《工程材料及成形工艺基础-课件第6章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程材料及成形工艺基础-课件第6章.ppt（33页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第6章 非金属材料第第6 6章章 非金属材料非金属材料第6章 非金属材料6.2 工程塑料工程塑料26.1 高分子材料高分子材料16.3 工业橡胶工业橡胶36.5 复合材料复合材料56.4 陶瓷材料陶瓷材料4第6章 非金属材料6.1 6.1 高分子材料高分子材料6.1.1 6.1.1 高分子材料的含义高分子材料的含义 高分子材料又称为高聚物或聚合物，是相对分子质量很高的有高分子材料又称为高聚物或聚合物，是相对分子质量很高的有机化合物，其形成过程为低分子化合物机化合物，其形成过程为低分子化合物大分子链大分子链高分子化合物高分子化合物高分子材料。因此，高分子材料具有独特的结构和生成方式。高分子材料。
2、因此，高分子材料具有独特的结构和生成方式。高分子材料的化学组成一般都比较简单，常由许多相同的链节高分子材料的化学组成一般都比较简单，常由许多相同的链节以共价键重复结合而成高分子链。例如，聚乙烯是由许多乙烯分子以共价键重复结合而成高分子链。例如，聚乙烯是由许多乙烯分子聚合而成的。聚合而成的。第6章 非金属材料塑料塑料塑料在常温下具有固定塑料在常温下具有固定形状，其形状，其强度度较大，受大，受力后能力后能发生一定生一定变形。形。橡胶橡胶橡胶在常温下具有高橡胶在常温下具有高弹性，受很小的外力就会性，受很小的外力就会发生很大的生很大的变形，且消形，且消除外力后又能恢复原状。除外力后又能恢复原状。纤维纤
3、维的的单丝强度高，受度高，受力后力后变形形较小，且在一小，且在一定温度范定温度范围内力学性能内力学性能变化不大。化不大。高分子材料的分类方法很多，常用分类方法有以下几种。高分子材料的分类方法很多，常用分类方法有以下几种。1.1.按性能及用途分按性能及用途分高分子材料按性能及用途可分为以下几种：高分子材料按性能及用途可分为以下几种：6.1.2 6.1.2 高分子材料的分类与命名高分子材料的分类与命名第6章 非金属材料天然聚合物天然聚合物天然聚合物包括天然橡天然聚合物包括天然橡胶、胶、纤维素、蛋白素、蛋白质等。等。合成聚合物合成聚合物合成聚合物完全由低分合成聚合物完全由低分子物子物质组成，如聚乙成
4、，如聚乙烯和聚和聚酰胺等。胺等。人造聚合物人造聚合物人造聚合物是人造聚合物是经人工改人工改性的天然聚合物，如醋性的天然聚合物，如醋酸酸纤维等。等。2.2.按聚合物来源分按聚合物来源分高分子材料按聚合物来源可分为以下几种：高分子材料按聚合物来源可分为以下几种：第6章 非金属材料3.3.按聚合物的热行为分按聚合物的热行为分高分子材料按聚合物的热行为可分为以下几种：高分子材料按聚合物的热行为可分为以下几种：（1 1）热塑性聚合物。热塑性聚合物加热后线型结构不变。）热塑性聚合物。热塑性聚合物加热后线型结构不变。（2 2）热固性聚合物。热固性聚合物加热后线型结构转变成体型结构。）热固性聚合物。热固性聚合
5、物加热后线型结构转变成体型结构。4.4.按聚合物反应类型分按聚合物反应类型分高分子材料按聚合物反应类型可分为以下几种：高分子材料按聚合物反应类型可分为以下几种：（1 1）加聚物。加聚物可由加聚反应得到，如聚烯烃等。）加聚物。加聚物可由加聚反应得到，如聚烯烃等。（2 2）缩聚物。缩聚物可由缩聚反应得到，如酚醛树脂等。）缩聚物。缩聚物可由缩聚反应得到，如酚醛树脂等。第6章 非金属材料1天然高分子材料通常天然高分子材料通常有专用名称，如纤维有专用名称，如纤维素、淀粉、蛋白质、素、淀粉、蛋白质、天然橡胶等。天然橡胶等。2加聚类高聚物通常在低加聚类高聚物通常在低分子原料单体前加分子原料单体前加“聚聚”，
