環(huán)保設備材料

1環(huán)境保護設備材料

本章主要講環(huán)境保護設備常用材料的的基本性能，主要內容：1.1金屬材料1.2耐蝕金屬材料及性能1.3無機非金屬材料1.4高分子材料1.5復合材料1.6噪聲控制材料1.7材料的腐蝕與防護1.8環(huán)保設備材料選擇金屬材料高分子材料陶瓷材料復合材料金屬基復合材料非金屬基復合材料普通陶瓷特種陶瓷工程塑料合成纖維合成橡膠鋼有色金屬及其合金鑄鐵環(huán)保設備材料1.1金屬材料1.1.1金屬材料的分類環(huán)保設備常用的金屬材料主要有碳鋼、鑄鐵、合金鋼、不銹鋼以及部分有色金屬材料等。1、鋼的分類（1）按化學成分分類

低碳鋼中碳鋼高碳鋼低合金鋼中合金鋼高合金鋼1.1金屬材料（2）按質量分類按照鋼中硫（S）和磷（P）的含量可分為普通鋼、優(yōu)質鋼和高級優(yōu)質鋼。普通鋼

S≤0.055%；P≤0.045%；優(yōu)質鋼

S、P均應≤0.04%；高級優(yōu)質鋼

S≤0.03%；P≤0.035%1.1金屬材料（3）按用途分類根據鋼的用途主要可分為結構鋼、工具鋼和特殊性能鋼。結構鋼:主要用于制造各種工程構件和機器零件。這類鋼一般屬于低碳或中碳的碳素鋼或合金鋼。工具鋼:主要用于制造各種刀具、量具、模具。這類鋼一般屬于高碳鋼或高碳合金鋼。特殊性能鋼:是具有特殊物理性能或化學元素性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等，這類鋼一般屬于高合金鋼。1.1金屬材料2、鋼的編號鋼的品種繁多，為了便于選擇和使用，必須制定科學的編號系統(tǒng)。編號的要求是用簡明的符號將鋼中所含元素的大致百分數表示出來。有時通過編號還能說明鋼的性能特征。（1）普通碳素結構鋼這類鋼主要保證機械性能，故其牌號用Q+數字表示，其中“Q”為“屈”字的漢語拼音字頭，數字表示屈服強度值，例如Q275表示屈服強度為275MPa的碳素結構鋼。若牌號后面標注A、B、C、D，則表示鋼材質量等級不同，其中A級最低，D級最高。若在牌號后標注字母"F"則為沸騰鋼，未加標注的為鎮(zhèn)靜鋼。例如Q235-AoF表示屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼。1.1金屬材料（2）優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼主要用于制造各種機器零件這些零件一般都要經過熱處理以提高其機械性能。這類鋼的硫、磷含量都限制在0.040%以下。編號方法是采用兩位數字表示鋼中平均含碳量為萬分之幾。例如含碳為0.45%（萬分之四十五）左右的優(yōu)質碳素結構鋼編號為45鋼；含碳0.08%左右的低碳鋼稱為08鋼等。若鋼中含錳較高則在鋼號后面附以錳的元素符號Mn如15Mn、45Mn等。1.1金屬材料（3）碳素工具鋼這類鋼的含碳量較高，一般介于0.65~1.35％之間。它的硫、磷含量限制得更嚴格些。一般的碳素工具鋼均屬于優(yōu)質鋼。當硫、磷含量分別限制在0.030%以下時則為高級優(yōu)質工具鋼。碳素工具鋼的編號是以“T”（碳的漢語拼音字頭）開頭，后面標以數字表示含碳量的千分之幾。例如T8就是代表平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼；T13則代表平均含碳量為1.3%的碳素工具鋼。若為高級優(yōu)質碳素工具鋼，則在編號最后加以"A"，例如T8A、T13A，1.1金屬材料

（4）合金結構鋼編號：“兩位數字+元素符號+數字”來表示。前面的兩位數字代表鋼中平均含碳量的萬分之幾，元素符號表示鋼中所含的合金元素。元素后面的數字表示該元素的平均含量的百分之幾。如果平均含量低于1.5%，則不標明含量。如果平均含量大于1.5%、2.5%、3.5%…，則相應地以2、3、4…等表示。例如12CrNi3鋼，其平均含碳量為0.12%，平均含鉻量小于1.5%，平均含鎳量為3%。又如30CrMnSi鋼，其平均含碳量為0.3%，鉻、錳、硅三種合金元素的含量均小于1.5%。若為高級優(yōu)質合金結構鋼，則在鋼號的最后加"A"字，例如20Cr12Ni14WA。1.1金屬材料（5）合金工具鋼編號與合金結構鋼相似，僅含碳量的表示方法有所不同。當合金工具鋼的平均含碳量大于或等于1.00%時，其含碳量不予標出。平均含碳量小于1.00%時，以千分之幾表示。例如：9SiCr鋼，其平均含碳量為0.9%，硅和鉻的平均含量小于1.5%。碳鋼用途舉例Q195、Q215，用于鉚釘、開口銷等及沖壓零件和焊接構件。Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉桿、連桿及建筑、橋梁結構。Q275，用于強度較高轉軸、心軸、齒輪等。Q345，用于船舶、橋梁、車輛、大型鋼結構。08鋼，含碳量低，塑性好，主要用于制造冷沖壓零件。10、20鋼，常用于制造沖壓件和焊接件。也常用于制造滲碳件。35、40、45、50鋼屬中碳鋼，經熱處理后可獲得良好的綜合力學性能，主要用制造齒輪、套筒、軸類零件等。這幾種鋼在機械制造中應用非常廣泛。T7、T8鋼，用于制造具有較高韌性的工具，如沖頭、鑿子等。T9、T10、T11鋼，用作要求中等韌性、高硬度的刃具，如鉆頭、絲錐、鋸條等。T12、T13鋼，用于要求更高硬度、高耐磨性的銼刀、拉絲模具等。合金鋼用途舉例09MnNb、16Mn、15MnTi鋼屬低合金結構鋼，用于制造橋梁、車輛、鍋爐、油罐、建筑結構和化工容器等。14MnVTiRe、14MnMoV、18MnNb、14CrMnMoVB鋼用于制造大型船舶、重要橋梁、電站設備及鍋爐、化工、石油等中高壓容器。20CrMnTi鋼，常用于制造汽車、拖拉機上的齒輪。40MnB、40Cr、35CrMo、40CrMnMo鋼，用于制造重要調質件，如主軸、曲軸、連連桿和齒輪等機械零件。65Mn、60Si2Mn鋼屬彈簧鋼，主要用于制造截面小于25mm的彈簧，如車箱板簧和機車板簧、扭桿簧等。GCr15、GsiMnMoV鋼屬軸承鋼，主要用于制造滾動軸承的內圈、外圈和滾動體，也可用于制造冷沖模、冷軋輥等。1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti鋼，屬奧氏體不銹鋼，用于制造耐硝酸、冷磷酸、有機酸及鹽、堿溶液腐蝕的設備零件。Mn13鋼，屬耐磨鋼，用于制造拖拉機鏈軌板、挖掘機鏟齒、球磨機襯板、鐵路道岔等。15CrMo、4Cr10Si2Mo鋼，屬耐熱鋼，用于制造在高溫下工作的零件或構件。3.鋼鐵材料的現場鑒別（1）火花鑒別法根據鋼鐵材料在磨削過程中所出現的火花爆裂形狀、流線、色澤、發(fā)火點等特點區(qū)別鋼鐵材料化學成分差異的方法，稱為火花鑒別法碳是鋼鐵材料火花的基本元素，也是火花鑒別法測定的主要成分。由于含碳量的不同，其火花形狀不同。碳素鋼火花的特征①通常低碳鋼火花束較長，流線少，芒線稍粗，多為一次花，發(fā)光一般，帶暗紅色，無花粉。碳素鋼火花的特征②中碳鋼火花束稍短，流線較細長而多，爆花分叉較多，開始出現二次、三次花，花粉較多，發(fā)光較強，顏色橙。碳素鋼火花的特征③高碳鋼火花束較短而粗，流線多而細，碎花、花粉多，分叉多且多為三次花，發(fā)光較亮鑄鐵的火花特征鑄鐵的火花束很粗，流線較多，一般為二次花，花粉多，爆花多，尾部漸粗下垂成弧形，顏色多為橙紅?；鸹ㄔ囼灂r，手感較軟合金鋼的火花特征合金鋼的火花特征與其含有的合金元素有關。一般情況下，鎳、硅、鉬、鎢等元素抑制火花爆裂，而錳、釩鉻等元素卻可助長火花爆裂。所以對合金鋼的鑒別難掌握。一般鉻鋼的火花束白亮，流線稍粗而長，爆裂多為一次花、花型較大，呈大星形，分叉多而細，附有碎花粉，爆裂的火花心較明亮。鎳鉻不銹鋼的火花束細，發(fā)光較暗，爆裂為一次花，五、六根分叉，呈星形，尖端微有爆裂。高速鋼火花束細長，流線數量少，無火花爆裂，色澤呈暗紅色，根部和中部為斷續(xù)流線，尾花呈弧狀。（2）色標鑒別法生產中為了表明金屬材料的牌號、規(guī)格等，常做一定的標記，如涂色、打印、掛牌等。金屬材料的涂色標志是表示鋼號、鋼種的，涂在材料一端的端面或端部。碳素結構鋼Q235鋼為紅色；優(yōu)質碳素結構鋼20鋼為棕色加綠色，45鋼為白色加棕色合金結構鋼20CrMnTi鋼為黃色加黑色，40CrMo鋼為綠色加紫色；鉻軸承鋼GCr15鋼為藍色；高速鋼W18Cr4V鋼為棕色加藍色；不銹鋼1Cr18Ni9Ti鋼為綠色加國藍色；熱作模具鋼5CrMnMo鋼為紫色加白色。（3）斷口宏觀鑒別法低碳鋼:不易敲斷，斷口邊緣有明顯的塑性變形特征，有微量顆粒；中碳鋼:斷口邊緣的塑性變形特征沒有低碳鋼明顯，斷口顆粒較細、較多；高碳鋼:斷口邊緣無明顯塑性變形特征，斷口顆粒很細密；鑄鐵:極易敲斷，斷口無塑性變形，晶粒粗大，呈暗灰色。（4）音色鑒別法根據鋼鐵敲擊時發(fā)出的聲音不同，以區(qū)別鋼和鑄鐵的方法稱為音色鑒別法。敲擊時，發(fā)出比較清脆聲音的材料為鋼，發(fā)出較低沉聲音的材料為鑄鐵。（5）其它鑒別方法

