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1、金属材料与热处理金属材料与热处理本讲稿第一页，共一百二十四页模块九模块九 非金属材料非金属材料本讲稿第二页，共一百二十四页 任务一：明确高分子材料的特点及应用任务一：明确高分子材料的特点及应用 高分子材料又称为高聚物即高分子（大分子量）聚合物。聚合者，采用聚合的方法生产出来。高分子材料又称为高聚物即高分子（大分子量）聚合物。聚合者，采用聚合的方法生产出来。通常，高聚物根据机械性能和使用状态可分为橡胶、塑料、合成纤维、胶粘剂和涂料等五类。各通常，高聚物根据机械性能和使用状态可分为橡胶、塑料、合成纤维、胶粘剂和涂料等五类。各类高聚物之间并无严格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工艺，可以
2、制成塑料，类高聚物之间并无严格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工艺，可以制成塑料，也可制成纤维，比如尼龙就是如此。而象聚氨酯一类的高聚物，在室温下既有玻璃态性质，又有也可制成纤维，比如尼龙就是如此。而象聚氨酯一类的高聚物，在室温下既有玻璃态性质，又有很好的弹性，所以很难说它是橡胶还是塑料。很好的弹性，所以很难说它是橡胶还是塑料。本讲稿第三页，共一百二十四页 一、塑料一、塑料 按照应用范围，塑料分为三种。按照应用范围，塑料分为三种。1 1通用塑料通用塑料通用塑料主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、通用塑料主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等六大品种
3、。这一类塑料的特点是产量大、酚醛塑料和氨基塑料等六大品种。这一类塑料的特点是产量大、用途广、价格低，它们占塑料总产量的用途广、价格低，它们占塑料总产量的3/43/4以上，大多数用于日以上，大多数用于日常生活用品。其中，以聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯这常生活用品。其中，以聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯这四大品种用途最广泛。四大品种用途最广泛。（1 1）聚乙烯（聚乙烯（PEPE）生产聚乙烯的原料均来自于石油或天然气，它是塑料工业产生产聚乙烯的原料均来自于石油或天然气，它是塑料工业产量最大的品种。聚乙烯的相对密度小（量最大的品种。聚乙烯的相对密度小（0.910.910.970.97），耐低
4、温，），耐低温，电绝缘性能好，耐蚀性好。高压聚乙烯质地柔软，适于制造薄膜；电绝缘性能好，耐蚀性好。高压聚乙烯质地柔软，适于制造薄膜；低压聚乙烯质地坚硬，可作一些结构零件。聚乙烯的缺点是强度、低压聚乙烯质地坚硬，可作一些结构零件。聚乙烯的缺点是强度、刚度、表面硬度都低，蠕变大，热膨胀系数大，耐热性低，且容刚度、表面硬度都低，蠕变大，热膨胀系数大，耐热性低，且容易老化。易老化。本讲稿第四页，共一百二十四页 （2 2）聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC）聚氯乙烯是最早工业生产的塑料产品之一，产量仅次于聚乙聚氯乙烯是最早工业生产的塑料产品之一，产量仅次于聚乙烯，广泛用于工业、农业和日用制品。聚氯乙烯耐化
5、学腐蚀、不烯，广泛用于工业、农业和日用制品。聚氯乙烯耐化学腐蚀、不燃烧、成本低、加工容易；但它耐热性差冲击强度较低，还有一燃烧、成本低、加工容易；但它耐热性差冲击强度较低，还有一定的毒性。聚氯乙烯要用于制作食品和药品的包装，必须采用共定的毒性。聚氯乙烯要用于制作食品和药品的包装，必须采用共聚和混合的方法改进，制成无毒聚氯乙烯产品。聚和混合的方法改进，制成无毒聚氯乙烯产品。（3 3）聚苯乙烯（聚苯乙烯（PSPS）聚苯乙烯是三十年代的老产品，目前是产量仅次于前两者的聚苯乙烯是三十年代的老产品，目前是产量仅次于前两者的塑料品种。它有很好的加工性能，其薄膜具有优良的电绝缘性，塑料品种。它有很好的加工性
6、能，其薄膜具有优良的电绝缘性，常用于电器零件；它的发泡材料相对密度小（常用于电器零件；它的发泡材料相对密度小（0.330.33），有良好的），有良好的隔音、隔热、防震性能，广泛应用于仪器的包装和隔音材料。聚隔音、隔热、防震性能，广泛应用于仪器的包装和隔音材料。聚苯乙烯易加入各种颜料制成色彩鲜艳的制品，用来制造玩具和各苯乙烯易加入各种颜料制成色彩鲜艳的制品，用来制造玩具和各种日用器皿。种日用器皿。本讲稿第五页，共一百二十四页 （4 4）聚丙烯（聚丙烯（PPPP）聚丙烯工业化生产较晚，但因其原料易得，价格便宜，用途广泛，所以产量聚丙烯工业化生产较晚，但因其原料易得，价格便宜，用途广泛，所以产量剧增
