机械工程材料 第十一章 高分子材料

1、第十一章高分子材料第十一章高分子材料第一节工程塑料第一节工程塑料第二节工程橡胶第二节工程橡胶第一节工程塑料第一节工程塑料一、工程塑料概述一、工程塑料概述工程塑料工程塑料是指具有耐热、耐寒及良好的力学、电气、是指具有耐热、耐寒及良好的力学、电气、化学等综合性能，可以作为结构材料用来制造机器化学等综合性能，可以作为结构材料用来制造机器零件或工程构件的塑料总称。零件或工程构件的塑料总称。 塑料塑料是是以以树脂树脂为主要组分，加入各种添加剂，可塑制为主要组分，加入各种添加剂，可塑制成型的材料。成型的材料。 （一）塑料的组成和分类（一）塑料的组成和分类1.塑料的组成塑料的组成 由由树脂树脂和各种和各种添

2、加剂添加剂组成。组成。（1）树脂）树脂 树脂是塑料的主要组分。树脂是塑料的主要组分。对塑料性能起决定性作用。对塑料性能起决定性作用。树脂分为树脂分为天然树脂天然树脂和和合成树脂。合成树脂。 工业上常用的是工业上常用的是合成树脂。合成树脂。如聚乙烯如聚乙烯 、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、酚醛、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、酚醛树脂等树脂等 （2）添加剂）添加剂为改善塑料某些性能而必须加入的物质称为改善塑料某些性能而必须加入的物质称添加剂添加剂。 填料填料：增强作用；：增强作用； 增塑剂增塑剂：提高树脂的可塑性和柔软性；：提高树脂的可塑性和柔软性； 固化剂固化剂：使热固性树脂由线型结构转变为体型

3、结：使热固性树脂由线型结构转变为体型结 构；构； 稳定剂稳定剂：防止塑料老化，延长其使用寿命；：防止塑料老化，延长其使用寿命； 润滑剂润滑剂：防止塑料加工时粘模具上：防止塑料加工时粘模具上, , 使制品光亮；使制品光亮； 着色剂着色剂：塑料制品着色。：塑料制品着色。 发泡剂、催化剂、阻燃剂、抗静电剂等。发泡剂、催化剂、阻燃剂、抗静电剂等。 2、塑料的分类、塑料的分类 l 按按树脂受热时行为树脂受热时行为可分为可分为热塑性塑料热塑性塑料和和热固性塑热固性塑料料。 l 按按使用范围使用范围可分为可分为通用塑料通用塑料、工程塑料工程塑料和和特种塑特种塑料料。(1)(1)通用塑料通用塑料产量大、价格低

4、、用途广。产量大、价格低、用途广。 (2)(2)工程塑料工程塑料力学性能高，耐热、耐蚀性能好。力学性能高，耐热、耐蚀性能好。是指具有某些特殊性能如耐高温、耐腐是指具有某些特殊性能如耐高温、耐腐蚀的塑料，这类塑料产量少，价格贵，只用于特蚀的塑料，这类塑料产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合。殊需要的场合。 （二）塑料的特性（二）塑料的特性塑料的优点塑料的优点： 相对密度小相对密度小( (一般为一般为0.9 2.3)0.9 2.3)；耐蚀性、电绝缘；耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好；有消音吸振性能性、减摩、耐磨性好；有消音吸振性能 。塑料的缺点塑料的缺点：刚性差刚性差( (为钢铁材料的为钢铁材料的

5、1/1001/10)1/1001/10)，强度低；耐热性，强度低；耐热性差、热膨胀系数大（是钢铁的差、热膨胀系数大（是钢铁的1010倍）、导热系数小倍）、导热系数小( (只只有金属的有金属的1/2001/600)1/2001/600)；蠕变温度低、易老化。；蠕变温度低、易老化。二、热塑性工程塑料及应用二、热塑性工程塑料及应用（一）聚烯烃类塑料（一）聚烯烃类塑料1、聚乙烯、聚乙烯(PE)可作为化工设备与贮罐的耐腐蚀涂层衬里、化工可作为化工设备与贮罐的耐腐蚀涂层衬里、化工耐腐蚀管道、阀件、衬套、耐腐蚀管道、阀件、衬套、滚动轴承保持器滚动轴承保持器等。等。还可以用来制造还可以用来制造小齿轮小齿轮、轴