一般還可采用化學分析、金相檢驗以及硬度試驗等手段進行鑒別

使用性能工藝性能熱處理性能成型工藝性能焊接性能切削加工性能壓力加工性能機械（力學）性能化學性能金屬材料的基本性能物理性能1.1.2金屬材料的基本性能1.1.2金屬材料的基本性能。1.化學成分化學成分的變化對鋼材的基本力學性能如強度及塑韌性等有較大影響，對熱處理效果也有較大影響。（1）碳（C）主要元素。一般地，碳含量增加，強度極限和硬度提高，而塑性、韌性下降。當碳的含量超過0.9%時，鋼的強度極限反而降低。碳含量偏高會對鋼的焊接性能產生不利影響。（2）硫（S）有害元素。以FeS形式存在（熔點只有989℃），使鋼材在熱加工時容易開裂，產生"熱脆"現象。硫含量高還使材料的斷裂韌性降低。1.1.2金屬材料的基本性能（3）磷（P）也是一種有害元素。磷能全部溶于鐵素體中，使強度和硬度增加，會導致塑性和沖擊韌性的顯著降低。使材料在低溫變脆，產生“冷脆”現象。在某些特殊用途鋼中，如含磷的銅鋼，可以提高在大氣中的耐蝕性。（4）錳（Mn）一種有益元素。錳是煉鋼時作為脫氧劑和合金元素加入鋼中的。由于錳可以和硫形成高熔點(1600℃)的硫化錳，能減輕硫的有害作用，并能提高鋼的強度和硬度，是低合金鋼中的常見元素。（5）硅（Si）一種有益元素。作為脫氧劑和合金元素加入鋼中的。能使鋼的強度、硬度、彈性提高，而塑性、韌性降低。硅作為合金元素，可以提高鋼的耐蝕性和耐熱性，但過量的硅會惡化鋼的熱加工工藝性能。1.1.2金屬材料的基本性能2.材料的使用性能（1）化學性能化學性能是指它在所處介質中的化學穩(wěn)定性。包括抗氧化性和耐腐蝕性?？寡趸允侵覆牧显诩訜?、光照時抵抗氧化作用的能力。耐腐蝕性是指材料在使用工藝條件下抵抗氧、水蒸氣及其他腐蝕性介質侵蝕破壞作用的能力。1.1.2金屬材料的基本性能（2）物理性能密度、熔點、導熱性、導電性、熱膨脹性、磁性以及彈性模量等。①密度:單位體積物質的質量稱為該物質的密度。②熔點:物質從固態(tài)向液態(tài)轉變時的溫度稱為熔點。③導熱性（導熱系數）是指當溫度梯度（溫度差與器壁厚度的比值）為1K/m，每小時通過每平方米傳熱面積傳過的熱量，單位為W/(m·K）。④導電性:傳導電流的能力稱導電性。用電阻率衡量，單位是Ω·cm。⑤熱膨脹性:材料隨溫度變化而膨脹收縮的特性稱為熱膨脹性。用線膨脹系數α

L和體積膨脹系數αV表示線膨脹系數是指材料在溫度變化1℃時單位長度的伸縮變化值，αV=3α

L⑥彈性模量:是材料在彈性極限內應力與應變的比值。1.1.2金屬材料的基本性能（3）機械性能（力學性能）

材料的機械性能主要是指材料在外力（外加載荷）作用下抵抗外力所表現出來的性能包括強度、塑性、硬度、韌性及疲勞強度等古代建筑結構傳統(tǒng)具有柱、梁、檁、椽的木制房屋結構建于遼代（1056年）的山西應縣佛宮寺釋迦塔，塔高9層共67.31米，用木材7400噸，900多年來歷經數次地震不倒，現存唯一木塔2200年以前建造的都江堰安瀾索橋

建于隋代（605年）的河北趙州橋，橋長64.4米，跨徑37.02米，用石2800噸橋梁結構航空航天四川彩虹橋坍塌美國紐約馬爾克大橋坍塌1.1.2金屬材料的基本性能試件和實驗條件：常溫、靜載

1.1.2金屬材料的基本性能儀器壓力實驗機游標卡尺應力應變曲線比例極限σp彈性極限σe屈服極限σs抗拉強度σb滑移線1.1.2金屬材料的基本性能1）材料的強度強度是材料抵抗塑性變形和斷裂的能力稱為強度。根據載荷不同，可分為拉伸強度（бb），抗壓強度（бbc），抗剪強度（τb）和抗扭強度（τt）等①彈性極限值бp（бe）和彈性模量E：表示材料保持彈性變形，不產生永久變形的最大應力。在彈性變形階段，бp=Eε，E稱為彈性模量。E值越大，則材料剛度越大，即在一定應力條件下產生的應變越小。設計時應選E值較高的材料。②屈服極限（屈服強度）σs：表示材料試樣開始發(fā)生明顯塑性變形時的應力。單位為MPa。對于沒有明顯屈服點的材料，規(guī)定以產生0.2%塑性變形時的應力作為屈服強度，以σ0.2表示。1.1.2金屬材料的基本性能③強度極限（拉伸強度）бb

:表示材料試樣在拉斷前所能承受的最大應力，單位為MPa。?屈強比：屈服極限和拉伸強度的比值稱為屈強比。這個比值可反映材料屈服后強化能力的高低。一般高強度鋼的屈強比數值較大，低強度鋼的屈強比較小。?持久強度：持久強度是材料在某一溫度下受恒定載荷作用時，在規(guī)定的持續(xù)時間內（如105h）引起斷裂時的應力。用σTt表示，單位為MPa。?蠕變強度:指在給定的溫度下，在規(guī)定的時間內（如105h），使試樣產生的蠕變變形量不超過規(guī)定值（如1%）時的最大應力，以σгt表示，單位為MPa。?疲勞破壞:零件或構件在工作過程中受到方向、大小反復變化的交變應力的長期作用下，會在應力遠小于該材料的屈服強度情況下，突然發(fā)生脆性斷裂，這種現象稱為疲勞破壞。?疲勞強度:是指材料在經受N次應力循環(huán)而不斷裂時的最大應力，以σ－1（純彎曲疲勞），τ－1（扭轉疲勞）表示，單位為MPa。1.1.2金屬材料的基本性能\2）塑性斷裂前材料產生永久變形的能力稱為塑性。用延伸率和斷面收縮率表示。①延伸率（δ）：在拉伸試驗中，試樣拉斷后，標距的伸長與原始標距的百分比稱為延伸率。