7、。它的优点是相对密度小，是塑料中最轻的，而它的强度、刚度、表面硬度剧增。它的优点是相对密度小，是塑料中最轻的，而它的强度、刚度、表面硬度都比都比PEPE塑料大；它无毒，耐热性也好，是常用塑料中唯一能在水中煮沸、经受消毒温度（塑料大；它无毒，耐热性也好，是常用塑料中唯一能在水中煮沸、经受消毒温度（130130）的品种。但聚丙烯的粘合性、染色性、印刷性均差，低温易脆化，易受热、光作用）的品种。但聚丙烯的粘合性、染色性、印刷性均差，低温易脆化，易受热、光作用而变质，且易燃，收缩大。聚丙烯有优良的综合性能，目前主要用于制造各种机械零而变质，且易燃，收缩大。聚丙烯有优良的综合性能，目前主要用于制造各种机
8、械零件，如法兰、齿轮、接头、把手、各种化工管道、容器等，它还被广泛用于制造各种件，如法兰、齿轮、接头、把手、各种化工管道、容器等，它还被广泛用于制造各种家用电器外壳和药品、食品的包装等。家用电器外壳和药品、食品的包装等。本讲稿第六页，共一百二十四页 （5 5）聚苯醚（聚苯醚（PPOPPO）聚苯醚是线型、非结晶的工程塑料，具有很好的综合性能。聚苯醚是线型、非结晶的工程塑料，具有很好的综合性能。它的最大特点是使用温度宽（它的最大特点是使用温度宽（190190190190），达到热固性塑），达到热固性塑料的水平；它的耐摩擦磨损性能和电性能也很好，还具有卓越的料的水平；它的耐摩擦磨损性能和电性能也很好
9、，还具有卓越的耐水、蒸汽性能。所以聚苯醚主要用作在较高温度下工作的齿轮、耐水、蒸汽性能。所以聚苯醚主要用作在较高温度下工作的齿轮、轴承、凸轮、泵叶轮、鼓风机叶片、水泵零件、化工用管道、阀轴承、凸轮、泵叶轮、鼓风机叶片、水泵零件、化工用管道、阀门以及外科医疗器械等。门以及外科医疗器械等。（6 6）聚砜（聚砜（PSFPSF）砜是硫酰基与烃基或芳香基结合成的有机化学物。聚砜是分砜是硫酰基与烃基或芳香基结合成的有机化学物。聚砜是分子链中具有硫键的透明树脂，具有良好的综合性能，它耐热性、子链中具有硫键的透明树脂，具有良好的综合性能，它耐热性、抗蠕变性好，长期使用温度为抗蠕变性好，长期使用温度为15015
10、0174174，脆化温度为，脆化温度为100100。广泛应用于电器、机械设备、医疗器械、交通运输等。广泛应用于电器、机械设备、医疗器械、交通运输等。本讲稿第七页，共一百二十四页简介聚砜简介聚砜聚砜是分子主链中含有链节的热塑性树脂，（简称聚砜是分子主链中含有链节的热塑性树脂，（简称PSFPSF或或PSUPSU）有）有聚芳砜和和聚醚砜二种。二种。PSFPSF是略带琥珀色非晶型透明或半透明聚合物，力学性能优是略带琥珀色非晶型透明或半透明聚合物，力学性能优异，刚性大，耐磨、高强度，即使在高温下也保持优良的机械性异，刚性大，耐磨、高强度，即使在高温下也保持优良的机械性能是其突出的优点，其范围为为能是其突
11、出的优点，其范围为为-100-100150,150,长期使用温度为长期使用温度为160,160,短期使用温度为短期使用温度为 190,190,热稳定性高热稳定性高,耐水解耐水解,尺寸稳定性尺寸稳定性好好,成型收缩率小成型收缩率小,无毒无毒,耐辐射耐辐射,耐燃耐燃,有熄性。在宽广的温度和有熄性。在宽广的温度和频率范围内有优良的电性能。化学稳定性好，除浓硝酸、浓硫酸、频率范围内有优良的电性能。化学稳定性好，除浓硝酸、浓硫酸、卤代烃外，能耐一般酸、碱、盐，在酮、酯中溶胀。耐紫外线和卤代烃外，能耐一般酸、碱、盐，在酮、酯中溶胀。耐紫外线和耐候性较差。耐疲劳强度差是主要缺点。耐候性较差。耐疲劳强度差是主
12、要缺点。PSF PSF成型前要预干燥至成型前要预干燥至水份含量小于水份含量小于0.050.05。PSFPSF可进行注塑、模压、挤出、热成型、可进行注塑、模压、挤出、热成型、吹塑等成型加工，熔体粘度高，控制粘度是加工关键，加工后宜吹塑等成型加工，熔体粘度高，控制粘度是加工关键，加工后宜进行热处理，消除内应力。可做成精密尺寸制品。进行热处理，消除内应力。可做成精密尺寸制品。本讲稿第八页，共一百二十四页 （7 7）聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（F F4 4）聚四氟乙烯是氟塑料中的一种，具有很好的耐高、低温，耐聚四氟乙烯是氟塑料中的一种，具有很好的耐高、低温，耐腐蚀等性能。聚四氟乙烯几乎不受任何化学药品的腐
13、蚀，它的化腐蚀等性能。聚四氟乙烯几乎不受任何化学药品的腐蚀，它的化学稳定性超过了玻璃、陶瓷、不锈钢，甚至金、铂，俗称学稳定性超过了玻璃、陶瓷、不锈钢，甚至金、铂，俗称“塑料塑料王王”。由于聚四氟乙烯的使用范围广，化学稳定性好，介电性能。由于聚四氟乙烯的使用范围广，化学稳定性好，介电性能优良，自润滑和防粘性好，所以在国防、科研和工业中占有重要优良，自润滑和防粘性好，所以在国防、科研和工业中占有重要地位。地位。（8 8）有机玻璃（有机玻璃（PMMAPMMA）有机玻璃的化学名称是有机玻璃的化学名称是“聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯”。它是目前最。它是目前最好的透明材料，透光率达到好的透明材料，透光
