【大學(xué)課件】非金屬材料

非金屬材料概述非金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中不可或缺的重要組成部分。它們種類繁多，性能各異，應(yīng)用廣泛。本課程將深入探討塑料、橡膠、陶瓷、玻璃和復(fù)合材料等非金屬材料的特性、制造工藝和應(yīng)用領(lǐng)域。塑料材料定義塑料是以合成或天然高分子化合物為主要成分的材料。特點(diǎn)質(zhì)輕、耐腐蝕、絕緣性好、易加工成型。應(yīng)用廣泛用于包裝、建筑、電子、汽車等行業(yè)。發(fā)展不斷研發(fā)新型塑料，提高性能和環(huán)保性。塑料的性能與分類主要性能機(jī)械性能：拉伸強(qiáng)度、彈性模量熱性能：熔點(diǎn)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度電性能：絕緣性、介電常數(shù)分類方法按分子結(jié)構(gòu)：線型、支鏈型、交聯(lián)型按原料來源：合成塑料、天然塑料按加工性能：熱塑性、熱固性熱塑性塑料聚乙烯（PE）應(yīng)用廣泛，用于包裝袋、管道等。聚丙烯（PP）耐熱性好，用于汽車部件、家電外殼。聚氯乙烯（PVC）耐腐蝕，用于管道、電線護(hù)套。聚苯乙烯（PS）透明度高，用于一次性餐具、包裝盒。熱固性塑料耐熱性強(qiáng)可在高溫環(huán)境下使用，不易變形。耐化學(xué)性好抗酸堿腐蝕能力強(qiáng)，適用于特殊環(huán)境。不可回收一旦成型固化，無法再熔融加工。橡膠材料1起源最早發(fā)現(xiàn)于南美洲亞馬遜熱帶雨林。2發(fā)展19世紀(jì)硫化技術(shù)發(fā)明，推動(dòng)橡膠工業(yè)革命。3現(xiàn)狀天然橡膠和合成橡膠并存，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。4未來研發(fā)新型環(huán)保橡膠材料，提高性能和可持續(xù)性。橡膠的性能與分類彈性具有優(yōu)異的彈性變形能力。耐磨性抗摩擦磨損能力強(qiáng)。密封性良好的氣密性和水密性。減震性能有效吸收振動(dòng)和沖擊。天然橡膠1原料三葉橡膠樹的乳液2主要成分順式-1,4-聚異戊二烯3優(yōu)點(diǎn)彈性好、抗撕裂性強(qiáng)4缺點(diǎn)耐油性差、耐老化性能不佳5應(yīng)用輪胎、膠管、減震器等合成橡膠1丁苯橡膠（SBR）用于輪胎、鞋底2丁腈橡膠（NBR）耐油性好，用于油封3氯丁橡膠（CR）耐候性強(qiáng)，用于傳動(dòng)帶4硅橡膠（Q）耐高低溫，用于密封件陶瓷材料8000年歷史陶瓷制作可追溯至新石器時(shí)代。1000℃以上高溫?zé)Y(jié)是陶瓷成型的關(guān)鍵工藝。10GPa某些先進(jìn)陶瓷的彈性模量可達(dá)此數(shù)值。陶瓷的特征與性能1耐高溫熔點(diǎn)高，可在高溫環(huán)境下使用。2硬度高莫氏硬度可達(dá)7-9，耐磨性好。3化學(xué)穩(wěn)定性耐腐蝕，不易與酸堿反應(yīng)。4脆性抗沖擊能力差，易碎裂。陶瓷的分類傳統(tǒng)陶瓷以天然原料為主，如瓷器、磚瓦主要用于日用品、建筑材料特種陶瓷以人工合成原料為主，如氧化鋁、氮化硅用于電子、航空航天等高科技領(lǐng)域陶瓷材料的制造1原料準(zhǔn)備粉碎、混合、過篩2成型注漿、壓制、擠出等3干燥去除成型體中的水分4燒結(jié)高溫固化，形成致密結(jié)構(gòu)5后處理研磨、上釉等表面處理玻璃材料定義非晶態(tài)固體，主要由二氧化硅構(gòu)成。特點(diǎn)透明、硬度適中、化學(xué)穩(wěn)定性好。用途建筑、光學(xué)、電子、藝術(shù)等領(lǐng)域。發(fā)展趨勢(shì)功能化、智能化、環(huán)?；?。玻璃的性能與分類普通玻璃鈉鈣玻璃，用于窗戶、器皿光學(xué)玻璃高透光性，用于鏡片、棱鏡硼硅酸鹽玻璃耐熱沖擊，用于實(shí)驗(yàn)室器皿玻璃的制造工藝配料按比例混合石英砂、純堿等原料。熔化在1500℃左右高溫熔爐中熔融。成型吹制、壓制或浮法成型。