②斷面收縮率（Ψ）：試樣拉斷后，縮頸處截面積的最大縮減量與原始斷面積的百分比稱為斷面收縮率。材料的延伸率和斷面收縮率越大，表示材料的塑性越好。1.1.2金屬材料的基本性能3)硬度

硬度是材料抵抗其它物體刻劃或壓入其表面的能力叫硬度(受壓時抵抗局部變形的能力)用標準試驗方法測得的表面硬度是材料耐磨能力的重要指標。有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）、維氏硬度（HV）、肖氏硬度（HS）等。①布氏硬度用一定直徑的鋼球或硬質合金球，以相應的試驗力壓入試件表面，經規(guī)定保持時間后，卸除試驗力，測量試樣表面的壓痕直徑，之后將測得參數代入計算公式，即可得布氏硬度值。布氏硬度一般用于材料較軟的時候，如有色金屬、熱處理之前或退火后的鋼鐵。1.1.2金屬材料的基本性能②洛式硬度是以壓痕塑性變形深度來確定硬度值指標。HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料(如硬質合金等)。

HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。

HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。1HRC≈1/10HB。1.1.2金屬材料的基本性能4）材料的韌性韌性是材料抵抗沖擊載荷作用的能力稱為韌性。是材料對缺口或裂紋敏感程度的反映，用來衡量材料的抗裂紋擴展能力。沖擊韌性:衡量材料韌性的指標之一。用帶缺口的沖擊試樣在沖擊試驗中所吸收的沖擊功數值作為沖擊韌性值。

1.1.2金屬材料的基本性能斷裂韌性:材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展斷裂的能力材料的沖擊韌性可指導選材，但沖擊功不能直接用于設計計算，而且許多壓力容器由于裂紋的存在也可以在塑性與沖擊韌性值足夠大的情況下發(fā)生脆性斷裂事故。為了能更科學地判斷容器是否存在較大宏觀缺陷，特別是裂紋性缺陷時是否會發(fā)生低應力脆斷，近年來已把斷裂力學中的斷裂韌性指標用于壓力容器的防脆斷設計或安全評定。這些斷裂韌性值可以衡量材料的韌性情況，即可看出存在裂紋時材料所具有的防斷能力。1.1.2金屬材料的基本性能3材料的加工工藝性能

材料要經過各種加工后，才能做成設備或機器的零件。材料在加工方面的物理、化學和機械性能的綜合表現構成了材料的工藝性能，又叫加工性能。選材時必須同時考慮材料的使用與加工兩方面的性能。

環(huán)保設備中容器和設備主要零部件的制造主要是焊接、鍛造、切削、沖壓、彎曲和熱處理工藝過程?！?.1.2金屬材料的基本性能（1）焊接性能（可焊性）：指被焊金屬在一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數及結構型式的條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度。包括對焊接加工的適應性和焊接后焊接結構的使用性能。*工藝可焊性:主要是指焊接接頭產生工藝缺陷的傾向*使用可靠性:包括焊接接頭的機械性能及其他特殊性能（如耐熱、耐蝕性能等）。（2）壓力加工性能（可鍛性）壓力加工是使材料產生塑性變形的加工方法，包括軋制、擠壓、冷拔、鍛壓和沖壓加工。變形量小可用冷加工，變形量大可用熱加工。壓力加工性能：材料產生塑性變形的能力稱為壓力加工性能。金屬承受壓力加工的能力叫金屬的可鍛性。（3）切削加工性能：材料被切削加工的難易程度。（4）成型工藝性：成型就是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下，經外力作用產生塑性變形而成為所需形狀的過程。（5）熱處理性能：金屬材料適應各種熱處理加工工藝的性能稱為熱處理性能。熱處理是以改善鋼材的某些性能為目的，將鋼材加熱到一定的溫度，在此溫度下保持一定的時間，然后以不同的速度冷卻下來的一種操作。1.2耐蝕金屬材料及性能金屬材料的化學性能最主要的是指它的耐腐蝕性。材料抵抗周圍介質對腐蝕破壞的能力稱為材料的耐腐蝕性能。耐蝕性不是材料固有不變的特性，它隨材料的工作條件而改變。1、碳鋼和普通鑄鐵的耐蝕性（1）耐蝕性能*在淡水、大氣、土壤、海水等中性介質中都不耐蝕；*在各類干燥氣體和有機溶劑等介質中耐蝕性良好；*在低濃度堿溶液及濃硫酸、濃氫氟酸等介質中，碳鋼和普通鑄鐵表面能生成穩(wěn)定的膜，因而是耐蝕的。（2）影響耐蝕性的因素：介質組成；鐵碳合金的成分和組織；鋼鐵熱處理條件差異。1.2耐蝕金屬材料及性能2、耐蝕合金鑄鐵

在鑄鐵中加入某些合金元素可以大大提高它在一些介質中的耐蝕性。如添加硅、鉻、鋁等元素，可使鑄鐵表面形成連續(xù)、致密、牢固的表面膜；添加鎳能獲得耐堿性介質腐蝕性能優(yōu)良的奧氏體鑄鐵；加稀土元素、鎂，能使石墨球化，從而大大改善高硅鑄鐵的力學性能和工藝性能。3、耐蝕低合金鋼耐蝕低合金鋼通常是指在碳鋼中加入合金元素的總量低于3%左右的合金。加入的合金元素種類、含量不同，所起的作用不同。根據在不同介質中的耐腐蝕性能，可將耐蝕低合金鋼分為如下幾種：①耐海洋大氣腐蝕鋼種10MnPNbRe、攀鋼09CuPTiRe鋼②耐海水腐蝕鋼種鉻鋁系（如10CrAl，10MnPNbRe、10CrAlNb鋼）③耐硫化氫腐蝕鋼種耐硫化氫腐蝕的低合金稀土鋼、12MnAlV

1.2耐蝕金屬材料及性能4、不銹鋼

不銹鋼是鉻、鎳含量較高的合金鋼。通常把耐大氣腐蝕的合金鋼稱為不銹鋼，把在酸中及其它強腐蝕性介質中耐腐蝕的合金鋼稱為耐酸鋼。一般把上述不銹鋼與耐酸鋼統(tǒng)稱為不銹耐酸鋼或簡稱為不銹鋼。

①鐵素體不銹鋼：鉻為主要合金元素。C﹤0.15%，Cr12%～30%。典型鋼號1Cr13、2Cr13耐蒸汽、潮濕大氣、淡水和海水腐蝕、鹽水溶液、硝酸、低濃度有機酸。主要用來制造閥、、閥件、高溫螺栓、軸、活塞桿等。0Cr13、0Cr17Ti耐稀硝酸、硫化氫氣體主要用來制造環(huán)保設備、化工設備、容器和管道、食品工廠設備等。1.2耐蝕金屬材料及性能②奧氏體不銹鋼：以鉻、鎳為主要合金元素。主要用來制作儲槽、塔器、反應釜、閥件等設備。0Cr18Ni9，1Cr18Ni9，00Cr18Ni9（超低碳）③鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼：典型鋼號1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N。主要用于制造化工、化肥、環(huán)保設備、管道、海水冷卻的熱交換設備。1.2耐蝕金屬材料及性能5、有色金屬及其合金

工業(yè)上鋼鐵稱為黑色金屬，除鋼鐵以外的金屬稱為有色金屬。有色金屬及其合金因具有良好的耐腐蝕性和低溫性能，常用來制造水處理、化工容器及有關的設備零部件。（1）銅及其合金①純銅:也稱紫銅。耐蝕性能：銅在一般大氣、工業(yè)大氣、海洋性大氣中比較穩(wěn)定；在堿中、在弱的和中等濃度的非氧化性酸中也相當穩(wěn)定，若溶液中有氧或氧化劑存在，腐蝕將更加嚴重。銅不耐硫化物（如H2S）腐蝕。加工使用性能：銅具有高的導電性、導熱性、塑性和良好的加工性能；銅具有良好的冷韌性。但銅的強度低，鑄造性能不好，且在某些介質中的耐蝕性不高，很少用作結構材料。1.2耐蝕金屬材料及性能②銅合金：常用的銅合金有黃銅和青銅。