14、率达到92%92%以上，比普通玻璃好，且相对密以上，比普通玻璃好，且相对密度小（度小（1.181.18），仅为玻璃的一半。有机玻璃有很好的加工性能，），仅为玻璃的一半。有机玻璃有很好的加工性能，常用来制作飞机的座舱、弦舱，电视和雷达标图的屏幕，汽车风常用来制作飞机的座舱、弦舱，电视和雷达标图的屏幕，汽车风挡，仪器和设备的防护罩，仪表外壳，光学镜片等。有机玻璃的挡，仪器和设备的防护罩，仪表外壳，光学镜片等。有机玻璃的缺点是耐磨性差，也不耐某些有机溶剂。缺点是耐磨性差，也不耐某些有机溶剂。本讲稿第九页，共一百二十四页简介简介“塑料王塑料王”聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文缩写为聚四氟乙烯是四氟乙
15、烯的聚合物。英文缩写为PTFEPTFE。商品名。商品名为为“特氟隆特氟隆”。被美誉为。被美誉为“塑料之王塑料之王”。聚四氟乙烯广泛应用。聚四氟乙烯广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的于各种需要抗酸碱和有机溶剂的,它本身对人没有毒性，但是在它本身对人没有毒性，但是在生产过程中使用的原料之一全氟辛酸铵生产过程中使用的原料之一全氟辛酸铵(PFOA)(PFOA)被认为可能具有致被认为可能具有致癌作用。癌作用。聚四氟乙烯相对分子质量较大，低的为数十万，高的达一千聚四氟乙烯相对分子质量较大，低的为数十万，高的达一千万以上，一般为数百万。一般结晶度为万以上，一般为数百万。一般结晶度为90909595，熔融温
16、度为，熔融温度为327327342342。聚四氟乙烯分子中。聚四氟乙烯分子中CF2CF2单元按锯齿形状排列，由于单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2CF2单元不能完全按反式交叉单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。温分子链的表面。这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。温度低于度低于1919时，形成时，形成13136 6螺旋；在螺旋；在1919发生相变，分子稍微解发生相变，分子稍微解开，形成开
17、，形成15157 7螺旋。螺旋。本讲稿第十页，共一百二十四页虽然在全氟碳化合物中碳虽然在全氟碳化合物中碳-碳键和碳碳键和碳-氟键的断裂需要分别吸收能量氟键的断裂需要分别吸收能量346.94kJ346.94kJmolmol和和484.88kJ484.88kJmolmol，但聚四氟乙烯解聚生成，但聚四氟乙烯解聚生成1mol1mol（摩尔升（摩尔升)四氟乙烯仅需能量四氟乙烯仅需能量171.38kJ171.38kJ。所。所以在高温裂解时，聚四氟乙烯主要解聚为四氟乙烯。聚四氟乙烯在以在高温裂解时，聚四氟乙烯主要解聚为四氟乙烯。聚四氟乙烯在260 260、370370和和420420时的失重速率（）每小时
18、分别为时的失重速率（）每小时分别为110110-4-4、410410-3-3和和910910-2-2。可见，聚四氟乙烯可。可见，聚四氟乙烯可在在 260260长期使用。由于高温裂解时还产生剧毒的副产物氟光气和全氟异丁烯等，所以要长期使用。由于高温裂解时还产生剧毒的副产物氟光气和全氟异丁烯等，所以要特别注意安全防护并防止聚四氟乙烯接触明火。特别注意安全防护并防止聚四氟乙烯接触明火。本讲稿第十一页，共一百二十四页力学性能：力学性能：它的摩擦系数极小，仅为聚乙烯的它的摩擦系数极小，仅为聚乙烯的1 15 5，这是全氟碳表面的重要特征。又由于，这是全氟碳表面的重要特征。又由于氟氟-碳链分子间作用力极低，
19、所以聚四氟乙烯具有不粘性。碳链分子间作用力极低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。它在它在250250的温度下不熔化，在的温度下不熔化，在-260-260的超低温中不发脆。聚四氟乙烯光滑异常，的超低温中不发脆。聚四氟乙烯光滑异常，连冰都比不过它；它绝缘性能特别好，报纸厚的一层薄膜，便足以抵挡连冰都比不过它；它绝缘性能特别好，报纸厚的一层薄膜，便足以抵挡1500V1500V的高的高压电。压电。聚四氟乙烯在聚四氟乙烯在-196-196260260的较广温度范围内均保持优良的力学性能，全氟碳高分子的特的较广温度范围内均保持优良的力学性能，全氟碳高分子的特点之一是在低温不变脆。点之一是在低温不变脆。本讲稿第十
