11章-非金屬材料解析

高分子材料——塑料、橡膠、纖維、黏結(jié)劑陶瓷材料——玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料復(fù)合材料——1+1>2第十一章非金屬材料高分子材料

高分子材料是由成千上萬個小分子單體通過聚合反應(yīng)以共價鍵結(jié)合起來的長鏈分子而構(gòu)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、自然纖維、蛋白質(zhì)、自然橡膠。人工合成高分子材料—塑料、合成橡膠、合成纖維（滌綸等）?！?1.1塑料和橡膠一、塑料塑料：以合成高分子化合物（樹脂）為主要組分，加入各種添加劑所組成的高分子材料及制成品的總稱。1、塑料的組成樹脂：塑料的主要組成部分，對塑料性能起確定性作用。添加劑：增塑劑、固化劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等。1.塑料的特性

質(zhì)量輕比強度大耐蝕性好絕緣性好吸振和消聲效能高易于加工成型導(dǎo)熱性差、熱膨脹系數(shù)大減摩、耐磨性差異大耐熱及老化問題2.塑料的組成按組成不同：單組分塑料、多組分塑料單組分塑料：有機玻璃多組分塑料：樹脂+添加劑目前常用樹脂：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等合成樹脂（干脆做塑料）酚醛樹脂、氨基樹脂等合成樹脂，加添加劑做成塑料（一）填充料又稱填充劑或填料。改善塑料制品某些性質(zhì)（提高塑料制品的強度、硬度和耐熱性以及降低成本）。填料在塑料組成材料中約占20%-50%。纖維填料可提高塑料的結(jié)構(gòu)強度；石棉填料可改善塑料的耐熱性；云母填料能增加塑料的電絕緣性；石墨、二硫化鉬填料可改善塑料的磨擦和耐磨性能等。（二）增塑劑提高可塑性和制品的柔韌性、彈性等，在塑料制品的生產(chǎn)、加工時要加入少量的增塑劑。常用的有鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯等。（三）固化劑固化劑又稱硬化劑或熟化劑。作用：使樹脂具有熱固性，在加工過程中使樹脂硬化。（四）穩(wěn)定劑提高樹脂在受熱和光作用時的穩(wěn)定性，抑制老化速度，延長運用壽命。如抗氧劑（酚類化合物等）、光屏蔽劑（炭黑等）、紫外線吸取劑（2-羥基二苯甲酮、水楊酸苯酯等）、熱穩(wěn)定劑（硬脂酸鋁等）。（五）潤滑劑防止塑料粘附在設(shè)備或模具上常用潤滑劑：硬酯及其鹽（六）抗靜電劑削減靜電，使制品不易吸塵（七）阻燒劑使難燃燒或不燃燒3.塑料的分類1）按性能和成型特點分：(1)熱塑料性塑料

特定溫度范圍內(nèi)能反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化的塑料，如聚乙烯等。可回收利用(2)熱固性塑料

受熱或其他條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

一般是指產(chǎn)量大、用途廣、成型性好、價格便宜的塑料。通用塑料有五大品種，即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PS)及ABS。它們都是熱塑性塑料。②工程塑料

能承受確定外力作用，具有良好的機械性能和耐高、低溫性能，尺寸穩(wěn)定性較好，主要有聚甲醛、聚酰胺（尼龍）和ABS塑料。

（1）聚乙烯(PE)