黃銅：銅與鋅組成的合金稱為黃銅。為改善其性能，常加入錫、鋁、硅、鎳、錳、鉛、鐵等元素，這樣形成的合金稱為特殊黃銅。

特點：機械性能與含鋅量有著極為密切的關系；鑄造性能很好；抗蝕性較好；含鋅量大于20%的黃銅經冷加工后，在潮濕的大氣、海水、高溫高壓水、蒸汽及一切含氨的環(huán)境中都可引起應力腐蝕斷裂。黃銅在中性溶液、海水和在退火后酸洗溶液中易發(fā)生脫鋅腐蝕，可在黃銅中加入0.02%的砷防止其發(fā)生。

青銅：凡是銅合金中的主加元素不是鋅而是錫、鋁、硅等其它元素者，通稱為青銅。常用的青銅有錫青銅、鋁青銅和硅青銅等。

特點：錫青銅鑄造性能較黃銅差，抗腐蝕性比純銅和黃銅更好，但對酸類的抗蝕性較差。鋁青銅的機械性能比黃銅和錫青銅高，而且在大氣、海水、碳酸及大多數有機酸中具有比黃銅和錫青銅更高的耐蝕性。硅青銅具有比錫青銅高的機械性能和較低的價格，而且鑄造性能和冷、熱壓力加工性能都很好。1.2耐蝕金屬材料及性能

（2）鋁及其合金

①鋁特性：比重為2.7，約為銅的1/3；導電性、導熱性、塑性、冷韌性都好，但強度低，經冷變形后強度可提高；能承受各種壓力加工。鋁在強氧化性介質以及在氧化性酸（如硝酸）中也是穩(wěn)定的。鹵素離子對鋁的氧化膜有破壞作用，所以鋁在氫氟酸、鹽酸、海水和其它含鹵素離子的溶液中是不耐蝕的。

應用：廣泛用于制造反應器、熱交換器、冷卻器、泵、閥、槽車、管件等

②鋁合金純鋁的強度較低，若在鋁中加入一些元素，如銅、鎂、鋅、錳、硅等形成鋁合金，其性能將會有很大的改善。形變鋁合金形變鋁合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金等。因其塑性好，故常利用壓力加工方法制造沖壓件、鍛件等，應用：鉚釘、焊接油箱、管道、容器、發(fā)動機葉片、飛機大梁及起落架、內燃機活塞等。鑄造鋁合金鑄造鋁合金是用于制造鋁合金鑄件的材料，按主要合金元素的不同，鑄造鋁合金分為鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金。（1）鋁硅鑄造鋁合金

其鑄造性能好，比重小，并有相當好的抗蝕性和耐熱性，適于制造形狀復雜的零件，如泵體、電動機殼體、發(fā)動機的氣缸頭、活塞以及汽車、飛機、儀器上的零件，也可制造日用品。（2）鋁銅鑄造鋁合金

鋁銅合金的強度較高，耐熱性較好，鑄造性能較差，常用于鑄造內燃機氣缸頭、活塞等零件，也可作為結構材料鑄造承受中等載荷、形狀較簡便的零件。（3）鋁鎂鑄造鋁合金

強度高、比重小，有良好的耐蝕性，但鑄造性能不好，多用于制造承受沖擊載荷、在腐蝕性介質中工作、外形簡單的零件，如艦般配件、氨用泵體等。（4）鋁鋅鑄造鋁合金

價格便宜、鑄造性能優(yōu)良、強度較高，但抗蝕性差、熱裂傾向大，常用于制造汽車、拖拉機發(fā)動機零件及形狀復雜的儀器元件，也可用于制造日用品。1.2耐蝕金屬材料及性能（3）鈦及鈦合金

①純鈦特點：是很活潑的元素。有很好的鈍化性能，鈍化膜很穩(wěn)定，在許多環(huán)境中表現出很好的耐蝕性。耐大氣、海水、硫酸、鹽酸、硝酸、輕氧化鈉等。有“耐海水腐蝕之王”之稱。高溫下，鈦的化學活性很高，能與鹵素、氧、氮、碳、硫等元素發(fā)生劇烈反應。鈦一般不發(fā)生孔蝕；除在幾種個別介質（如發(fā)煙硝酸、甲醇溶液）中，也不發(fā)生晶間腐蝕；鈦的應力腐蝕破裂敏感性小，具有抗腐蝕疲勞的性能，耐縫隙腐蝕性能良好。應用：軍工、航空、石油、化工、農藥、染料、輕工、海洋工程及環(huán)保領域

1.2耐蝕金屬材料及性能②鈦合金

特點：鈦合金的機械性能與耐蝕性都比純鈦有明顯提高。工業(yè)上使用的都是鈦合金。鈦合金的主要腐蝕形態(tài)是氫脆和應力腐蝕破裂。應用：各種強腐蝕環(huán)境的反應器、換熱器、離心機、分離機、泵、管道、閥、管件、電解槽等。1.2耐蝕金屬材料及性能（4）鉛及其合金

①鉛：特點：鉛的強度小（僅為鋼的1/20）、硬度低、密度大、再結晶溫度低、熔點低、導熱性差，在硫酸中、大氣中（特別是有二氧化硫、硫化氫的氣體中）有很高的耐蝕性，在生產上多用于處理硫酸的設備上。鉛有毒，且價格高，在生產上多被其他非金屬材料代替。純鉛只能做襯里（不耐磨，非常軟，不宜單獨制作設備）。

1.2耐蝕金屬材料及性能②鉛合金：鉛中加銻?？稍黾鱼U的硬度、強度和在硫酸中的穩(wěn)定性。加入不同銻含量的鉛銻合金稱為硬鉛（編號規(guī)則同前）。硬鉛可制作硫酸工業(yè)用的泵、閥門、管道等。1.2耐蝕金屬材料及性能(5)鎳及其合金

①鎳：特點：在各種溫度、任何濃度的堿溶液和各種熔堿中，鎳具有特別高的耐蝕性。但鎳在含硫氣體、濃氨水和強烈充氣氨溶液、含氧酸和鹽酸等介質中，耐蝕性很差。鎳具有高強度、高塑性和冷韌的特性，

②鎳合金：Ni-Cu合金中的蒙乃爾合金易于壓力加工和切削加工，耐蝕性好。Ni－Mo合金中的哈氏合金（0Cr16Ni57Mo16Fe6W4）能耐室溫下所有濃度的鹽酸和氫氟酸。Ni－Cr合金中的因考爾合金（0Cr15Ni57Fe），在高溫下具有很好的力學性能和很高的抗氧化能力，是能抗熱濃MgCl2腐蝕的少數幾種材料之一。用途：用于制造堿性介質設備，以及鐵離子在反應過程中會發(fā)生催化影響而不能采用不銹鋼的那些過程設備。

1.3無機非金屬材料1.3.1陶瓷材料1.陶瓷材料的分類(1)傳統(tǒng)陶瓷：以粘土為主要原料(2)玻璃：工業(yè)玻璃，建筑玻璃，日用玻璃(3)玻璃陶瓷：光學玻璃陶瓷，耐熱、耐蝕微晶玻璃(4)特種陶瓷：耐蝕陶瓷、高溫陶瓷、電容器陶瓷、壓電陶瓷、電光陶瓷(5)金屬陶瓷：粉末冶金法生長的金屬材料（制粉、成形、燒結）2.陶瓷的基本性能（1）陶瓷的機械性能剛度：是各類材料中最高的，比金屬材料高若干倍，比高聚物高2~4個數量級。1.3無機非金屬材料硬度：是各類材料中硬度最高的強度：低。塑性：在室溫下幾乎沒有塑性。韌性或脆性：韌性極低或脆性極高。脆性是陶瓷的最大缺點，是阻礙其作為結構材料廣泛應用的首要問題，是當前的重要研究課題。1.3無機非金屬材料

（2）物理化學性能熱膨脹性：比金屬低得多。導熱性：比金屬小，陶瓷多為較好的絕熱材料。熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性就是抗熱振性，為陶瓷在不同溫度范圍波動時的壽命，一般用急冷到水中不破裂所能承受的最高溫度來表征。陶瓷的熱穩(wěn)定性很低，比金屬低得多?；瘜W穩(wěn)定性：具有很好的耐火性能或不可燃燒性，對酸、堿、鹽等腐蝕性很強的介質均有較強的抗蝕能力。導電性：陶瓷的導電性變化范圍很廣?？偨Y：陶瓷性能的主要特點是，具有不可燃燒性、高耐熱性、高化學穩(wěn)定性、不老化性、高的硬度和良好的抗壓能力，但脆性很高，對溫度劇變的抵抗力很低，抗拉、抗彎性能差。1.3無機非金屬材料

