬度很高, ,抗压强度高抗压强度高, ,耐高温、耐磨耐高温、耐磨损、抗氧化和耐蚀性都很好。损、抗氧化和耐蚀性都很好。 但但质脆韧性很差质脆韧性很差, ,受冲击载荷时易碎裂受冲击载荷时易碎裂, ,急热急急热急冷条件下性能也较差冷条件下性能也较差。工程材料及其热处理非13 陶瓷按原料不同分为陶瓷按原料不同分为普通陶瓷和特种陶瓷普通陶瓷和特种陶瓷； 按用途不同分为按用途不同分为日用陶瓷日用陶瓷和和工业陶瓷工业陶瓷。 工业陶瓷又分为工业陶瓷又分为工程结构陶瓷工程结构陶瓷和和功能陶瓷功能陶瓷。 普通陶瓷普通陶瓷又称又称传统陶瓷传统陶瓷、硅酸盐陶瓷硅酸盐陶瓷, ,其原料其原

13、料是是粘土、长石、石英等天然硅酸盐矿物粘土、长石、石英等天然硅酸盐矿物。 包括日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工包括日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷等。陶瓷、多孔陶瓷等。工程材料及其热处理非14 特种陶瓷特种陶瓷又称又称近代陶瓷近代陶瓷, ,其原料是人工合成其原料是人工合成的金属氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化的金属氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等。物等。 特种陶瓷特种陶瓷具一些独特的性能具一些独特的性能, ,可满足工程结构可满足工程结构的特殊需要。的特殊需要。 陶瓷材料在机械、化工、冶金、电子、建筑陶瓷材料在机械、化工、冶金、电子、建筑等行业和某些新技术领域中得到

14、了广泛应用。等行业和某些新技术领域中得到了广泛应用。 复合材料是由两种或两种以上性质不同的复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料材料, ,经人工组合而成的多相固体材料。经人工组合而成的多相固体材料。工程材料及其热处理非15 1. 1.复合材料的特性复合材料的特性 复合材料既保留了单一材料各自的优点复合材料既保留了单一材料各自的优点, ,又又有单一材料所没有的优良综合性能。有单一材料所没有的优良综合性能。 其优点是强度高其优点是强度高, ,抗疲劳性能好抗疲劳性能好, ,耐高温、耐耐高温、耐蚀性好蚀性好, ,减摩、减震性好减摩、减震性好, ,并且制造工艺简单并且制造工艺简单, ,可以可以节省原材

15、料和降低成本。节省原材料和降低成本。 缺点是抗冲击性差、不同方向上的力缺点是抗冲击性差、不同方向上的力学学性能性能存在较大差异。存在较大差异。 工程材料及其热处理非16 复合材料分为复合材料分为基体相基体相和和增强相增强相。 基体相起粘结剂作用基体相起粘结剂作用, ,增强相起提高强度和韧增强相起提高强度和韧性的作用。性的作用。 常用复合材料为常用复合材料为纤维增强复合材料纤维增强复合材料、层叠复层叠复合材料合材料和和颗粒复合材料颗粒复合材料三种。三种。 纤维增强复合材料纤维增强复合材料 如如玻璃纤维增强复合材料玻璃纤维增强复合材料( (俗称俗称玻璃钢玻璃钢) )是用是用热塑热塑( (固固) )

16、性树脂与纤维复合的一种复合材料性树脂与纤维复合的一种复合材料, ,其抗其抗拉、抗压、抗弯强度和冲击韧性均有显著提高。拉、抗压、抗弯强度和冲击韧性均有显著提高。 工程材料及其热处理非17 主要用于减摩、耐磨零件及管道、泵体、主要用于减摩、耐磨零件及管道、泵体、船舶壳体等。船舶壳体等。 层叠复合材料层叠复合材料 层叠复合材料是由两层或两层以上不同材料层叠复合材料是由两层或两层以上不同材料复合而成复合而成, ,其强度、刚度、耐磨、耐蚀、绝热、其强度、刚度、耐磨、耐蚀、绝热、隔声、减轻自重等性能分别得到改善。隔声、减轻自重等性能分别得到改善。 用于飞机机翼用于飞机机翼, ,火车车厢火车车厢, ,轴承轴承, ,垫片等零件。垫片等零件。 颗粒复合材料颗粒复合材料 工程材料及其热处理非18 颗粒复合材料是一种或多种材料的颗粒均匀颗粒复合材料是一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体内所组成的。分散在基体内所组成的。 金属粒和塑料的复合是将金属粉加入