由乙烯單體聚合而成。

依據(jù)合成方法不同,分為高壓、中壓和低壓三種。

●高壓聚乙烯

相對分子質(zhì)量、結(jié)晶度和密度較低，質(zhì)地松軟。

制作塑料薄膜、軟管和塑料瓶等。

●低壓聚乙烯

質(zhì)地剛硬，耐磨性、耐蝕性及電絕緣性較好。

制造塑料管、板材、繩索以及承載不高的零件，如齒輪、軸承等。PE管材保鮮膜（2）最明麗且成形性特好的塑料—聚苯乙烯（PS）特點：極易染成明麗顏色、透亮度好，有光澤應(yīng)用：各類電器配件、殼體、一般光學儀器、燈罩、玩具、建筑廣告裝飾板、磁帶盒、筆桿等（3）最輕且價廉的塑料—聚丙烯（PP）特點：力學性能、耐熱性（150℃）最高，密度最低，但低溫脆性大。無毒無味。應(yīng)用：汽車上儀表盤、方向盤等；以及日用的微波爐餐具、椅子、平安帽；電器方面電話機、電視機外殼；PP膜可作香煙、食品的包裝膜、包裝帶等。聚丙烯制成電容器外皮聚丙烯管子（4）強韌易成形的白色塑料—ABS：丙烯腈、丁二烯、苯乙烯性能：較高的強度和沖擊韌性，良好的耐熱性、耐磨性和耐蝕性，易加工成型，尺寸穩(wěn)定。應(yīng)用：電視機、洗衣機、計算機等殼體；汽車上儀表盤、方向盤、擋泥板、手柄等，也可用于化工管道、板材等摩托車擋泥板（5）聚酰胺(PA，俗稱尼龍)●良好的韌性，強度較高(因吸水不同而異)；

●具有優(yōu)異的耐磨性和自潤滑性能；

●耐蝕性好，如耐水、油、一般溶劑、很多化學藥劑，抗霉、抗菌，無毒；

●成形性能也好。應(yīng)用：汽車離合器踏板軸襯套、橫拉桿球頭碗、鋼板彈簧銷襯套、轉(zhuǎn)向器襯套、喇叭鈕蓋、油管及正時齒輪等。（6）塑料王—聚四氟乙烯化學穩(wěn)定性、耐腐蝕性(是當今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一，除熔融金屬鈉和液氟外，能耐其它一切化學藥品，在王水中煮沸也不起變更)化學穩(wěn)定性超過玻璃、陶瓷和不銹鋼，有“塑料王”的美稱。缺點：強度低，加熱到390度時會分解出劇毒氣體，加工性差

氟塑料制隔膜閥氟塑料制管道補償器

應(yīng)用：減摩密封件，如自潤滑軸承、耐磨片、密封環(huán)、閥座、活塞環(huán)等耐蝕泵、過濾板、管、閥門接頭等。（7）聚砜性能：機械性能好，耐熱性、絕緣性好，化學穩(wěn)定性高。應(yīng)用：分電器蓋、儀表盤、風扇罩車燈反光鏡

有機玻璃頂棚（9）聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)

俗稱有機玻璃。

●有機玻璃的透亮度比無機玻璃還高,透光率達92%;

●密度只有無機玻璃的一半,為1.18g/cm3。

●機械性能比一般玻璃高得多(與溫度有關(guān))。

制造儀表護罩、外殼、光學元件、透鏡等。（8）第一種熱塑性的全能塑料—聚氯乙烯（PVC）應(yīng)用：常溫常壓下的容器、板材、管道；建筑上制作門窗、天花板、電線套管、墻紙；純PVC透亮，氣密性好，用于飲料、藥品、化妝品的硬質(zhì)外包裝；PVC軟塑料常用于農(nóng)用薄膜、雨衣、桌布；另外還大量用于電線絕緣護套、插頭插座殼、玩具、密封條等。——用途最廣的通用塑料。橡膠是一種具有極高彈性及低剛度的高分子材料。性能特點：高彈性、伸縮性好、吸振、絕緣、良好耐磨性和絕緣性。缺點：易老化，表現(xiàn)為丟失彈性、變硬、變脆、發(fā)黏、龜裂。二、橡膠（1）最早應(yīng)用的橡膠—自然橡膠（NR）應(yīng)用：各類輪胎、膠帶、膠管、膠鞋、氣球及醫(yī)療衛(wèi)生品等。（2）產(chǎn)量最大的合成橡膠—丁苯橡膠（SBR）特點：同自然橡膠相比質(zhì)地勻整、成本低、耐磨性及氣密性好，抗撕裂和耐老化性也較好，但強度和彈性差。應(yīng)用：各類輪胎、膠帶、膠管、膠鞋、硬質(zhì)膠輪等，改性后可替代自然橡膠。機械和汽車工業(yè)中橡膠的用途：1）動、靜密封件，如旋轉(zhuǎn)軸密封、管接口密封2）減振防振件，如機座減振墊片，汽車底盤橡膠彈簧3）傳動件，如三角帶4）運輸膠帶、管道5）電線、電纜和電工絕緣材料6）各種輪胎石英玻璃唐三彩§11.2陶瓷材料陶瓷、玻璃、搪瓷、耐火材料、磚瓦、水泥、石灰、石膏等的統(tǒng)稱。按成分和用途分：一般陶瓷特種陶瓷金屬陶瓷一般陶瓷:又稱傳統(tǒng)陶瓷，其原料是自然的硅酸鹽產(chǎn)物，如粘土、長石、石英等。這類陶瓷又稱硅酸鹽陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、絕緣陶瓷、化工陶瓷等。