3.耐蝕陶瓷及其耐蝕性能（1）耐酸陶瓷：耐酸陶瓷又稱化工陶瓷。性能：耐酸陶瓷可耐沸騰溫度下任何濃度的鉻酸、96%的硫酸、沸點以下的任何濃度鹽酸和任何濃度的醋酸、草酸等有機酸，但不耐氫氟酸，耐堿性也差。另外，由于其性脆、抗拉強度低，在急熱、急冷變化時和硬物敲擊下易碎裂。應用：耐酸陶瓷主要用來制作耐酸瓷磚、耐酸容器、塔器、泵、管道、閥門等。（2）氮化硅陶瓷：這是一種新型的工業(yè)陶瓷材料。特點：熱膨脹系數小，耐溫度急變性好，摩擦系數小，并有自潤滑性，是一種優(yōu)良的耐磨材料。氮化硅陶瓷耐所有的無機酸（氫氟酸除外）和某些堿溶液的腐蝕，它在高溫下的抗氧化性能也很好。應用：氮化硅陶瓷可用于制作機械密封環(huán)、球閥和一些耐蝕、耐磨、耐高溫的精密零部件。（3）其它陶瓷氧化物陶瓷大部分氧化物具有很高的熔點，良好的電絕緣性能，特別是具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和抗氧化性，在工程領域已得到了較廣泛的應用。氮化物陶瓷

氮化物包括非金屬和金屬元素氮化物，他們是高熔點物質碳化物(SiC)陶瓷

典型碳化物陶瓷材料一有碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)碳化鈦(TiC)碳化鋯(ZrC等)、碳化物的共同特點是高熔點許多碳化物的抗氧化能力都比W，Mo等高熔點金屬好。大多數碳化物都具有良好的電導率和熱導率，許多碳化物都有非常高的硬度，特別是B4C的硬度僅次于金剛石和立方氮化硼，但碳化物的脆性一般較大玻璃陶瓷材料將特定組成(含晶核劑)的玻璃進行晶化熱處理玻璃相填充于晶界，得到像陶瓷一樣的多晶固體材料統(tǒng)稱為玻璃陶瓷，也稱之為微晶玻璃。

氧化物陶瓷氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷又稱剛玉瓷，化學性質穩(wěn)定、機械強度高，具有優(yōu)異的電絕緣性能和較低的介質損耗應用：耐酸泵葉輪、泵體、泵蓋、軸套，輸送酸的管道內襯和閥門；電子、電器；制造紡織耐磨零件、刀具；高壓鈉燈燈管、紅外檢測窗口材料氧化鋯(Zr02)陶瓷高溫爐內襯，也可作為各種耐熱涂層日前所研制的陶瓷發(fā)動機中用于氣缸內壁、活塞、缸蓋板部件氮化物陶瓷氮化硅(Si3N4)陶瓷熱膨脹系數小，因此具有較好的抗熱震性能；彎曲強度比較高，硬度也很高，同時具有自潤滑性，摩擦系數??；常溫電阻率比較高，可以作為較好的絕緣材料；耐氫氟酸以外的所有無機酸和某些堿液的腐蝕，也不被鉛、錫、銀、黃銅、鎳等熔融金屬合金所浸潤與腐蝕熱機材料、切削工具、高級耐火材料，還可用作抗腐蝕、耐磨損的密封部件等。氮化鋁(AlN)陶瓷熱硬度很高，具有優(yōu)異的抗熱震性，對Al和其它熔融金屬、砷化稼等具有良好的耐蝕性；還具有優(yōu)良的電絕緣性和介電性質;但AlN的高溫抗氧化性差，在大氣中易吸潮、水解。AlN可以用作熔融金屬用坩鍋、熱電偶保護管、真空蒸鍍用容器，也可用作真空中蒸鍍金的容器、耐熱磚等氮化物陶瓷氮化硼(BN)陶瓷六方BN六方BN具有自潤滑性，可用于機械密封、高溫固體潤滑劑，還可用作金屬和陶瓷的填料制成軸承六力BN對酸堿和玻璃熔渣有良好的耐侵蝕性，對大多數熔融金屬既不潤濕也不發(fā)生反應，因此可以用作熔煉有色金屬、貴金屬和稀有金屬的坩鍋、器皿等部件BN是最輕的陶瓷材料，可以用于飛機和宇宙飛行器的高溫結構材料。立方BN立方BN為閃鋅礦結構，化學穩(wěn)定性高，導熱及耐熱性能好，其硬度與人造金剛石相近，是性能優(yōu)良的研磨材料。與金剛石相比，其最突出的優(yōu)點在于高溫下不與鐵系金屬反應，并且可以在1400℃的溫度使用。立力BN除了直接用作磨料外，還可以將其與某些金屬或陶瓷混合，經燒結制成塊狀材料，作為各種高性能切削刀具。

碳化物(SiC)陶瓷碳化硅(SiC)陶瓷碳化硅的硬度很高，僅次于金剛石、立力BN和B4C等少數幾種物質，碳化硅的熱導率很高，具有優(yōu)異的高溫強度和抗高溫蠕變能力高性能碳化硅材料可以用于高溫、耐磨、耐腐蝕機械部件碳化硅是各種高溫燃氣輪機高溫部件提高使用性能的重要候選材料。碳化硼(BC)陶瓷碳化硼的顯著特點是高熔點(約2450℃);低比重，其密度僅是鋼的1/3;低膨脹系數;高導熱;高硬度和高耐磨性，其硬度僅低于金剛石和立方BN;較高的強度和一定的斷裂韌性B4C所具有的優(yōu)異性能，除了大量用作磨料之外，還可以制作各種耐磨零件、熱電偶元件、高溫半導體、宇宙飛船上的熱電轉化裝置、防彈裝甲、反應堆控制棒與屏蔽材料等。玻璃陶瓷材料低膨脹玻璃陶瓷具有熱膨脹系數低(可為負值)、強度高、熱穩(wěn)定性能好、使用溫度高等特點，并可制成透明和濁白兩種類型所以可以用作航天飛機上尺寸穩(wěn)定性要求高的零件廣泛用來制作各種高級炊具、高溫作業(yè)觀察窗、微波爐蓋、大型天文望遠鏡和激光反射鏡的支撐棒，激光元器件表面可強化玻璃陶瓷玻璃陶瓷的強度比一般玻璃要大好幾倍，抗彎強度可達到88-250MPa，但在某些特殊場合仍然不能滿足要求，需要進一步提高強可加工玻璃陶瓷高熱震抗力、優(yōu)異的絕緣性能、高介電強度;低介電損耗具有較高的強韌性、更高的熱穩(wěn)定性(>1100℃)和絕緣性在電絕緣、微波技術以及精密儀器和航空、航天領域具有廣闊的應用前景。1.3無機非金屬材料

1.3.2、玻璃及其耐蝕性能特點：玻璃是一種優(yōu)良的耐蝕非金屬材料。它表面光滑、透明度好。耐溫度急變性差、質脆、不耐沖擊和震動。應用：可用作制造容器、量具、管道、閥門、泵及金屬管道的內襯等。1.3.3化工搪瓷及其耐蝕性能特點：它兼有金屬設備的力學性能和瓷釉的耐腐蝕性能雙重優(yōu)點。瓷表面光滑易清洗，并有防止金屬離子干擾化學反應和玷污產品的作用，應用：廣泛用于醫(yī)藥、釀造、合成纖維生產中。。1.3.4石墨及其耐蝕性能特點：天然石墨含有大量雜質耐蝕性差。人工不透性石墨具有優(yōu)良的耐蝕性、優(yōu)良的導熱性、熱膨脹系數小、耐溫度急變性好、不污染介質、密度低、易于加工成形。其缺點是機械強度低、性脆。應用：用于制造熱交換器、塔及塔件、管道、管件、鹽酸合成爐等。1.4高分子材料

1.4.1高分子化合物概念概念：是指分子量很大的化合物。分子量大多在5×103~106之間。高分子化合物結構：由許多結構單元相同的小分子化合物通過化學鍵連接(聚合）而成。例如，聚氯乙烯的化學結構為：[]的化學式表示高分子鏈中的重復單元，也叫結構單元、單體單元和鏈節(jié)。

n為重復單元的數量，稱為聚合度，用DP表示。M0為單體的相對分子質量。

高分子化合物的相對分子質量M：

M=DP×M0

由此可見，高分子化合物是由小分子單體聚合而成的，因此又稱為聚合物。

高分子和小分子劃分：根據化合物的相對分子質量大小來劃分。

相對分子質量小于1000的→小分子化合物；相對分子質量大于10000的→高分子或高聚物；處于中間范圍的可能為高分子（低聚物），也可能為小分子。1.4.1高分子化合物概念