6、如聚乙烯；缩聚类，如聚乙烯；缩聚类及共聚类高聚物的命名及共聚类高聚物的命名习惯通常为在低分子原习惯通常为在低分子原料化合物之后加料化合物之后加“树脂树脂”、“橡胶橡胶”等，如酚等，如酚醛树脂、丁苯橡胶等。醛树脂、丁苯橡胶等。3其他命名方法。根据特其他命名方法。根据特征命名，如有机玻璃、征命名，如有机玻璃、电木等；取商品名称，电木等；取商品名称，如尼龙、涤纶等；用符如尼龙、涤纶等；用符号或用英文名称的第一号或用英文名称的第一个字母表示，如个字母表示，如PFPF表示表示聚乙烯，聚乙烯，PVCPVC表示聚氯乙表示聚氯乙烯。烯。目前，高分子材料的名称仍处于习惯命名阶段，最常见的有以下几种：目前，高分子
7、材料的名称仍处于习惯命名阶段，最常见的有以下几种：第6章 非金属材料高聚物常见的两种聚合方法高聚物常见的两种聚合方法 加聚反应加聚反应缩聚反应缩聚反应加聚反应是目前高分子合成工加聚反应是目前高分子合成工业的基础，有业的基础，有80左右的高分左右的高分子材料是由加聚反应得到的。子材料是由加聚反应得到的。它是由一种或几种单体聚合而它是由一种或几种单体聚合而成高分子化合物的聚合反应，成高分子化合物的聚合反应，同一种单体加聚而成的高分子同一种单体加聚而成的高分子化合物称为均聚物，两种或多化合物称为均聚物，两种或多种单体加聚而成的高分子化合种单体加聚而成的高分子化合物称为共聚物。物称为共聚物。缩聚反应是
8、由一种或几种单体结缩聚反应是由一种或几种单体结合而成高分子化合物合而成高分子化合物(反应同时反应同时有副产物，如水、氯化氢等低分有副产物，如水、氯化氢等低分子化合物子化合物)的聚合反应。它可分的聚合反应。它可分为均缩聚反应和共缩聚反应，产为均缩聚反应和共缩聚反应，产物分别为均缩聚物和共缩聚物。物分别为均缩聚物和共缩聚物。高聚物的合成过程就是低分子化合物聚合成高分子化合物的过程。这个高聚物的合成过程就是低分子化合物聚合成高分子化合物的过程。这个过程也称为聚合反应。过程也称为聚合反应。6.1.3 6.1.3 高聚物的合成方法高聚物的合成方法第6章 非金属材料1.1.高聚物的力学性能高聚物的力学性能
9、1 1）低强度和高的比强度）低强度和高的比强度 高聚物目前所能达到的强度比金属材料所能达到的强度小得多。其平均抗高聚物目前所能达到的强度比金属材料所能达到的强度小得多。其平均抗拉强度约为拉强度约为100 MPa100 MPa，仅为理论值的，仅为理论值的1/2001/200，其密度小，比强度很大，是当前比，其密度小，比强度很大，是当前比强度较高的一类材料。虽然高聚物的塑性相对较好，但由于其强度低，因而其强度较高的一类材料。虽然高聚物的塑性相对较好，但由于其强度低，因而其冲击韧性也较金属材料的冲击韧性低得多，仅为金属材料的冲击韧性冲击韧性也较金属材料的冲击韧性低得多，仅为金属材料的冲击韧性1/10
10、01/100的的数量级。数量级。2 2）高弹性和低弹性模量）高弹性和低弹性模量 高弹性是非金属材料中一种罕见的性能，是高聚物所特有的性能。轻度交高弹性是非金属材料中一种罕见的性能，是高聚物所特有的性能。轻度交联的高聚物在玻璃化温度以上具有典型的高弹态，即弹性变形大、弹性模量小，联的高聚物在玻璃化温度以上具有典型的高弹态，即弹性变形大、弹性模量小，且弹性随温度升高而增大。橡胶是典型的高弹性材料，其弹性形变率可高达且弹性随温度升高而增大。橡胶是典型的高弹性材料，其弹性形变率可高达100%100%1 000%1 000%。6.1.4 6.1.4 高聚物的特征高聚物的特征第6章 非金属材料3 3）黏弹