20、二页，共一百二十四页耐化学腐蚀和耐候性：耐化学腐蚀和耐候性：除熔融的碱金属外，聚四氟乙烯几乎不受任何化学试剂腐蚀。例如在浓硫酸、除熔融的碱金属外，聚四氟乙烯几乎不受任何化学试剂腐蚀。例如在浓硫酸、硝酸、盐酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均无变化，也几乎不溶于所有的硝酸、盐酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均无变化，也几乎不溶于所有的溶剂，只在溶剂，只在300300以上稍溶于全烷烃（约以上稍溶于全烷烃（约0.1g0.1g100g100g）。聚四氟乙烯不吸潮，不燃，对氧、）。聚四氟乙烯不吸潮，不燃，对氧、紫外线均极稳定，所以具有优异的耐候性。紫外线均极稳定，所以具有优异的耐候性。本讲稿第十三页，
21、共一百二十四页电性能：电性能：聚四氟乙烯在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低，而且击穿电压、体积电阻率和聚四氟乙烯在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低，而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高。耐电弧性都较高。耐辐射性能：耐辐射性能：聚四氟乙烯的耐辐射性能较差（聚四氟乙烯的耐辐射性能较差（104104拉德），受高能辐射后引起降解，高分子的电性能和力拉德），受高能辐射后引起降解，高分子的电性能和力学性能均明显下降。学性能均明显下降。本讲稿第十四页，共一百二十四页可降解塑料的降解过程初放时初放时1个月个月2个月个月2.5个月个月3个月个月本讲稿第十五页，共一百二十四页 2 2工程塑料工
22、程塑料 工程塑料是指能作为结构材料在机械设备和工程结构中使用工程塑料是指能作为结构材料在机械设备和工程结构中使用的塑料。它们的机械性能较好，耐热性和耐腐蚀性也比较好，是的塑料。它们的机械性能较好，耐热性和耐腐蚀性也比较好，是当前大力发展的塑料品种。这类塑料主要有：聚酰胺、聚甲醛、当前大力发展的塑料品种。这类塑料主要有：聚酰胺、聚甲醛、有机玻璃、聚碳酸酯、有机玻璃、聚碳酸酯、ABSABS塑料、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。塑料、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。（1 1）聚酰胺（聚酰胺（PAPA）聚酰胺又叫聚酰胺又叫尼龙或锦纶尼龙或锦纶，是最先发现能承受载荷的热塑性塑，是最先发现能承受载荷的热塑性塑料，在机械工
23、业中应用比较广泛。它的机械强度较高，耐磨、自料，在机械工业中应用比较广泛。它的机械强度较高，耐磨、自润滑性好，而且耐油、耐蚀、消音、减震，大量用于制造小型零润滑性好，而且耐油、耐蚀、消音、减震，大量用于制造小型零件，代替有色金属及其合金。件，代替有色金属及其合金。本讲稿第十六页，共一百二十四页（2 2）聚甲醛（聚甲醛（POMPOM）甲醛是没有侧链、高密度、高结晶性的线型聚合物，性能比甲醛是没有侧链、高密度、高结晶性的线型聚合物，性能比尼龙好，但耐候性较差。聚甲醛按分子链化学结构不同分为均聚尼龙好，但耐候性较差。聚甲醛按分子链化学结构不同分为均聚甲醛和共聚甲醛。甲醛和共聚甲醛。聚甲醛（聚甲醛（P
24、OMPOM ）是一种性能优良的工程塑料，在国外有）是一种性能优良的工程塑料，在国外有“超钢超钢”之称。之称。POMPOM具有类似金属的硬度、强度和钢性，在很宽的具有类似金属的硬度、强度和钢性，在很宽的温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性、良好的耐疲劳性，并温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性、良好的耐疲劳性，并富于弹性，此外它还有较好的耐化学品性。富于弹性，此外它还有较好的耐化学品性。POMPOM以低于其他许多以低于其他许多工程塑料的成本，正在替代一些传统上被金属所占领的市场，如工程塑料的成本，正在替代一些传统上被金属所占领的市场，如替代锌、黄铜、铝和钢制作许多部件，自问世以来，替代锌、黄铜、
25、铝和钢制作许多部件，自问世以来，POMPOM已经广已经广泛应用于电子电气、机械、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业泛应用于电子电气、机械、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业等领域。在很多新领域的应用，如医疗技术、运动器械等方面，等领域。在很多新领域的应用，如医疗技术、运动器械等方面，POMPOM也表现出较好的增长态势。也表现出较好的增长态势。本讲稿第十七页，共一百二十四页 （3 3）聚碳酸酯聚碳酸酯 聚碳酸酯是新型热塑性工程塑料，品种很多，工程上常用的聚碳酸酯是新型热塑性工程塑料，品种很多，工程上常用的是芳香族聚碳酸酯，其综合性能很好，近年来发展很快，产量仅是芳香族聚碳酸酯，其综合性能很好，近年来