高分子化合物均聚物共聚物由一種單體聚合而成的聚合物由兩種或兩種以上單體聚合而成的聚合物1.4.2.高分子化合物的合成加聚反應：加聚反應是指一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反應。分子主鏈上全部由碳和氫組成，因此稱為碳鏈聚合物?？s聚反應：縮聚反應是指一種或多種單體相互混合而連接成聚合物，分子主鏈上除了碳原子外，還有O、N、S、P等雜原子，因此稱為雜鏈聚合物。重要的碳鏈聚合物：重要的雜鏈聚合物：

1.4高分子材料

1.4.3.高分子化合物的分類和命名

(1)、高分子材料的分類1）根據高分子主鏈結構分類碳鏈聚合物、雜鏈聚合物、元素有機聚合物和無機高分子四種。①碳鏈聚合物：該類聚合物的主鏈全部由碳元素組成，側基上可有其它元素。例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。②雜鏈聚合物：該類聚合物的主鏈上以碳元素為主，但存在其它元素，如O、N、S、P等雜元素。主鏈上的苯環(huán)一般也看作為雜元素。③元素有機聚合物：主鏈上沒有碳元素，一般由Si、B、N、P、Ge和O等元素組成，但側鏈上含有有機基團。例如有機硅聚合物。

④無機高分子無論在主鏈還是側鏈上均沒有碳元素。例如玻璃、陶瓷等均屬此類。1.4高分子材料

2）根據高分子受熱后的形態(tài)變化分類

分為熱塑性高分子和熱固性高分子兩大類。

熱塑性高分子在受熱后會從固體狀態(tài)逐步轉變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)。這種轉變理論上可重復無窮多次?；蛘哒f，熱塑性高分子是可以再生的。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和滌綸樹脂等均為熱塑性高分子。絕大多數高分子化合物為熱塑性高分子。熱固性高分子在受熱后先轉變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)，進一步加熱則轉變?yōu)楣腆w狀態(tài)。這種轉變是不可逆的。換言之，熱固性高分子是不可再生的。

能通過加入固化劑使流體狀轉變?yōu)楣腆w狀的高分子，也稱為熱固性高分子。

典型的熱固性高分子如：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯、硫化橡膠等。1.4高分子材料

3）根據高分子的用途分類根據高分子的實際用途，可將其分為塑料、橡膠、化學纖維、涂料、粘合劑和功能高分子六大類。

橡膠具有良好的延伸性和回彈性，彈性模量較低。橡膠大多為熱固性高分子。近年來也發(fā)展了熱塑性彈性體，例如SBS、TPO、TPU等。

化學纖維在外觀上為纖維狀，彈性模量很高。對溫度的敏感性較低，尺寸穩(wěn)定性良好。重要的化學纖維高分子有滌綸樹脂、尼龍、聚丙烯腈、聚氨酯等。

塑料的性能一般介于橡膠和化學纖維之間。涂料的基本特點是在一定條件下能成膜，對基材起到裝飾和保護作用。大部分高分子均可用作涂料。重要的涂料高分子有：聚丙烯酸酯、聚酯樹脂、氨基樹脂、聚氨酯、醇酸樹脂、酚醛樹脂有機硅樹脂等。粘合劑的特點是對基材有很高的粘結性，通過其可將不同材質的材料粘合在一起。重要的粘結劑高分子有：環(huán)氧樹脂、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚乙烯醇等。

功能高分子包含了一大批高分子類型。它們是一些具有特殊功能的高分子，如導電性、感光性、高吸水性、高選擇吸附性、藥理功能、醫(yī)療功能等。是近年來高分子研究中最活躍的領域。1.4高分子材料

2)、命名①由化學結構命名:就是以聚合物鏈節(jié)的化學組成和結構來命名。一是按鏈節(jié)的環(huán)學結構的特點命名;一是按有機化合物系統(tǒng)命名。如滌綸樹脂分子鏈中含有酯基，因此稱為“聚脂”；尼龍分子中含有酰胺基團，因此稱為“聚酰胺”；②由原料單體命名:就是以合成聚合物的低分子原料單體為基礎來命名。對于加聚類聚合物，在其鏈節(jié)所含單體前加一“聚”字來取名；對于縮聚類以及某些共聚類聚合物，在其低分子原料之后習慣加"樹脂"二字命名。聚丙烯;聚氯乙烯;如由苯酚和甲醛共聚而成的聚合物，稱為“酚醛樹脂”；由苯乙烯和（甲基）丙烯酸酯共聚而成的聚合物，稱為“苯丙樹脂”等。③采用商品名稱和代表符號：有許多聚合物人們習慣使用其商品名稱，例如有機玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）、電木（酚醛塑料）、電玉（脲醛塑料）、滌綸或的確良（聚脂纖維）、腈綸或人造羊毛（聚丙烯腈纖維）、維綸或維尼龍（聚乙烯醇纖維）、錦綸或尼龍（聚酰胺纖維）、丙綸（聚丙烯）、氯綸（聚氯乙烯）等。④俗稱:例如，聚甲基丙烯酸甲酯的板材、管材和棒材等，由于其透明度很高，類似于玻璃，人們稱其為“有機玻璃”。由玻璃纖維增強的不飽和聚酯或環(huán)氧樹脂，因其堅硬如鋼，俗稱“玻璃鋼”。三聚氰胺的俗稱為“密胺”，因此由三聚氰胺和甲醛聚合而成的聚合物俗稱為“密胺樹脂”。

⑤系統(tǒng)命名法:由國際純粹與應用化學聯合會提出的規(guī)范方法。1.4高分子材料

1.4.4.高分子材料和性能（1）重量輕：高分子聚合物是最輕的一類材料，比金屬和陶瓷都要輕。重量輕是高分子聚合物的最大優(yōu)點之一。（2）高彈性：①彈性變形量大；②彈性模量低。③拉伸時溫度升高。（3）滯彈性：應變不隨作用力即時建立平衡，而有所滯后，這就是滯彈性，它是高聚物的又一重要特性。主要表現有：①蠕變：高聚物在室溫下承受力的長期作用時，發(fā)生的不可恢復的塑性變形稱為蠕變。②應力松弛：高聚物受力變形后所產生的應力隨時間而逐漸衰減的現象就是應力松弛。③滯后與內耗：高聚物承受周期性荷載時，出現應變落后于應力，即造成應變的滯后。在重復加載時，就會出現上一次的變形還未來得及回復，或分子鏈的構象未跟上改變，又施加上了下一次荷載，于是造成了分子間的內摩擦，產生所謂內耗。1.4高分子材料(4)塑性與受迫彈性加熱時，分子鏈各部分受熱的不均云使材料不立即熔化而先有一軟化過程所表現出的特性稱為塑性。無定形高聚物在玻璃化溫度以下，較大應力下產生的較大的不能回復變形稱為受迫高彈性。（5）強度與斷裂強度：高聚物的強度比金屬低得多，比強度還是很高。斷裂：高聚物的斷裂也有脆性斷裂和韌性斷裂兩種形式。①硬脆類高聚物②強硬類高聚物③強韌類高聚物④柔韌類高聚物⑤軟弱類高聚物1.4高分子材料（6）韌性高聚物的優(yōu)點之一是其內在的韌性較好，即在斷裂前能吸收較大的能量。沖擊韌性：是材料在高速沖擊狀態(tài)下的韌性或對斷裂的抗力，在高聚物中也被稱為沖擊強度。（7）減摩、耐磨性摩擦是接觸表面之間的機械粘接和分子粘著所引起的。大多數塑料對金屬和對塑料的摩擦系數值一般在0.2~0.4倍范圍內，但有一些塑料的摩擦系數很低。塑料（一部分）除了摩擦系數低以外，更主要的優(yōu)點是磨損率低。是金屬材料無法比擬的。（8）絕緣性高聚物分子的化學鍵為共價鍵，不能電離，沒有自由電子和可移動的離子，因此是良好的絕緣體，絕緣性能與陶瓷相當。（9）耐熱性高聚物的耐熱性是指它對溫度升高時性能明顯降低的抵抗能力。同金屬相比，高聚物的耐熱性是較低的，這是高聚物的一大不足。1.4高分子材料

