11章-非金属材料解析

高分子材料——塑料、橡胶、纤维、黏结剂陶瓷材料——玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料复合材料——1+1>2第十一章非金属材料高分子材料

高分子材料是由成千上万个小分子单体通过聚合反应以共价键结合起来的长链分子而构成的。分子量很大，103~107CHHCHHCHHCHHC2H4乙烯[CH2]n聚乙烯自然高分子材料—松香、自然纤维、蛋白质、自然橡胶。人工合成高分子材料—塑料、合成橡胶、合成纤维（涤纶等）。§11.1塑料和橡胶一、塑料塑料：以合成高分子化合物（树脂）为主要组分，加入各种添加剂所组成的高分子材料及制成品的总称。1、塑料的组成树脂：塑料的主要组成部分，对塑料性能起确定性作用。添加剂：增塑剂、固化剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、发泡剂、催化剂、阻燃剂等。1.塑料的特性

质量轻比强度大耐蚀性好绝缘性好吸振和消声效能高易于加工成型导热性差、热膨胀系数大减摩、耐磨性差异大耐热及老化问题2.塑料的组成按组成不同：单组分塑料、多组分塑料单组分塑料：有机玻璃多组分塑料：树脂+添加剂目前常用树脂：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等合成树脂（干脆做塑料）酚醛树脂、氨基树脂等合成树脂，加添加剂做成塑料（一）填充料又称填充剂或填料。改善塑料制品某些性质（提高塑料制品的强度、硬度和耐热性以及降低成本）。填料在塑料组成材料中约占20%-50%。纤维填料可提高塑料的结构强度；石棉填料可改善塑料的耐热性；云母填料能增加塑料的电绝缘性；石墨、二硫化钼填料可改善塑料的磨擦和耐磨性能等。（二）增塑剂提高可塑性和制品的柔韧性、弹性等，在塑料制品的生产、加工时要加入少量的增塑剂。常用的有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等。（三）固化剂固化剂又称硬化剂或熟化剂。作用：使树脂具有热固性，在加工过程中使树脂硬化。（四）稳定剂提高树脂在受热和光作用时的稳定性，抑制老化速度，延长运用寿命。如抗氧剂（酚类化合物等）、光屏蔽剂（炭黑等）、紫外线吸取剂（2-羟基二苯甲酮、水杨酸苯酯等）、热稳定剂（硬脂酸铝等）。（五）润滑剂防止塑料粘附在设备或模具上常用润滑剂：硬酯及其盐（六）抗静电剂削减静电，使制品不易吸尘（七）阻烧剂使难燃烧或不燃烧3.塑料的分类1）按性能和成型特点分：(1)热塑料性塑料

特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，如聚乙烯等。可回收利用(2)热固性塑料

受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料等。不行回收利用2）按用途分：①通用塑料

一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。通用塑料有五大品种，即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PS)及ABS。它们都是热塑性塑料。②工程塑料

能承受确定外力作用，具有良好的机械性能和耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，主要有聚甲醛、聚酰胺（尼龙）和ABS塑料。

（1）聚乙烯(PE)

由乙烯单体聚合而成。

依据合成方法不同,分为高压、中压和低压三种。

●高压聚乙烯

相对分子质量、结晶度和密度较低，质地松软。

制作塑料薄膜、软管和塑料瓶等。

●低压聚乙烯

质地刚硬，耐磨性、耐蚀性及电绝缘性较好。

制造塑料管、板材、绳索以及承载不高的零件，如齿轮、轴承等。PE管材保鲜膜（2）最明丽且成形性特好的塑料—聚苯乙烯（PS）特点：极易染成明丽颜色、透亮度好，有光泽应用：各类电器配件、壳体、一般光学仪器、灯罩、玩具、建筑广告装饰板、磁带盒、笔杆等（3）最轻且价廉的塑料—聚丙烯（PP）特点：力学性能、耐热性（150℃）最高，密度最低，但低温脆性大。无毒无味。应用：汽车上仪表盘、方向盘等；以及日用的微波炉餐具、椅子、平安帽；电器方面电话机、电视机外壳；PP膜可作香烟、食品的包装膜、包装带等。聚丙烯制成电容器外皮聚丙烯管子（4）强韧易成形的白色塑料—ABS：丙烯腈、丁二烯、苯乙烯性能：较高的强度和冲击韧性，良好的耐热性、耐磨性和耐蚀性，易加工成型，尺寸稳定。应用：电视机、洗衣机、计算机等壳体；汽车上仪表盘、方向盘、挡泥板、手柄等，也可用于化工管道、板材等摩托车挡泥板（5）聚酰胺(PA，俗称尼龙)●良好的韧性，强度较高(因吸水不同而异)；

●具有优异的耐磨性和自润滑性能；

●耐蚀性好，如耐水、油、一般溶剂、很多化学药剂，抗霉、抗菌，无毒；

●成形性能也好。应用：汽车离合器踏板轴衬套、横拉杆球头碗、钢板弹簧销衬套、转向器衬套、喇叭钮盖、油管及正时齿轮等。（6）塑料王—聚四氟乙烯化学稳定性、耐腐蚀性(是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一，除熔融金属钠和液氟外，能耐其它一切化学药品，在王水中煮沸也不起变更)化学稳定性超过玻璃、陶瓷和不锈钢，有“塑料王”的美称。缺点：强度低，加热到390度时会分解出剧毒气体，加工性差