11、性）黏弹性 聚合物的形变与时间有关，但不成线性关系，聚合物的这种性能称为黏聚合物的形变与时间有关，但不成线性关系，聚合物的这种性能称为黏弹性。其表现为蠕变、应力松弛与内耗三种现象。弹性。其表现为蠕变、应力松弛与内耗三种现象。（1 1）蠕变。蠕变是指在应力保持恒定的情况下，应变随时间延长而增加）蠕变。蠕变是指在应力保持恒定的情况下，应变随时间延长而增加的现象。的现象。（2 2）应力松弛。应力松弛是指在应变保持恒定的情况下，应力随时间延）应力松弛。应力松弛是指在应变保持恒定的情况下，应力随时间延长而逐渐衰减的现象。长而逐渐衰减的现象。（3 3）内耗。内耗是指在交变应力作用下出现的黏弹性现象）内耗。
12、内耗是指在交变应力作用下出现的黏弹性现象4 4）高耐磨性）高耐磨性 高聚物的减摩性、耐磨性优于金属，尤其是塑料更为显著。大多数塑料高聚物的减摩性、耐磨性优于金属，尤其是塑料更为显著。大多数塑料的摩擦系数为的摩擦系数为0.20.20.40.4，在所有固体中几乎是最低的。塑料的自润滑性能较，在所有固体中几乎是最低的。塑料的自润滑性能较好，因此，磨损率低，并且能在不允许油润滑的干摩擦条件下使用，这是金好，因此，磨损率低，并且能在不允许油润滑的干摩擦条件下使用，这是金属材料所无法比拟的。橡胶材料由于其摩擦系数大，适于制造要求较大摩擦属材料所无法比拟的。橡胶材料由于其摩擦系数大，适于制造要求较大摩擦系数
13、的耐磨零件，如汽车轮胎等。系数的耐磨零件，如汽车轮胎等。第6章 非金属材料2.2.高聚物的化学性能高聚物的化学性能1 1）电绝缘性能好）电绝缘性能好 高聚物的导电能力低，是电机（器）、电力和电子工业必不可少的绝缘高聚物的导电能力低，是电机（器）、电力和电子工业必不可少的绝缘材料。材料。2 2）耐热性低）耐热性低 大多数塑料长期使用温度一般在大多数塑料长期使用温度一般在100 100 以下，只有少数塑料可在以下，只有少数塑料可在100 100 以上使用。大多数橡胶的最高使用温度一般小于以上使用。大多数橡胶的最高使用温度一般小于200 200，只有少数橡胶如硅，只有少数橡胶如硅橡胶可达橡胶可达27
14、5 275。同金属的耐热性相比，高聚物的耐热性是较低的。同金属的耐热性相比，高聚物的耐热性是较低的。3 3）线膨胀系数大、导热系数小）线膨胀系数大、导热系数小 高聚物的线膨胀系数大，为金属的高聚物的线膨胀系数大，为金属的3 31010倍，因此，其与金属结合较为困倍，因此，其与金属结合较为困难。高聚物的导热系数小，为金属的难。高聚物的导热系数小，为金属的1/1 0001/1 0001/1001/100，因此，其散热不好，因此，其散热不好，不宜用于制造摩擦零件。不宜用于制造摩擦零件。4 4）化学稳定性好）化学稳定性好 高聚物在酸、碱等溶液中表现出优异的耐腐蚀性，如聚四氟乙烯在高温高聚物在酸、碱等溶
15、液中表现出优异的耐腐蚀性，如聚四氟乙烯在高温下与强酸、强碱、有机溶液、强氧化剂都不起反应，甚至在沸腾的王水中也下与强酸、强碱、有机溶液、强氧化剂都不起反应，甚至在沸腾的王水中也不受腐蚀，故有不受腐蚀，故有“塑料王塑料王”之称。之称。第6章 非金属材料3.3.高聚物的老化和防老化高聚物的老化和防老化 老化是指高聚物在加工存储和使用过程中受内、外因素的影响，逐老化是指高聚物在加工存储和使用过程中受内、外因素的影响，逐渐失去原有优良性能（这些性能的衰退现象是不可逆的）直至最后丧失渐失去原有优良性能（这些性能的衰退现象是不可逆的）直至最后丧失使用价值的过程。容易老化是高聚物的致命缺点。目前采用防老化的
16、措使用价值的过程。容易老化是高聚物的致命缺点。目前采用防老化的措施有以下几种：施有以下几种：（1 1）改变高聚物的结构，提高结构稳定性。）改变高聚物的结构，提高结构稳定性。（2 2）针对各种高聚物产生老化的激励添加防老剂。）针对各种高聚物产生老化的激励添加防老剂。（3 3）进行表面防护，在高聚物表面镀或喷涂金属以及耐老化涂料作）进行表面防护，在高聚物表面镀或喷涂金属以及耐老化涂料作为保护层，使之与空气、水分、阳光、辐射介质隔离以防止老化。为保护层，使之与空气、水分、阳光、辐射介质隔离以防止老化。第6章 非金属材料6.2 6.2 工程塑料工程塑料6.2.1 6.2.1 塑料的组成塑料的组成1.1