退火緩慢冷卻，消除內(nèi)應(yīng)力。復(fù)合材料定義由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料組成的多相材料。組成通常包括增強(qiáng)體（纖維、顆粒等）和基體（金屬、陶瓷、樹脂等）。特點(diǎn)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，性能優(yōu)異，輕質(zhì)高強(qiáng)。復(fù)合材料的制造工藝1手糊成型適用于小批量生產(chǎn)，成本低。2模壓成型適用于大批量生產(chǎn)，效率高。3纏繞成型用于制造管狀或球形制品。4拉擠成型生產(chǎn)連續(xù)、截面固定的制品。復(fù)合材料的性能高強(qiáng)度比強(qiáng)度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)材料。輕質(zhì)密度低，可大幅減輕結(jié)構(gòu)重量。抗疲勞疲勞強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)?？稍O(shè)計(jì)性可根據(jù)需求調(diào)整性能。復(fù)合材料的應(yīng)用體育用品輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)使其廣泛用于自行車、網(wǎng)球拍等。新能源大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片采用復(fù)合材料制造。汽車工業(yè)用于車身、內(nèi)飾件，減輕車重，提高燃油效率。工程塑料1定義性能優(yōu)異的特種塑料2特點(diǎn)耐熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高3種類尼龍、聚碳酸酯、聚甲醛等4應(yīng)用機(jī)械、電子、汽車等工業(yè)領(lǐng)域工程塑料的特點(diǎn)與應(yīng)用尼龍（PA）耐磨性好，用于齒輪、軸承聚碳酸酯（PC）透明度高，抗沖擊，用于安全防護(hù)設(shè)備聚甲醛（POM）尺寸穩(wěn)定性好，用于精密零件先進(jìn)陶瓷材料結(jié)構(gòu)陶瓷高強(qiáng)度、耐高溫，用于切削工具、耐磨零件。功能陶瓷具有特殊電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)性能，用于電子元件。生物陶瓷生物相容性好，用于人工骨骼、牙科材料。復(fù)合陶瓷綜合多種優(yōu)點(diǎn)，用于航空航天等領(lǐng)域。先進(jìn)陶瓷材料的性能與應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)零件耐高溫、耐磨損，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。電子元件介電性能好，用于電容、傳感器。醫(yī)療植入物生物相容性好，用于人工關(guān)節(jié)。高分子納米復(fù)合材料定義在高分子基體中分散納米尺度填料的新型復(fù)合材料。特點(diǎn)性能大幅提升，少量添加即可顯著改善材料性能。填料納米粒子、納米纖維、納米片等。制備方法原位聚合法、溶液法、熔融混合法等。高分子納米復(fù)合材料的特點(diǎn)力學(xué)性能強(qiáng)度、模量顯著提高。阻隔性氣體、水汽滲透性降低。熱穩(wěn)定性耐熱溫度提高。功能性導(dǎo)電、抗菌等特殊功能。高分子納米復(fù)合材料的應(yīng)用包裝材料提高食品保鮮性能，延長(zhǎng)保質(zhì)期。汽車工業(yè)減輕車身重量，提高燃油效率。防護(hù)用品增強(qiáng)防彈、防割等性能。新型功能性非金屬材料智能材料形狀記憶合金：可在特定條件下恢復(fù)原始形狀壓電材料：可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，反之亦然仿生材料自清潔材料：模仿荷葉效應(yīng)，具有