26、发展很快，产量仅次于尼龙。聚碳酸酯的化学稳定性也很好，能抵抗日光、雨水和次于尼龙。聚碳酸酯的化学稳定性也很好，能抵抗日光、雨水和气温变化的影响，它的透明度高，成型收缩率小，制件尺寸精度气温变化的影响，它的透明度高，成型收缩率小，制件尺寸精度高，广泛应用于机械、仪表、电讯、交通、航空、光学照明、医高，广泛应用于机械、仪表、电讯、交通、航空、光学照明、医疗器械等方面。如波音疗器械等方面。如波音747747飞机上就有飞机上就有25002500个零件用聚碳酸酯制个零件用聚碳酸酯制造，其总重量达二吨。造，其总重量达二吨。（4 4）ABSABS塑料塑料 ABSABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种组元所组成
27、，三个单是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种组元所组成，三个单体量可以任意变化，制成各种品级的树脂。体量可以任意变化，制成各种品级的树脂。ABSABS具有三种组元的具有三种组元的共同性能，丙烯腈使其耐化学腐蚀，有一定的表面硬度，丁二烯共同性能，丙烯腈使其耐化学腐蚀，有一定的表面硬度，丁二烯使其具有韧性，苯乙烯使其具有热塑性苏联的加工特性，因此使其具有韧性，苯乙烯使其具有热塑性苏联的加工特性，因此ABSABS是具有是具有“坚韧、质硬、刚性坚韧、质硬、刚性”的材料。的材料。ABSABS塑料性能好，而且塑料性能好，而且原料易得，价格便宜，所以在机械加工、电器制造、纺织、汽车、原料易得，价格便宜，所以在机械
28、加工、电器制造、纺织、汽车、飞机、轮船、化工等工业中得到广泛应用。飞机、轮船、化工等工业中得到广泛应用。本讲稿第十八页，共一百二十四页简介尼龙的历史：简介尼龙的历史：人们对尼龙并不陌生，在日常生活中尼龙制品比比皆是，但是知道它历史人们对尼龙并不陌生，在日常生活中尼龙制品比比皆是，但是知道它历史的人就很少了。尼龙是世界上首先研制出的一种合成纤维。的人就很少了。尼龙是世界上首先研制出的一种合成纤维。二十世纪初，企业界搞基础科学研究还被认为是一种不可思议的事情。二十世纪初，企业界搞基础科学研究还被认为是一种不可思议的事情。19261926年美国最大的工业公司杜邦公司的出于对基础科学的兴趣，建议该公司
29、开展有关发年美国最大的工业公司杜邦公司的出于对基础科学的兴趣，建议该公司开展有关发现新的科学事实的基础研究。现新的科学事实的基础研究。19271927年该公司决定每年支付年该公司决定每年支付2525万美元作为研究费用，并万美元作为研究费用，并开始聘请化学研究人员，到开始聘请化学研究人员，到19281928年杜邦公司成立了基础化学研究所，年仅年杜邦公司成立了基础化学研究所，年仅3232岁的卡罗岁的卡罗瑟斯（瑟斯（189618961937)1937)博士受聘担任该所有机化学部的负责人。博士受聘担任该所有机化学部的负责人。本讲稿第十九页，共一百二十四页卡罗瑟斯，美国有机化学家。卡罗瑟斯，美国有机化学
30、家。18961896年年4 4月月2727日出生于美国爱荷华州威尔明顿。日出生于美国爱荷华州威尔明顿。19371937年年4 4月月2929日卒于美国费城。日卒于美国费城。19241924年获伊利诺伊大学博士学位后，先后在该大学和哈佛大学担任有年获伊利诺伊大学博士学位后，先后在该大学和哈佛大学担任有机化学的教学和研究工作。机化学的教学和研究工作。19281928年应聘在美国杜邦公司设于威尔明顿的实验室中进行有年应聘在美国杜邦公司设于威尔明顿的实验室中进行有机化学研究。他主持了一系列用聚合方法获得高分子量物质的研究。机化学研究。他主持了一系列用聚合方法获得高分子量物质的研究。19351935年以
31、己二酸与己二胺为原料制得聚合物，由于这两个组分中均含有年以己二酸与己二胺为原料制得聚合物，由于这两个组分中均含有6 6个碳原子，个碳原子，当时称为聚合物当时称为聚合物6666。他又将这一聚合物熔融后经注射针压出，在张力下拉伸称为纤维。这种纤维。他又将这一聚合物熔融后经注射针压出，在张力下拉伸称为纤维。这种纤维即聚酰胺即聚酰胺6666纤维，纤维，19391939年实现工业化后定名为耐纶（年实现工业化后定名为耐纶（NylonNylon），是最早实现工业化的合成），是最早实现工业化的合成纤维品种。纤维品种。本讲稿第二十页，共一百二十四页尼龙的合成奠定了合成纤维工业的基础，尼龙的出现使纺织尼龙的合成奠