(10)耐蝕性耐蝕性是材料抵抗介質化學和電化學破壞的能力。耐蝕性好是高分子材料的優(yōu)點之一。(11)老化老化是指高聚物在長期使用或存放過程中，由于受各種因素的作用，性能隨時間不斷惡化，逐漸喪失使用價值的過程。老化是高聚物一個主要缺點。1.4.5常用塑料1、塑料的組成塑料是指以有機合成樹脂為主要組成材料，與其他配料混合，通過加熱、加壓塑造成一定形狀的產品。一般來講，組成塑料的物質主要包括：

①合成樹脂：由低分子化合物通過聚合或縮聚反應合成的高分子化合物。②填料（或增強材料）：是塑料改性最重要的成分，起增強性能的作用。

③固化劑：作用是通過交聯使樹脂具有體型網狀結構、硬化和穩(wěn)定塑料制品。1.4高分子材料④增塑劑：用以提高樹脂可塑性和柔性的添加劑。⑤穩(wěn)定劑：其作用主要是延遲塑料在環(huán)境中的老化過程。⑥潤滑劑：可防止塑料成形過程中產生的粘模問題。⑦著色劑：其作用是使塑料著色，可為有機顏料或無機顏料。⑧阻燃劑：作用是遏止燃燒或造成自熄。2、常用塑料的分類及特性（1）按照熱性能分：①熱塑性塑料加熱時軟化，可塑造成形，冷卻后則變硬。線型聚合物。②熱固性塑料初加熱時軟化，可塑造成形，但固化之后再加熱，將不再軟化，也不溶于溶劑。體型聚合物。1.4高分子材料

（2）按照使用范圍分①通用塑料指應用范圍廣，生產量大的塑料品種。主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烴、酚醛塑料和氨基塑料等.②工程塑料主要指綜合工程性能（包括機械性能、耐熱耐寒性能、耐蝕性絕緣性能等）良好的各種塑料。最重要的有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS等四種。可制造工程結構、機器零部件、工業(yè)容器和化工設備等；布袋、墊片管道等③耐熱塑料指能在較高溫度下工作的各種塑料。常見的有聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂等。過濾材料、儲槽、設備內襯、等④功能材料反應性高分子材料：包括高分子試劑、高分子催化劑和高分子染料，特別是高分子固相合成試劑和固定化酶試劑等。光敏型高分子，包括各種光穩(wěn)定劑、光刻膠，感光材料、非線性光學材料、光導材料和光致變色材料等。電性能高分子材料：包括導電聚合物、能量轉換型聚合物、電致發(fā)光和電致變色材料以及其他電敏感性材料等。

高分子分離材料：包括各種分離膜、緩釋膜和其他半透性膜材料、離子交換樹脂、高分子螯合劑、高分子絮凝劑等。高分子吸附材料，包括高分子吸附性樹脂、高吸水性高分子、高吸油性高分子等。高分子智能材料，包括高分子記憶材料、信息存儲材料和光、磁、pH、壓力感應材料等。醫(yī)藥用高分子材料，包括醫(yī)用高分子材料、藥用高分子材料和醫(yī)藥用輔助材料等。高性能工程材料，如高分子液晶材料，耐高溫高分子材料、高強高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能纖維材料、生物降解高分子等。功能高分子材料資料最早的功能高分子可追述到1935年離子交換樹脂的發(fā)明。

20世紀50年代，美國人開發(fā)了感光高分子用于印刷工業(yè)，后來又發(fā)展到電子工業(yè)和微電子工業(yè)。

1957年發(fā)現了聚乙烯基咔唑的光電導性，打破了多年來認為高分子材料只能是絕緣體的觀念。1966年little提出了超導高分子模型，預計了高分子材料超導和高溫超導的可能性，隨后在1975年發(fā)現了聚氮化硫的超導性。1993年，俄羅斯科學家報道了在經過長期氧化的聚丙烯體系中發(fā)現了室溫超導體，這是迄今為止唯一報道的超導性有機高分子。20世紀80年代，高分子傳感器、人工臟器、高分子分離膜等技術得到快速發(fā)展。1991年發(fā)現了尼龍11的鐵電性，1994年塑料柔性太陽能電池在美國阿爾貢實驗室研制成功，1997年發(fā)現聚乙炔經過摻雜具有金屬導電性，導致了聚苯胺、聚吡咯等一系列導電高分子的問世。這一切多反映了功能高分子日新月異的發(fā)展。功能高分子材料資料其中從20世紀50年代發(fā)展起來的光敏高分子化學，在光聚合、光交聯、光降解、熒光以及光導機理的研究方面都取得了重大突破，特別在過去20多年中有了飛快發(fā)展，并在工業(yè)上得到廣泛應用。比如光敏涂料、光致抗蝕劑、光穩(wěn)定劑、光可降解材料、光刻膠、感光性樹脂、以及光致發(fā)光和光致變色高分子材料都已經工業(yè)化。近年來高分子非線性光學材料也取得了突破性的進展。功能高分子材料資料反應型高分子是在有機合成和生物化學領域的重要成果，已經開發(fā)出眾多新型高分子試劑和高分子催化劑應用到科研和生產過程中，在提高合成反應的選擇性、簡化工藝過程以及化工過程的綠色化方面做出了貢獻。更重要的是由此發(fā)展而來的固相合成方法和固定化酶技術開創(chuàng)了有機合成機械化、自動化、有機反應定向化的新時代，在分子生物學研究方面起到了關鍵性作用。功能高分子材料資料電活性高分子材料的發(fā)展導致了導電聚合物，聚合物電解質，聚合物電極的出現。此外超導、電致發(fā)光、電致變色聚合物也是近年來的重要研究成果，其中以電致發(fā)光材料制作的彩色顯示器已經被日本和美國公司研制成功，有望成為新一代顯示器件。此外眾多化學傳感器和分子電子器件的發(fā)明也得益于電活性聚合物和修飾電極技術的發(fā)展。功能高分子材料資料高分子分離膜材料與分離技術的發(fā)展在復雜體系的分離技術方面獨辟蹊徑，開辟了氣體分離、苦咸水脫鹽、液體消毒等快速、簡便、低耗的新型分離替代技術，也為電化學工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)提供了新型選擇性透過和緩釋材料。目前高分子分離膜在海水淡化方面已經成為主角，已經擁有制備18萬噸/日純水設備的能力。醫(yī)藥用功能高分子是目前發(fā)展非常迅速的一個領域，高分子藥物、高分子人工組織器官、高分子醫(yī)用材料在定向給藥、器官替代、整形外科和拓展治療范圍方面做出了相當大的貢獻。吸附分離功能高分子材料吸附分離功能高分子主要包括離子交換樹脂和吸附樹脂。離子交換樹脂是指具有離子交換基團的高分子化合物。它具有一般聚合物所沒有的新功能——離子交換功能，本質上屬于反應性聚合物。吸附樹脂是指具有特殊吸附功能的一類樹脂。

離子交換樹脂是最早出現的功能高分子材料。離子交換樹脂可以使水不經過蒸餾而脫鹽，既簡便又節(jié)約能源。如磺酸基和氨基的酚醛樹脂；強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂和弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂。這些離子交換樹脂除應用于水的脫鹽精制外，還用于藥物提取純化、稀土元素的分離純化、蔗糖及葡萄糖溶液的脫鹽脫色等。吸附分離功能高分子材料從離子交換樹脂出發(fā)，還引申發(fā)展了一些很重要的功能高分子材料。如離子交換纖維、吸附樹脂、螯合樹脂、聚合物固載催化劑、高分子試劑、固定化酶等。這一最傳統(tǒng)的功能高分子材料正以嶄新的姿態(tài)在21世紀發(fā)揮重要的作用。

離子交換纖維是在離子交換樹脂基礎上發(fā)展起來的一類新型材料。其基本特點與離子交換樹脂相同，但外觀為纖維狀，并還可以不同的織物形式出現，如中空纖維、紗線、布、無紡布、氈、紙等。離子交換樹脂的結構離子交換樹脂是一類帶有可離子化基團的三維網狀高分子材料，其外形一般為顆粒狀，不溶于水和一般的酸、堿，也不溶于普通的有機溶劑，如乙醇、丙酮和烴類溶劑。常見的離子交換樹脂的粒徑為0.3～1.2nm。一些特殊用途的離子交換樹脂的粒徑可能大于或小于這一范圍。