17、.树脂树脂 树脂是塑料最基本的，也是最重要的成分，它在塑料中起黏结其他组树脂是塑料最基本的，也是最重要的成分，它在塑料中起黏结其他组分并成形的作用。树脂的种类、性能、数量决定了塑料的类型和主要性能，分并成形的作用。树脂的种类、性能、数量决定了塑料的类型和主要性能，因此，绝大多数塑料就是以所用树脂命名的。树脂分为天然树脂和合成树因此，绝大多数塑料就是以所用树脂命名的。树脂分为天然树脂和合成树脂。脂。天然树脂是指由植物或动物分泌的有机物质，如松香、虫胶等。其特天然树脂是指由植物或动物分泌的有机物质，如松香、虫胶等。其特点是无显著的熔点，受热可逐渐软化，能溶于某些有机溶剂之中，但不溶点是无显著的熔点
18、，受热可逐渐软化，能溶于某些有机溶剂之中，但不溶于水。合成树脂与天然树脂性能相似。树脂也可以直接用作塑料，如聚乙于水。合成树脂与天然树脂性能相似。树脂也可以直接用作塑料，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等。烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等。2.2.添加剂添加剂 常用的添加剂有填料、增塑剂、固化剂和其他种类的添加剂。常用的添加剂有填料、增塑剂、固化剂和其他种类的添加剂。第6章 非金属材料热塑性塑料。热塑性塑料。热塑性塑热塑性塑料是指在特定温度范围料是指在特定温度范围内，能反复加热软化和内，能反复加热软化和冷却硬化的塑料。冷却硬化的塑料。热固性塑料。热固性塑料。热固性塑料热固性塑料是指在一定温度和压力等是指在
19、一定温度和压力等条件下，保持一定时间而条件下，保持一定时间而固化，固化后再加热将不固化，固化后再加热将不再软化，也不溶于溶剂，再软化，也不溶于溶剂，只能塑制一次的塑料。只能塑制一次的塑料。1.1.按树脂的性质分按树脂的性质分6.2.2 6.2.2 塑料的分类塑料的分类第6章 非金属材料通用塑料通用塑料通用塑料是指通用塑料是指产量大（其量大（其产量占塑料量占塑料总产量的量的75%以上）、用途广、价格低以上）、用途广、价格低的塑料。它包括聚乙的塑料。它包括聚乙烯、聚聚氯乙乙烯、聚苯乙、聚苯乙烯、聚、聚丙丙烯、酚、酚醛塑料（塑料（电木）木）和氨基塑料（和氨基塑料（电玉）。玉）。工程塑料工程塑料工程塑
20、料是指可以作工程塑料是指可以作为结构材料的塑料，可代替金构材料的塑料，可代替金属作属作为机械零件和工程构机械零件和工程构件使用，主要包括件使用，主要包括ABS塑塑料、有机玻璃、尼料、有机玻璃、尼龙、聚、聚碳酸碳酸酯、聚四氟乙、聚四氟乙烯、聚、聚甲甲醛等。等。特种塑料特种塑料特种塑料是指具有特种性特种塑料是指具有特种性能和特种用途的塑料，如能和特种用途的塑料，如医用塑料、耐高温塑料、医用塑料、耐高温塑料、耐腐耐腐蚀塑料等。其中，耐塑料等。其中，耐高温塑料常高温塑料常见的有聚四氟的有聚四氟乙乙烯、聚三氟、聚三氟氯乙乙烯、有、有机硅机硅树脂、脂、环氧氧树脂等。脂等。2.2.按塑料使用范围分按塑料使用
21、范围分按塑料使用范围，塑料可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种。按塑料使用范围，塑料可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种。第6章 非金属材料6.2.3 6.2.3 热塑性工程塑料及其应用热塑性工程塑料及其应用1.1.聚乙烯聚乙烯 聚乙烯（聚乙烯（PEPE）是以乙烯作为单体制成的聚合物。）是以乙烯作为单体制成的聚合物。PEPE一般可分为低密度聚一般可分为低密度聚乙烯乙烯LDPELDPE和高密度聚乙烯和高密度聚乙烯HDPEHDPE两种。两种。2.2.聚氯乙烯聚氯乙烯 聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC）是以氯乙烯作为单体制成的聚合物。由于）是以氯乙烯作为单体制成的聚合物。由于PVCPVC大分子链