32、定了合成纤维工业的基础，尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新。用这种纤维织成的尼龙丝袜既透明又比丝袜品的面貌焕然一新。用这种纤维织成的尼龙丝袜既透明又比丝袜耐穿，耐穿，19391939年年1010目目2424日杜邦公在总部所在地公开销售尼龙丝长袜日杜邦公在总部所在地公开销售尼龙丝长袜时引起轰动，被视为珍奇之物争相抢购，人们曾用时引起轰动，被视为珍奇之物争相抢购，人们曾用“象蛛丝一样象蛛丝一样细，象钢丝一样强，象绢丝一样美细，象钢丝一样强，象绢丝一样美”的词句来赞誉这种纤维，到的词句来赞誉这种纤维，到19401940年年5 5月尼龙纤维织品的销售遍及美国各地。月尼龙纤维织品的销售遍及美国各地。从第二
33、次世界大战爆发直到从第二次世界大战爆发直到19451945年，尼龙工业被转向制降落年，尼龙工业被转向制降落伞、飞机轮胎帘子布、军服等军工产品。由于尼龙的特性和广泛伞、飞机轮胎帘子布、军服等军工产品。由于尼龙的特性和广泛的用途，第二次世界大战后发展非常迅速，尼龙的各种产品从丝的用途，第二次世界大战后发展非常迅速，尼龙的各种产品从丝袜、衣着到地毯，渔网等，以难以计数的方式出现，是三大合成袜、衣着到地毯，渔网等，以难以计数的方式出现，是三大合成纤维之一。纤维之一。本讲稿第二十一页，共一百二十四页简介聚碳酸酯简介聚碳酸酯PCPC是一种无色透明的无定性热塑性材料。耐酸，耐油，不耐是一种无色透明的无定性热
34、塑性材料。耐酸，耐油，不耐紫外光，不耐强硷。紫外光，不耐强硷。抗冲击，阻燃，在普通使用温度内都有良抗冲击，阻燃，在普通使用温度内都有良好的机械性能。好的机械性能。聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好，不需聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加剂就具有阻燃性能。但是与聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻要添加剂就具有阻燃性能。但是与聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）相比，聚碳酸酯价格较低，并可通过本体聚合的方法生产璃）相比，聚碳酸酯价格较低，并可通过本体聚合的方法生产大型的器件。随着聚碳酸酯生产规模的日益扩大，聚碳酸酯与大型的器件。随着聚碳酸酯生产规模的日益扩大，聚碳酸酯与有机玻璃之间的
35、价格差异在日益缩小。有机玻璃之间的价格差异在日益缩小。但是，聚碳酸酯的耐磨性差。一些用于易磨损用途的聚碳但是，聚碳酸酯的耐磨性差。一些用于易磨损用途的聚碳酸酯器件需要对表面进行特殊处理。酸酯器件需要对表面进行特殊处理。本讲稿第二十二页，共一百二十四页生产与应用：聚碳酸酯是日常常见的一种材料。由于其无色透明和优异的抗冲击性，日常生产与应用：聚碳酸酯是日常常见的一种材料。由于其无色透明和优异的抗冲击性，日常常见的应用有光碟，眼睛片，水瓶，防弹玻璃，护目镜、银行防子弹之玻璃、车头灯等等。聚碳常见的应用有光碟，眼睛片，水瓶，防弹玻璃，护目镜、银行防子弹之玻璃、车头灯等等。聚碳酸酯还被用来制作登月太空人
36、的头盔面罩。苹果公司的酸酯还被用来制作登月太空人的头盔面罩。苹果公司的ipodipod音乐播放器和音乐播放器和ibookibook笔记本电脑笔记本电脑外壳也使用聚碳酸酯制作。外壳也使用聚碳酸酯制作。由于它的清晰和韧性，食物贮存器具制造商喜欢聚碳酸酯纤维。当与矽土玻璃由于它的清晰和韧性，食物贮存器具制造商喜欢聚碳酸酯纤维。当与矽土玻璃比较，聚碳酸酯器具较轻和不易碎的突出优点。目前，聚碳酸酯纤维多用于一次比较，聚碳酸酯器具较轻和不易碎的突出优点。目前，聚碳酸酯纤维多用于一次性塑料水瓶和重用塑料水瓶。性塑料水瓶和重用塑料水瓶。本讲稿第二十三页，共一百二十四页简介简介ABSABS塑料塑料 化学名称：丙
37、烯腈化学名称：丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯乙烯共聚物。苯乙烯共聚物。比重：比重：1.051.05克克/厘米厘米3 3，成型收缩率成型收缩率:0.4-0.7:0.4-0.7。成型温度：成型温度：200-240200-240，干燥条件：，干燥条件：80-9080-90 2 2小时。小时。特点：特点：1.1.综合性能较好综合性能较好,冲击强度较高冲击强度较高,化学稳定性化学稳定性,电性能良好电性能良好.2.2.与有机玻璃的熔接性良好与有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件制成双色塑件,且可表面镀铬且可表面镀铬,喷漆处理。喷漆处理。3.3.有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。有高抗冲、高耐热、阻燃、增强