氟塑料制隔膜阀氟塑料制管道补偿器

应用：减摩密封件，如自润滑轴承、耐磨片、密封环、阀座、活塞环等耐蚀泵、过滤板、管、阀门接头等。（7）聚砜性能：机械性能好，耐热性、绝缘性好，化学稳定性高。应用：分电器盖、仪表盘、风扇罩车灯反光镜

有机玻璃顶棚（9）聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)

俗称有机玻璃。

●有机玻璃的透亮度比无机玻璃还高,透光率达92%;

●密度只有无机玻璃的一半,为1.18g/cm3。

●机械性能比一般玻璃高得多(与温度有关)。

制造仪表护罩、外壳、光学元件、透镜等。（8）第一种热塑性的全能塑料—聚氯乙烯（PVC）应用：常温常压下的容器、板材、管道；建筑上制作门窗、天花板、电线套管、墙纸；纯PVC透亮，气密性好，用于饮料、药品、化妆品的硬质外包装；PVC软塑料常用于农用薄膜、雨衣、桌布；另外还大量用于电线绝缘护套、插头插座壳、玩具、密封条等。——用途最广的通用塑料。橡胶是一种具有极高弹性及低刚度的高分子材料。性能特点：高弹性、伸缩性好、吸振、绝缘、良好耐磨性和绝缘性。缺点：易老化，表现为丢失弹性、变硬、变脆、发黏、龟裂。二、橡胶（1）最早应用的橡胶—自然橡胶（NR）应用：各类轮胎、胶带、胶管、胶鞋、气球及医疗卫生品等。（2）产量最大的合成橡胶—丁苯橡胶（SBR）特点：同自然橡胶相比质地匀整、成本低、耐磨性及气密性好，抗撕裂和耐老化性也较好，但强度和弹性差。应用：各类轮胎、胶带、胶管、胶鞋、硬质胶轮等，改性后可替代自然橡胶。机械和汽车工业中橡胶的用途：1）动、静密封件，如旋转轴密封、管接口密封2）减振防振件，如机座减振垫片，汽车底盘橡胶弹簧3）传动件，如三角带4）运输胶带、管道5）电线、电缆和电工绝缘材料6）各种轮胎石英玻璃唐三彩§11.2陶瓷材料陶瓷、玻璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦、水泥、石灰、石膏等的统称。按成分和用途分：一般陶瓷特种陶瓷金属陶瓷一般陶瓷:又称传统陶瓷，其原料是自然的硅酸盐产物，如粘土、长石、石英等。这类陶瓷又称硅酸盐陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。

特种陶瓷:原料是人工合成的金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特种陶瓷与一般陶瓷的主要区分在于原料是特地制备的高纯度化工原料，在产品的制备上突破了传统工艺而接受现代新技术，因而具有一些独特的优异性能。金属陶瓷：由金属和陶瓷组成的非均质合成材料。可做成工具材料、高温材料和耐蚀材料。二、陶瓷的性能及用途优点：硬度高、抗压强度大，耐高温，耐磨损，耐腐蚀，不易老化，不能燃烧，抗氧化性强缺点：脆，没有延展性，抗拉、抗弯性能差。氧化铝陶瓷高压钠灯常用工业陶瓷氧化铝热电偶套管氧化铝陶瓷喷咀常用工业陶瓷3.氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷具有优良的化学稳定性及高强度和高韧性，高温强度大。用于制作模具、刀具、轴承和耐磨件等。氧化锆陶瓷刀具氧化锆陶瓷轴承常用工业陶瓷氮化硅轴和轴套氮化硅滑块氮化硅陶瓷刀具氮化硅瓷球4.氮化硅陶瓷氮化硅结构陶瓷被用作航天飞机的防热瓦碳化硅陶瓷砂轮碳化硅陶瓷密封环5．碳化硅陶瓷碳化硅喷嘴碳化硅电加热元件碳化硅电热管碳化硅SIC耐火板三、复合材料复合材料是由两种或两种以上不同性质或不同组织的组分，以宏观或微观方式复合形成的新型材料，一般由基体组元和增加相或功能组元组成。复合材料基体组元增加相树脂基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料纤维增加颗粒增加玻璃纤维碳纤维硼纤维碳化硅纤维氧化铝纤维芳纶纤维陶瓷或金属颗粒复合材料的分类：依据其组成分类：金属与金属复合材料金属轴承合金金属与非金属复合材料金属陶瓷，加网玻璃非金属与非金属复合材料纤维-树脂复合材料依据复合形式分类：纤维复合材料橡胶轮胎层叠复合材料钢-铜-塑料三层复合无油润滑轴承材料细粒复合材料孔隙中充填氟塑料的减摩材料玻璃纤维复合材料（玻璃钢）以玻璃纤维为增加材料，以工程塑料为基体制成的复合材料。1）热塑性玻璃钢玻璃纤维与热塑性塑料组成的复合材料尼龙作基体：轴承、轴承架、齿轮、仪表盘等聚丙烯作基体：转矩变换器、干燥器壳体苯乙烯类树脂作基体：收音机壳体、磁带录