22、大分子链中存在极性基氯原子，因而增大了分子间的作用力，同时中存在极性基氯原子，因而增大了分子间的作用力，同时PVCPVC大分子链的密大分子链的密度较高，故强度、刚度及硬度均高于度较高，故强度、刚度及硬度均高于PEPE。3.3.聚丙烯聚丙烯 聚丙烯（聚丙烯（PPPP）是以丙烯作为单体制成的聚合物。）是以丙烯作为单体制成的聚合物。PPPP的相对密度小，是塑的相对密度小，是塑料中最轻的。其耐热性能良好，可在水中加热至料中最轻的。其耐热性能良好，可在水中加热至150 150 不变形，并经受消毒不变形，并经受消毒温度（温度（130 130）的常用塑料。）的常用塑料。PPPP的力学强度、刚度、硬度等性能都
23、高于的力学强度、刚度、硬度等性能都高于HDPEHDPE。4.ABS4.ABS塑料塑料 ABS ABS塑料是丙烯腈塑料是丙烯腈A A、丁二烯、丁二烯B B、苯乙烯、苯乙烯S S三种单体的三元共聚物。这三种三种单体的三元共聚物。这三种单体量可任意变化，制成各种品级的树脂。单体量可任意变化，制成各种品级的树脂。第6章 非金属材料5.5.聚酰胺聚酰胺 聚酰胺（聚酰胺（PAPA，俗称为尼龙或锦纶）是指主链节含有极性酰胺基团（，俗称为尼龙或锦纶）是指主链节含有极性酰胺基团（COCONHNH）的聚合物。它最初是用于制造纤维的原料，后来由于）的聚合物。它最初是用于制造纤维的原料，后来由于PAPA具有强具有强韧
24、、耐磨、自润滑、使用温度范围宽等优点，因而成为最早被发现能承受韧、耐磨、自润滑、使用温度范围宽等优点，因而成为最早被发现能承受载荷的热塑性塑料，也是目前工业中应用广泛的一种工程塑料。载荷的热塑性塑料，也是目前工业中应用广泛的一种工程塑料。6.6.聚甲醛聚甲醛 聚甲醛（聚甲醛（POMPOM）是指大分子链中以）是指大分子链中以CHCH2 2O O链节为主的高聚物。链节为主的高聚物。POMPOM的的疲劳强度、耐磨性和自润滑性比大多数工程塑料优越，并且它还具有高的疲劳强度、耐磨性和自润滑性比大多数工程塑料优越，并且它还具有高的弹性模量和强度，吸水性小，同时尺寸稳定性、化学稳定性及电绝缘性好，弹性模量和
25、强度，吸水性小，同时尺寸稳定性、化学稳定性及电绝缘性好，是一种综合性能良好的工程材料。是一种综合性能良好的工程材料。第6章 非金属材料7.7.聚碳酸酯聚碳酸酯 聚碳酸酯（聚碳酸酯（PCPC）是一种新型的热塑性工程塑料，其大分子链中既有）是一种新型的热塑性工程塑料，其大分子链中既有刚性的苯环，又有柔性的醚键，所以具有优良的力学、热和电性能，常刚性的苯环，又有柔性的醚键，所以具有优良的力学、热和电性能，常被人们誉为被人们誉为“透明金属透明金属”。8.8.聚四氟乙烯聚四氟乙烯 聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTEEPTEE或或F-4F-4，俗称为塑料王）是单体四氟乙烯的均聚，俗称为塑料王）是单体四氟乙烯的
26、均聚物物CFCF2 2CFCF2 2n n。由于。由于PTEEPTEE大分子链上有对称而均匀分布的氟原子大分子链上有对称而均匀分布的氟原子且不带极性，因而它具有优良的电性能、耐高温性能及耐化学药品性能。且不带极性，因而它具有优良的电性能、耐高温性能及耐化学药品性能。由于由于PTEEPTEE分子链间吸引力微弱，产生链间滑动，因而它具有很低的摩擦分子链间吸引力微弱，产生链间滑动，因而它具有很低的摩擦系数和不黏性。系数和不黏性。第6章 非金属材料6.2.4 6.2.4 热固性工程塑料及其应用热固性工程塑料及其应用1.1.酚醛塑料酚醛塑料 酚醛塑料（酚醛塑料（PFPF）是以酚醛树脂（以苯酚与甲醛缩聚而