6、承轴承等；电缆包皮；食等；电缆包皮；食品包装袋、奶瓶、食品容器。品包装袋、奶瓶、食品容器。全塑球阀全塑球阀PE管材管材 2、聚氯乙烯、聚氯乙烯 （PVC）产量仅次于产量仅次于PE，是最早工业化生产的塑料品种之一。，是最早工业化生产的塑料品种之一。硬质聚氯乙烯硬质聚氯乙烯具有较高的机械强度和较好的耐蚀性。具有较高的机械强度和较好的耐蚀性。制品有管、板、棒、焊条、管件、离心泵、通风机制品有管、板、棒、焊条、管件、离心泵、通风机等。等。软质聚氯乙烯软质聚氯乙烯延伸率高，制品柔软，并具有良好的延伸率高，制品柔软，并具有良好的耐蚀性和电绝缘性，常制成薄膜，用于工业包装、耐蚀性和电绝缘性，常制成薄膜，用于

7、工业包装、农业育秧和日用雨衣、台布等，还可用于制作耐酸农业育秧和日用雨衣、台布等，还可用于制作耐酸碱软管、电缆包皮、绝缘层等。碱软管、电缆包皮、绝缘层等。3、聚丙烯、聚丙烯 （PP）聚丙烯聚丙烯具有优良的电绝缘性能和耐蚀性能具有优良的电绝缘性能和耐蚀性能，在，在常温下能耐酸、碱，所以经常常温下能耐酸、碱，所以经常制作成导线外皮制作成导线外皮。力学性能、耐热性（可达力学性能、耐热性（可达150）在通用热塑料）在通用热塑料中最高。中最高。 聚丙烯的聚丙烯的冲击韧性差，耐低温及抗老化性也差冲击韧性差，耐低温及抗老化性也差。聚丙烯可用于制作某些零部件，如法兰、齿轮、聚丙烯可用于制作某些零部件，如法兰、

8、齿轮、风扇叶轮、泵叶轮、把手及壳体等，还可制作化风扇叶轮、泵叶轮、把手及壳体等，还可制作化工管道、容器、医疗器械等。工管道、容器、医疗器械等。 4、聚苯乙烯（、聚苯乙烯（PS） 刚度大、耐蚀性好、电绝缘性好，缺点是抗冲击刚度大、耐蚀性好、电绝缘性好，缺点是抗冲击性差，易脆裂、耐热性不高。性差，易脆裂、耐热性不高。产量仅次于产量仅次于PE、PVC。可作为各种仪表外壳、汽车灯罩、化工贮。可作为各种仪表外壳、汽车灯罩、化工贮酸槽等。酸槽等。（二）（二）ABS塑料塑料硬、韧、刚硬、韧、刚 的特性，综合机械性能良好，同时尺寸的特性，综合机械性能良好，同时尺寸稳定，容易电镀和易于成形，耐热性较好，在稳定，

9、容易电镀和易于成形，耐热性较好，在40的低温下仍有一定的机械强度。的低温下仍有一定的机械强度。 常用来制造齿轮、泵叶片、轴承、把手、管道、贮槽常用来制造齿轮、泵叶片、轴承、把手、管道、贮槽内衬、电机外壳、仪表盘、蓄电池槽、水箱外壳、冷内衬、电机外壳、仪表盘、蓄电池槽、水箱外壳、冷藏库和冰箱衬里等。藏库和冰箱衬里等。（三）其它热塑性塑料（三）其它热塑性塑料1、聚碳酸酯、聚碳酸酯 （PC） 誉称誉称透明金属透明金属，具有优良的综合性能。，具有优良的综合性能。具有强度高、刚具有强度高、刚性好、耐冲击、耐磨和尺寸稳定性好，是良好的摩擦传动性好、耐冲击、耐磨和尺寸稳定性好，是良好的摩擦传动零件材料，零件