特種陶瓷:原料是人工合成的金屬氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特種陶瓷與一般陶瓷的主要區(qū)分在于原料是特地制備的高純度化工原料，在產(chǎn)品的制備上突破了傳統(tǒng)工藝而接受現(xiàn)代新技術(shù)，因而具有一些獨特的優(yōu)異性能。金屬陶瓷：由金屬和陶瓷組成的非均質(zhì)合成材料?？勺龀晒ぞ卟牧稀⒏邷夭牧虾湍臀g材料。二、陶瓷的性能及用途優(yōu)點：硬度高、抗壓強度大，耐高溫，耐磨損，耐腐蝕，不易老化，不能燃燒，抗氧化性強缺點：脆，沒有延展性，抗拉、抗彎性能差。氧化鋁陶瓷高壓鈉燈常用工業(yè)陶瓷氧化鋁熱電偶套管氧化鋁陶瓷噴咀常用工業(yè)陶瓷3.氧化鋯陶瓷氧化鋯陶瓷具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性及高強度和高韌性，高溫強度大。用于制作模具、刀具、軸承和耐磨件等。氧化鋯陶瓷刀具氧化鋯陶瓷軸承常用工業(yè)陶瓷氮化硅軸和軸套氮化硅滑塊氮化硅陶瓷刀具氮化硅瓷球4.氮化硅陶瓷氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷被用作航天飛機的防熱瓦碳化硅陶瓷砂輪碳化硅陶瓷密封環(huán)5．碳化硅陶瓷碳化硅噴嘴碳化硅電加熱元件碳化硅電熱管碳化硅SIC耐火板三、復(fù)合材料復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同組織的組分，以宏觀或微觀方式復(fù)合形成的新型材料，一般由基體組元和增加相或功能組元組成。復(fù)合材料基體組元增加相樹脂基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料纖維增加顆粒增加玻璃纖維碳纖維硼纖維碳化硅纖維氧化鋁纖維芳綸纖維陶瓷或金屬顆粒復(fù)合材料的分類：依據(jù)其組成分類：金屬與金屬復(fù)合材料金屬軸承合金金屬與非金屬復(fù)合材料金屬陶瓷，加網(wǎng)玻璃非金屬與非金屬復(fù)合材料纖維-樹脂復(fù)合材料依據(jù)復(fù)合形式分類：纖維復(fù)合材料橡膠輪胎層疊復(fù)合材料鋼-銅-塑料三層復(fù)合無油潤滑軸承材料細粒復(fù)合材料孔隙中充填氟塑料的減摩材料玻璃纖維復(fù)合材料（玻璃鋼）以玻璃纖維為增加材料，以工程塑料為基體制成的復(fù)合材料。1）熱塑性玻璃鋼玻璃纖維與熱塑性塑料組成的復(fù)合材料尼龍作基體：軸承、軸承架、齒輪、儀表盤等聚丙烯作基體：轉(zhuǎn)矩變換器、干燥器殼體苯乙烯類樹脂作基體：收音機殼體、磁帶錄