離子交換樹脂的結構通過改變濃度差、利用親和力差別等，使可交換離子與其他同類型離子進行反復的交換，達到濃縮、分離、提純、凈化等目的。通常，將能解離出陽離子、并能與外來陽離子進行交換的樹脂稱作陽離子交換樹脂；而將能解離出陰離子、并能與外來陰離子進行交換的樹脂稱作陰離子交換樹脂。從無機化學的角度看，可以認為陽離子交換樹脂相當于高分子多元酸，陰離子交換樹脂相當于高分子多元堿。應當指出，離子交換樹脂除了離子交換功能外，還具有吸附等其他功能，這與無機酸堿是截然不同的。吸附樹脂的結構吸附樹脂的外觀一般為直徑為0.3～1.0mm的小圓球，表面光滑，根據品種和性能的不同可為乳白色、淺黃色或深褐色。吸附樹脂的顆粒的大小對性能影響很大。粒徑越小、越均勻，樹脂的吸附性能越好。但是粒徑太小，使用時對流體的阻力太大，過濾困難，并且容易流失。粒徑均一的吸附樹脂在生產中尚難以做到，故目前吸附樹脂一般具有較寬的粒徑分布。吸附樹脂手感堅硬，有較高的強度。密度略大于水，在有機溶劑中有一定溶脹性。但干燥后重新收縮。而且往往溶脹越大時，干燥后收縮越厲害。使用中為了避免吸附樹脂過度溶脹，常采用對吸附樹脂溶脹性較小的乙醇、甲醇等進行置換，再過渡到水。吸附樹脂必須在含水的條件下保存，以免樹脂收縮而使孔徑變小。因此吸附樹脂一般都是含水出售的。離子交換樹脂的應用（1）水處理水處理包括水質的軟化、水的脫鹽和高純水的制備等。水處理是離子交換樹脂最基本的用途之一。如下面是去離子水的制備裝置。（2）冶金工業(yè)離子交換是冶金工業(yè)的重要單元操作之一。在鈾、釷等超鈾元素、稀土金屬、重金屬、輕金屬、貴金屬和過渡金屬的分離、提純和回收方面，離子交換樹脂均起著十分重要的作用。離子交換樹脂還可用于選礦。在礦漿中加入離子交換樹脂可改變礦漿中水的離子組成，使浮選劑更有利于吸附所需要的金屬，提高浮選劑的選擇性和選礦效率。（3）原子能工業(yè)離子交換樹脂在原子能工業(yè)上的應用包括核燃料的分離、提純、精制、回收等。用離子交換樹脂制備高純水，是核動力用循環(huán)、冷卻、補給水供應的唯一手段。離子交換樹脂還是原子能工業(yè)廢水去除放射性污染處理的主要方法。（4）海洋資源利用利用離子交換樹脂，可從許多海洋生物（例如海帶）中提取碘、溴、鎂等重要化工原料。在海洋航行和海島上，用離子交換樹脂以海水制取淡水是十分經濟和方便的。（5）化學工業(yè)離子交換樹脂在化學實驗、化工生產上已經和蒸餾、結晶、萃取和過濾一樣，成為重要的單元操作，普遍用于多種無機、有機化合物的分離、提純，濃縮和回收等。離子交換樹脂用作化學反應催化劑，可大大提高催化效率，簡化后處理操作，避免設備的腐蝕。（6）食品工業(yè)離子交換樹脂在制糖、釀酒、煙草、乳品、飲料、調味品等食品加工中都有廣泛的應用。特別在酒類生產中，利用離子交換樹脂改進水質、進行酒的脫色、去渾、去除酒中的酒石酸、水楊酸等雜質，提高酒的質量。酒類經過離子交換樹脂的去銅、錳、鐵等離子，可以增加貯存穩(wěn)定性。經處理后的酒，香味純，透明度好，穩(wěn)定性可靠，是各種酒類生產中不可缺少的一項工藝步驟。（7）醫(yī)藥衛(wèi)生離子交換樹脂在醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)中被大量應用。如在藥物生產中用于藥劑的脫鹽、吸附分離、提純、脫色、中和及中草藥有效成分的提取等。離子交換樹脂本身可作為藥劑內服，具有解毒、緩瀉、去酸等功效，可用于治療胃潰瘍、促進食欲、去除腸道放射物質等。對于外敷藥劑，用離子交換樹脂粉末可配制軟膏、粉劑及嬰兒護膚用品，用以吸除傷口毒物和作為解毒藥劑。（8）環(huán)境保護離子交換樹脂在廢水，廢氣的濃縮、處理、分離、回收及分析檢測上都有重要應用，已普遍用于電鍍廢水、造紙廢水、礦冶廢水、生活污水，影片洗印廢水、工業(yè)廢氣等的治理。例如影片洗印廢水中的銀是以Ag(SO3)23-等陰離子形式存在的，使用Ⅰ型強堿性離子交換樹脂處理后，銀的回收率可達90％以上，既節(jié)約了大量的資金，又使廢水達到了排放標準。1.4.6高分子分離膜與膜分離技術

1.概述分離膜是指能以特定形式限制和傳遞流體物質的分隔兩相或兩部分的界面。膜的形式可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的。膜分離過程的主要特點是以具有選擇透過性的膜作為分離的手段，實現物質分子尺寸的分離和混合物組分的分離。膜分離過程的推動力有濃度差、壓力差和電位差等。膜分離過程可概述為以下三種形式：①滲析式膜分離

料液中的某些溶質或離子在濃度差、電位差的推動下，透過膜進入接受液中，從而被分離出去。屬于滲析式膜分離的有滲析和電滲析等；1.4.6高分子分離膜與膜分離技術②過濾式膜分離

利用組分分子的大小和性質差別所表現出透過膜的速率差別，達到組分的分離。屬于過濾式膜分離的有超濾、微濾、反滲透和氣體滲透等；③液膜分離

液膜與料液和接受液互不混溶，液液兩相通過液膜實現滲透，類似于萃取和反萃取的組合。溶質從料液進入液膜相當于萃取，溶質再從液膜進入接受液相當于反萃取。2.功能膜的分類1.按膜的材料分類

類別膜材料舉例纖維素酯類纖維素衍生物類醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等非纖維素酯類聚砜類聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰(亞)胺類聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等聚酯、烯烴類滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟(硅)類聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等其他殼聚糖，聚電解質等2.按膜的分離原理及適用范圍分類根據分離膜的分離原理和推動力的不同，可將其分為微孔膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等。3.按膜斷面的物理形態(tài)分類根據分離膜斷面的物理形態(tài)不同，可將其分為對稱膜，不對稱膜、復合膜、平板膜、管式膜、中空纖維膜等。4.按功能分類

日本著名高分子學者清水剛夫將膜按功能分為分離功能膜（包括氣體分離膜、液體分離膜、離子交換膜、化學功能膜）、能量轉化功能膜（包括濃差能量轉化膜、光能轉化膜、機械能轉化膜、電能轉化膜，導電膜）、生物功能膜（包括探感膜、生物反應器、醫(yī)用膜）等。3.膜分離過程的類型幾種主要分離膜的分離過程膜過程推動力傳遞機理透過物截留物膜類型微濾壓力差顆粒大小形狀水、溶劑溶解物懸浮物顆粒纖維多孔膜超濾壓力差分子特性大小形狀水、溶劑小分子膠體和超過截留分子量的分子非對稱性膜納濾壓力差離子大小及電荷水、一價離子、多價離子有機物復合膜反滲透壓力差溶劑的擴散傳遞水、溶劑溶質、鹽非對稱性膜復合膜膜過程推動力傳遞機理透過物截留物膜類型滲析濃度差溶質的擴散傳遞低分子量物、離子溶劑非對稱性膜電滲析電位差電解質離子的選擇傳遞電解質離子非電解質，大分子物質離子交換膜氣體分離壓力差氣體和蒸汽的擴散滲透氣體或蒸汽難滲透性氣體或蒸汽均相膜、復合膜，非對稱膜滲透蒸發(fā)壓力差選擇傳遞易滲溶質或溶劑難滲透性溶質或溶劑均相膜、復合膜，非對稱膜液膜分離濃度差反應促進和擴散傳遞雜質溶劑乳狀液膜、支撐液膜1.4高分子材料

1.4.7橡膠

1)、天然橡膠

組成：天然橡膠是橡膠樹的樹汁經過煉制的高彈性固體。它是不飽和異戊二烯（C5H8）高分子聚合物。特點：天然橡膠的力學性能較差；化學穩(wěn)定性較好，可耐一般非氧化性強酸、有機酸、堿溶液和鹽溶液的腐蝕，但不耐強氧化性酸和芳香族化合物的腐蝕。應用：在水工藝工程、化學工程等設備防腐處理中