10、材料， 如轴承、齿轮、齿条、蜗轮，也可做金刚砂磨轮粘结剂。如轴承、齿轮、齿条、蜗轮，也可做金刚砂磨轮粘结剂。在航空及宇航工业中，是一种不可缺少的制造信号灯、挡在航空及宇航工业中，是一种不可缺少的制造信号灯、挡风玻璃，座舱罩、帽盔等的重要材料。风玻璃，座舱罩、帽盔等的重要材料。 2、有机玻璃、有机玻璃 （PMMA）是目前最好的透明材料，透光率是目前最好的透明材料，透光率92%以上，比普通玻璃好。以上，比普通玻璃好。用于制造具有一定透明度和强度的零件，如油标、油杯、用于制造具有一定透明度和强度的零件，如油标、油杯、化学镜片、设备标牌、透明管道、飞机、船舶、汽车的座化学镜片、设备标牌、透明管道、飞机

11、、船舶、汽车的座窗和仪器仪表部件、电气绝缘材料以及各种文具、生活用窗和仪器仪表部件、电气绝缘材料以及各种文具、生活用品等。品等。3、聚甲醛、聚甲醛 （POM） 具有优良的综合性能，其抗拉强度达到具有优良的综合性能，其抗拉强度达到70MPa，可在可在104以下长期使用，脆化温度以下长期使用，脆化温度-40，吸水，吸水性极小，尺寸稳定性高，但热稳定性差，遇火会性极小，尺寸稳定性高，但热稳定性差，遇火会燃烧，在大气中暴晒还会老化。燃烧，在大气中暴晒还会老化。聚甲醛塑料价格低廉，性能优于尼龙，可代替有聚甲醛塑料价格低廉，性能优于尼龙，可代替有色金属和合金，并逐步取代尼龙制作轴承、衬套色金属和合金，并逐

12、步取代尼龙制作轴承、衬套等。等。用量最大的是汽车工业。用量最大的是汽车工业。4、聚酰胺、聚酰胺 （PA，又称尼龙或锦纶），又称尼龙或锦纶）是目前机械工业中应用最广泛的一类工程塑料。是目前机械工业中应用最广泛的一类工程塑料。机械强度很高，耐磨减摩，自润滑性能好，而且机械强度很高，耐磨减摩，自润滑性能好，而且耐油、耐蚀、消声、减振。耐油、耐蚀、消声、减振。大量用于制造小型零件，代替非铁（有色）金属大量用于制造小型零件，代替非铁（有色）金属及其合金。尼龙易吸水，吸水后性能和尺寸变化及其合金。尼龙易吸水，吸水后性能和尺寸变化大。大。5、聚四氟乙烯、聚四氟乙烯 （F-4、PTFE）俗称俗称氟塑料、塑料王

13、氟塑料、塑料王，商品名称，商品名称特氟隆特氟隆。聚四氟。聚四氟乙烯具有优异的耐化学腐蚀性，故有乙烯具有优异的耐化学腐蚀性，故有“塑料之王塑料之王”之称。具有非常优良的耐高、低温性能，缺点是强之称。具有非常优良的耐高、低温性能，缺点是强度低。度低。 主要用来制作化工机械上的各种零部件，如管道、主要用来制作化工机械上的各种零部件，如管道、反应器、活门、阀门、泵等，还广泛用于高频电子反应器、活门、阀门、泵等，还广泛用于高频电子仪器的绝缘，还可用来制作各种垫圈、阀座、阀瓣、仪器的绝缘，还可用来制作各种垫圈、阀座、阀瓣、轴承、活塞环等。轴承、活塞环等。 三、热固性工程塑料及应用三、热固性工程塑料及应用（