38、、透明等级别。4.4.流动比流动比PMMAPMMA、PCPC等好，柔韧性好。等好，柔韧性好。用途：适于制作一般机械零件用途：适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件减磨耐磨零件,传动零件和电传动零件和电讯零件。讯零件。本讲稿第二十四页，共一百二十四页本讲稿第二十五页，共一百二十四页 4 4特种塑料特种塑料 具有某些特殊性能，满足某些特殊要求的塑料。这类塑料产量少，价格贵，只用于特具有某些特殊性能，满足某些特殊要求的塑料。这类塑料产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合，如医用塑料等。殊需要的场合，如医用塑料等。下图是注射机。下图是注射机。本讲稿第二十六页，共一百二十四页 塑料件的成形塑料按其成形本质不同
39、而分为热塑性塑料和热固性塑料。所采用的成形方法也不同。热塑性塑料的成形方法主要有注射成型、挤出成型、压延成型和吹塑成型等工艺方法。下面是注射成型原理示意图本讲稿第二十七页，共一百二十四页 二、橡胶二、橡胶 橡胶是具有高弹性的轻度交联的线型高聚物，它们在很宽的橡胶是具有高弹性的轻度交联的线型高聚物，它们在很宽的温度范围内处于高弹态。一般橡胶在温度范围内处于高弹态。一般橡胶在40408080范围内具有高范围内具有高弹性，某些特种橡胶在弹性，某些特种橡胶在100100的低温和的低温和200200高温下都保持高弹高温下都保持高弹性。橡胶的弹性模数很低，只有性。橡胶的弹性模数很低，只有1MN/m1MN/
40、m2 2，在外力作用下变形量可，在外力作用下变形量可达达10010010001000，外力去除又很快恢复原状。橡胶有优良的伸，外力去除又很快恢复原状。橡胶有优良的伸缩性，良好的储能能力和耐磨、隔音、绝缘等性能，广泛用于制缩性，良好的储能能力和耐磨、隔音、绝缘等性能，广泛用于制作密封件、减振件、传动件、轮胎和电线等制品。作密封件、减振件、传动件、轮胎和电线等制品。纯弹性体的性能随温度变化很大，如高温发粘，低温变脆，纯弹性体的性能随温度变化很大，如高温发粘，低温变脆，必须加入各种配合剂，经加温加压的硫化处理，才能制成各种橡必须加入各种配合剂，经加温加压的硫化处理，才能制成各种橡胶制品。硫化剂加入量
41、大时，橡胶硬度增高。硫化前的橡胶称为胶制品。硫化剂加入量大时，橡胶硬度增高。硫化前的橡胶称为生胶，硫化后的橡胶有时也称为橡皮。生胶，硫化后的橡胶有时也称为橡皮。本讲稿第二十八页，共一百二十四页橡胶成形工艺橡胶成形工艺 大多数橡胶制品为模塑制品，一般按以下流程加工成形，也可以用挤出、注射大多数橡胶制品为模塑制品，一般按以下流程加工成形，也可以用挤出、注射等工艺成形。等工艺成形。本讲稿第二十九页，共一百二十四页 三、合成纤维三、合成纤维 凡能保持长度比本身直径大凡能保持长度比本身直径大100100倍的均匀条状或丝状的高分倍的均匀条状或丝状的高分子材料称为纤维，包括有天然纤维和化学纤维。其中，化学纤
42、维子材料称为纤维，包括有天然纤维和化学纤维。其中，化学纤维又分为人造纤维和合成纤维。人造纤维是用自然界的纤维加工制又分为人造纤维和合成纤维。人造纤维是用自然界的纤维加工制成，如叫成，如叫“人造丝人造丝”、“人造棉人造棉”的粘胶纤维和硝化纤维、醋酸的粘胶纤维和硝化纤维、醋酸纤维等。合成纤维以石油、煤、天然气为原料制成，发展很快。纤维等。合成纤维以石油、煤、天然气为原料制成，发展很快。涤纶涤纶又叫的确良，高强度、耐磨、耐蚀、易洗快干，是很好又叫的确良，高强度、耐磨、耐蚀、易洗快干，是很好的衣料。的衣料。尼龙尼龙在我国称为锦纶，强度大、耐磨性好、弹性好，主要缺在我国称为锦纶，强度大、耐磨性好、弹性好
43、，主要缺点是耐光性差。点是耐光性差。腈纶在国外称为奥纶、开司米纶，它柔软、轻盈、保暖，有人造腈纶在国外称为奥纶、开司米纶，它柔软、轻盈、保暖，有人造羊毛之称。羊毛之称。维纶维纶的原料易得，成本低，性能与棉花相似且强度高，缺点的原料易得，成本低，性能与棉花相似且强度高，缺点是弹性较差，织物易皱。是弹性较差，织物易皱。丙纶丙纶是后起之秀，发展快，纤维以轻、牢、耐磨著称，是后起之秀，发展快，纤维以轻、牢、耐磨著称，缺缺点是可染性差，日晒易老化。点是可染性差，日晒易老化。本讲稿第三十页，共一百二十四页本讲稿第三十一页，共一百二十四页 四、合成胶粘剂四、合成胶粘剂 胶粘剂统称为胶，它以粘性物质为基础，并
44、加入各种添加剂胶粘剂统称为胶，它以粘性物质为基础，并加入各种添加剂组成。它可将各种零件、构件牢固地胶结在一起，有时可部分代组成。它可将各种零件、构件牢固地胶结在一起，有时可部分代替铆接或焊接等工艺。由于胶粘工艺操作简便，接头处应力分布替铆接或焊接等工艺。由于胶粘工艺操作简便，接头处应力分布均匀，接头的密封性、绝缘性和耐蚀性较好，且可连接各种材料，均匀，接头的密封性、绝缘性和耐蚀性较好，且可连接各种材料，所以在工程中应用日益广泛。所以在工程中应用日益广泛。胶粘剂分为天然胶粘剂和合成胶粘剂两种，浆糊、虫胶和骨胶粘剂分为天然胶粘剂和合成胶粘剂两种，浆糊、虫胶和骨胶等属于天然胶粘剂，而环氧树脂、氯丁橡
