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1、第第 八八 章章非金属材料及复合材料非金属材料及复合材料第一节 高分子材料 一、高分子材料的合成 （一）加成聚合 单体借助于引发剂，在热、光或辐射的作用下，相互加成而连接成大分子链高分子化合物的反应 。 若加聚反应的单体为一种，反应称为均聚反应，其产物称为均聚物。 若加聚反应的单体为两种或两种以上，反应称为共聚反应，其产物称为共聚物。 （二）缩合聚合 由含有两种或两种以上官能团（可以发生化学反应的原子团，如羟基-OH、羧基-COOH、胺基-NH2等）的单体相互聚合而形成高分子化合物的反应 。二、高分子材料的物理状态 （一）玻璃态 当温度低于Tg时，高分子材料像玻璃一样处于非晶态的固体。 （二）
2、高弹态 当温度处于玻璃化温度Tg和粘流化温度Tf之间时，高分子材料处于高弹态。 （三）粘流态 当温度升高到粘流化温度Tf时，大分子链可以自由运动，高分子材料成为流动的粘液， 三、常用的高分子材料 （一）塑料 以合成树脂为基本原料，再加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂（如填充剂、增塑剂等）后在一定温度、压力下而制成的高分子材料 。1.塑料的组成 树脂 树脂是塑料的主要成分。 填充剂 可使塑料具有所需要的性能，且能降低塑料的生产成本。 增塑剂 用来增加树脂的可塑性、柔软性、流动性，降低脆性，改善加工工艺性能。 稳定剂 提高塑料对光、热、氧等的抗老化能力，延长塑料制品的使用寿命。 着色剂 使
3、塑料制品具有不同的色彩，以满足不同的使用要求。 润滑剂 改善塑料成形时的流动性和脱模性，防止粘在模具上，保证塑料制品表面光滑美观。 2.塑料的分类 通用塑料 指产量大、用途广、通用性强、价格低的一类塑料。 工程塑料 指塑料中力学性能良好的各种塑料。 3.塑料的性能 质轻比强度高 化学稳定性好 优异的电绝缘性工艺性能好 4.常用的工程塑料及应用 （二）橡胶 以生胶为主要原料，并添加适量的配合剂制成的高分子材料。 1.橡胶的组成生胶 橡胶制品的主要组成物。 配合剂 为改善和提高橡胶制品的性能而加入的物质。 2.橡胶的性能 具有优良的伸缩性和积储能量的能力，同时具有良好的耐磨性、隔音性、绝缘性和足够
4、的强度。但一般橡胶的耐蚀性较差，易老化。 3.橡胶的分类 天然橡胶 指由橡胶树上流出的胶乳，经过凝固、干燥、加压等工序制成的片状生胶。 合成橡胶 用石油、天然气、煤等副产品为原料，经聚合制得类似天然橡胶的高分子材料。 4.常用橡胶的种类及应用 （三）胶黏剂 （1）胶黏剂的分类 根据胶黏剂基料的化学成分不同，分为无机胶和有机胶； 按主要用途，分为结构胶、非结构胶和其他胶黏剂。 （2）常用胶黏剂 环氧树脂胶黏剂（万能胶） 是以环氧树脂为基料的胶黏剂。 聚氨酯胶黏剂 由异氰酸酯基和羟基两种低聚合物在胶接过程中相互作用生成高分子材料而硬化的一种胶黏剂。 -氰基丙烯酸酯胶 是单组分常温快速固化的胶黏剂。
5、 无机胶黏剂 主要有磷酸型、硼酸型和硅酸型。第二节 陶瓷材料 一、陶瓷材料的分类 （一）普通陶瓷 是以粘土、石英、长石等天然硅酸盐为原料，经粉碎、成形、烧制而成的产品。 （二）特种陶瓷 采用纯度较高的金属氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物等化工原料沿用普通陶瓷的成形方法烧制而成的陶瓷产品。 二、陶瓷材料的性能及应用 1.陶瓷的性能 力学性能 陶瓷的硬度高于其它材料，抗拉强度很低，抗弯性能差，但抗压强度很高。 热学性能 具有很高的耐热性能；线膨胀系数小，导热性和抗热振性都较差，受热冲击时容易破裂。 化学性能 陶瓷的化学稳定性高，对酸、碱、盐具有良好的耐腐蚀性；抗氧化性优良。 电学性能 大多数
6、陶瓷具有高的电阻率，可直接做为传统的绝缘材料使用。 磁性能 以氧化铁为主要成分的磁性氧化物可制作磁性陶瓷材料。 第三节 复合材料 由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，经人工合成获得的多相材料。 一、复合材料的分类 按材料的用途分 分为结构复合材料和功能复合材料。 按增强材料的种类和形状分 分为纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料和层状复合材料。 按基体类型分 分为非金属基体复合材料和金属基体复合材料。 二、复合材料的性能 比强度、比模量高 抗疲劳性能好减振性能好耐热性能好安全性好 化学稳定性好 三、常用的复合材料 （一）玻璃纤维复合材料 玻璃钢是用玻璃纤维增强工程塑料制成的复合材料。 热塑
7、性玻璃钢 基体为热塑性树脂，增强材料为玻璃纤维。 热固性玻璃钢 基体为热固性树脂，增强材料为玻璃纤维。 具有较高的力学性能、介电性能、耐热性、抗老化性和好的工艺性能。 集中了玻璃纤维和树脂的优点，质轻、密度小（在1.52g/cm3之间）、比强度高，不但高于铜合金、铝合金，也超过合金钢。主要缺点是弹性模量仅为结构钢的1/51/10，故制品刚性较差，易老化，只能在300下使用。 （二）碳纤维树脂复合材料 由碳纤维和环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯等树脂结合制成的碳纤维树脂复合材料。 其强度和弹性模量均超过铝合金，而密度比玻璃钢小，是目前比强度和比模量最高的复合材料之一，同时具有较高的抗冲击、抗疲劳性能、减摩耐磨性能、润滑性能、耐腐蚀及耐热性等。 主要缺点是比较脆，碳纤维比玻璃纤维更光滑，因此与树脂粘结力更差。 （三）颗粒增强复合材料 是由一种或多种颗粒均匀分布在基体材料内所组成的复合材料。 按化学成分不同，颗粒分为金属颗粒和陶瓷颗粒。 陶瓷颗粒增强金属基复合材料是用韧性金属把具有耐热性好，硬度高但不耐冲击的陶瓷相粘接在一起，复合效果良好。 金属陶瓷复合材料具有高强度、耐热、耐磨、耐腐蚀和热膨胀系数小等特性，可用来制作高速切削的刀具、重载轴承及火焰喷管的喷嘴等在高温下工作的零件