14、一）酚醛塑料（一）酚醛塑料(PF)具有较高的强度和硬度、耐热性、耐磨性、耐蚀性及具有较高的强度和硬度、耐热性、耐磨性、耐蚀性及良好的绝缘性。良好的绝缘性。主要用于制造齿轮、轴承等结构件和各种电气绝缘主要用于制造齿轮、轴承等结构件和各种电气绝缘零件，可用来做涂料、胶粘剂和日常生活用的电木零件，可用来做涂料、胶粘剂和日常生活用的电木制品（制品（插头、开关、电话机外壳插头、开关、电话机外壳等），也可制作汽等），也可制作汽车的刹车片，化学工业用耐酸泵，纺织工业用无声车的刹车片，化学工业用耐酸泵，纺织工业用无声齿轮及制作玻璃钢、模压塑料等。齿轮及制作玻璃钢、模压塑料等。 （二）环氧塑料（二）环氧塑料(E

15、P)以环氧树脂为基，加入各种添加剂经固化处理形以环氧树脂为基，加入各种添加剂经固化处理形成的热固性塑料。有成的热固性塑料。有“万能胶万能胶”之称。之称。具有比强度高、耐热性、耐蚀性、绝缘性及加工具有比强度高、耐热性、耐蚀性、绝缘性及加工成型性好的特点。成型性好的特点。 主要用于制作塑料模具、精密量具、电子仪器的主要用于制作塑料模具、精密量具、电子仪器的抗振护封的整体结构以及电气、电子元件、线圈的抗振护封的整体结构以及电气、电子元件、线圈的灌封，还可用作清漆、浇铸塑料、层压塑料及电绝灌封，还可用作清漆、浇铸塑料、层压塑料及电绝缘材料等。缘材料等。 （三）有机硅塑料（三）有机硅塑料有机硅树脂的热稳

16、定高，耐高温老化和耐热性很有机硅树脂的热稳定高，耐高温老化和耐热性很好，具有优良的电绝缘性，特别是高温下电绝缘好，具有优良的电绝缘性，特别是高温下电绝缘性好，耐稀酸、稀碱、耐有机溶剂，主要用于压性好，耐稀酸、稀碱、耐有机溶剂，主要用于压制工作温度达制工作温度达180200的电绝缘零件。的电绝缘零件。 第二节第二节 工程橡胶工程橡胶一、橡胶材料概述橡胶橡胶是以高分子化合物为基础的、具有显著高弹是以高分子化合物为基础的、具有显著高弹性的材料。以性的材料。以生胶生胶为原料加入适量的为原料加入适量的配合剂配合剂而形而形成的高分子弹性体。成的高分子弹性体。（一）橡胶的组成和分类（一）橡胶的组成和分类1.

17、1.橡胶的组成橡胶的组成生胶生胶橡胶主要组分橡胶主要组分，是决定橡胶制品性能的关键因素。，是决定橡胶制品性能的关键因素。 配合剂配合剂 提高和改善橡胶制品的各种性能而加入的物质。提高和改善橡胶制品的各种性能而加入的物质。主要有主要有硫化剂（相当于固化剂）硫化剂（相当于固化剂）、防老剂防老剂、软化剂软化剂、着色剂着色剂等。等。 2.橡胶的分类橡胶的分类 按原料来源：按原料来源：天然橡胶天然橡胶和和合成橡胶；合成橡胶；按应用范围：按应用范围：通用橡胶通用橡胶与与特种橡胶。特种橡胶。通用橡胶通用橡胶是指用于制造轮胎、工业用品、日是指用于制造轮胎、工业用品、日常用品的量大面广的橡胶。常用品的量大面广的橡胶。特种橡胶特种橡胶是指用于制造在特殊条件（高温、是指用于制造在特殊条件（高温、低温、酸、碱、油、辐射等）下使用的零部件低温、酸、碱、油、辐射等