45、胶等则属于合成胶粘胶等属于天然胶粘剂，而环氧树脂、氯丁橡胶等则属于合成胶粘剂。通常，人工合成树脂型胶粘剂由粘剂（如酚醛树脂、聚苯乙剂。通常，人工合成树脂型胶粘剂由粘剂（如酚醛树脂、聚苯乙烯等）、固化剂、填料及各种附加剂（增韧剂、抗氧剂等）组成。烯等）、固化剂、填料及各种附加剂（增韧剂、抗氧剂等）组成。根据使用要求选择不同的配比。根据使用要求选择不同的配比。胶粘剂不同，形成胶接接头的方法也不同。有的接头在一定胶粘剂不同，形成胶接接头的方法也不同。有的接头在一定的温度和时间条件下由固化形成；有的加热胶接，冷凝后形成接的温度和时间条件下由固化形成；有的加热胶接，冷凝后形成接头；还有的需先溶入易挥发溶
46、液中，胶接后溶剂挥发形成接头。头；还有的需先溶入易挥发溶液中，胶接后溶剂挥发形成接头。本讲稿第三十二页，共一百二十四页 五、涂料五、涂料 涂料就是通常所说的油漆，这是一种有机高分子胶体的混合溶液，涂在物体涂料就是通常所说的油漆，这是一种有机高分子胶体的混合溶液，涂在物体表面上能干结成膜。涂料主要有三大基本功能：一是保护功能，起着避免外力碰表面上能干结成膜。涂料主要有三大基本功能：一是保护功能，起着避免外力碰伤、摩擦，防止腐蚀的作用；二是装饰功能，起着使制品表面光亮美观的作用；伤、摩擦，防止腐蚀的作用；二是装饰功能，起着使制品表面光亮美观的作用；三是特殊功能，可作为标志使用，如管道、气瓶和交通标
47、志牌等。三是特殊功能，可作为标志使用，如管道、气瓶和交通标志牌等。涂料是由粘接剂、颜料、溶剂和其它辅助材料组成。其中，粘接剂是主要的涂料是由粘接剂、颜料、溶剂和其它辅助材料组成。其中，粘接剂是主要的膜物质，一般采用合成树脂作粘接剂，它决定了膜与基体层粘接的牢固程度；颜膜物质，一般采用合成树脂作粘接剂，它决定了膜与基体层粘接的牢固程度；颜料也是涂膜的组成部分，它不仅使涂料着色，而且能提高涂膜的强度、耐磨性、料也是涂膜的组成部分，它不仅使涂料着色，而且能提高涂膜的强度、耐磨性、耐久性和防锈能力；溶剂是涂料的稀释剂，其作用是稀释涂料，以便于施工，干耐久性和防锈能力；溶剂是涂料的稀释剂，其作用是稀释涂
48、料，以便于施工，干结后挥发；辅助材料通常有催干剂、增塑剂、固化剂、稳定剂等。结后挥发；辅助材料通常有催干剂、增塑剂、固化剂、稳定剂等。本讲稿第三十三页，共一百二十四页 1.1.酚醛树脂涂料酚醛树脂涂料是应用最早的合成涂料，有清漆、绝缘漆、耐酸漆、地板漆等。是应用最早的合成涂料，有清漆、绝缘漆、耐酸漆、地板漆等。2.2.氨基树脂涂料氨基树脂涂料的涂膜光亮、坚硬，广泛用于电风扇、缝纫机、化工仪表、医疗器的涂膜光亮、坚硬，广泛用于电风扇、缝纫机、化工仪表、医疗器械、玩具等各种金属制品。械、玩具等各种金属制品。3.3.醇酸树脂涂料醇酸树脂涂料涂膜光亮，保光性强，耐久性好，广泛用于金属、木材的表涂膜光亮
49、，保光性强，耐久性好，广泛用于金属、木材的表面涂饰。面涂饰。环氧树脂涂料的附着力强，耐久性好，适用于作金属底漆，也是良好的绝缘涂料。环氧树脂涂料的附着力强，耐久性好，适用于作金属底漆，也是良好的绝缘涂料。4.4.聚氨脂涂料聚氨脂涂料的综合性能好，特别是耐磨性和耐蚀性好，适用于列车、地板、的综合性能好，特别是耐磨性和耐蚀性好，适用于列车、地板、舰船甲板、纺织用的纱管以及飞机外壳等。舰船甲板、纺织用的纱管以及飞机外壳等。5.5.有机硅涂料有机硅涂料耐高温性能好，也耐大气、耐老化、适于高温环境下使用。耐高温性能好，也耐大气、耐老化、适于高温环境下使用。本讲稿第三十四页，共一百二十四页任务二：了解陶瓷
50、材料与复合材料的特点及应用任务二：了解陶瓷材料与复合材料的特点及应用任务二：了解陶瓷材料与复合材料的特点及应用任务二：了解陶瓷材料与复合材料的特点及应用本任务简介陶瓷材料、复合材料和超导材料。本任务简介陶瓷材料、复合材料和超导材料。本讲稿第三十五页，共一百二十四页 一、陶瓷材料 1.陶瓷材料：以共价键和离子键为主的材料。2.性能特点：熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大。3.陶瓷材料分类：传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三类。4.传统陶瓷：又称普通陶瓷，是以天然材料（如黏土、石英、长石等）为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。5.特种陶瓷：又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶瓷，常用作工程上的耐热、耐