27、成的）为主要成）是以酚醛树脂（以苯酚与甲醛缩聚而成的）为主要成分，再加入添加剂而制成的。它是酚类化合物和醛类化合物缩聚而成的。分，再加入添加剂而制成的。它是酚类化合物和醛类化合物缩聚而成的。PFPF具有一定强度（约为具有一定强度（约为40 MPa40 MPa）和硬度，其绝缘性能良好，兼有耐热、耐）和硬度，其绝缘性能良好，兼有耐热、耐磨、耐蚀的优良性能，但不耐碱，脆性大。这类塑料因填料不同而性能差磨、耐蚀的优良性能，但不耐碱，脆性大。这类塑料因填料不同而性能差异很大。异很大。PFPF可广泛用于机械、汽车、航空航天、电器等工业部门制造各种可广泛用于机械、汽车、航空航天、电器等工业部门制造各种电气绝
28、缘件（如电气开关插头、电话机外壳等）和较高温度下工作的离合电气绝缘件（如电气开关插头、电话机外壳等）和较高温度下工作的离合机构零件，也可作为耐磨及防腐蚀材料，并能代替部分有色金属（如铝、机构零件，也可作为耐磨及防腐蚀材料，并能代替部分有色金属（如铝、紫铜、青铜等）制造零件，如汽车、火车等机车车辆用的刹车、离合器片，紫铜、青铜等）制造零件，如汽车、火车等机车车辆用的刹车、离合器片，化学工业用的耐酸泵、防腐蚀管道，纺织工业用的无声齿轮等。化学工业用的耐酸泵、防腐蚀管道，纺织工业用的无声齿轮等。第6章 非金属材料2.2.环氧塑料环氧塑料 环氧塑料（环氧塑料（EPEP）是由环氧树脂加入固化剂填料或其他
29、添加剂后制成的热固）是由环氧树脂加入固化剂填料或其他添加剂后制成的热固性塑料。环氧树脂是很好的胶黏剂，有性塑料。环氧树脂是很好的胶黏剂，有“万能胶万能胶”之称。在室温下容易调和固之称。在室温下容易调和固化，对金属和非金属都有很强的胶黏能力。化，对金属和非金属都有很强的胶黏能力。EPEP具有高强度、高韧性，在较宽的具有高强度、高韧性，在较宽的频率和温度范围内具有良好的电性能，以及优良的耐酸、碱及有机溶剂的性能，频率和温度范围内具有良好的电性能，以及优良的耐酸、碱及有机溶剂的性能，并能耐大多数霉菌，耐热、耐寒（可在并能耐大多数霉菌，耐热、耐寒（可在8080155 155 环境中长期使用），具有环境
30、中长期使用），具有突出的尺寸稳定性等。用环氧树脂浸渍纤维后，在突出的尺寸稳定性等。用环氧树脂浸渍纤维后，在150 150 和和130130140 MPa140 MPa的压的压力下成形，称为环氧玻璃钢，常用来制作化工管道和容器，汽车、船舶和飞机力下成形，称为环氧玻璃钢，常用来制作化工管道和容器，汽车、船舶和飞机等的零部件（如飞机升降舵和导管的结构板、轻质蜂窝材料等）及运动器具，等的零部件（如飞机升降舵和导管的结构板、轻质蜂窝材料等）及运动器具，电器开关装置，印刷线路板底座等。电器开关装置，印刷线路板底座等。第6章 非金属材料6.3 6.3 工业橡胶工业橡胶 橡胶是以生胶作为原料，加入适量的配合剂
31、后所形成的高分子弹性体。橡胶是以生胶作为原料，加入适量的配合剂后所形成的高分子弹性体。生胶按其来源可分为天然生胶和合成生胶。生胶是橡胶制品的重要组成部生胶按其来源可分为天然生胶和合成生胶。生胶是橡胶制品的重要组成部分，但它受热发黏，遇冷变硬，强度差，不耐磨，也不耐溶剂，只能在分，但它受热发黏，遇冷变硬，强度差，不耐磨，也不耐溶剂，只能在5 535 35 保持弹性，因此，不能直接用来制造橡胶制品。通常要在生胶中保持弹性，因此，不能直接用来制造橡胶制品。通常要在生胶中加入配合剂来改善生胶的性能。加入配合剂来改善生胶的性能。在生胶中加入的配合剂有硫化剂、硫化促进剂、活化剂、填充剂、增在生胶中加入的配
32、合剂有硫化剂、硫化促进剂、活化剂、填充剂、增塑剂、防老剂、着色剂等。塑剂、防老剂、着色剂等。6.3.1 6.3.1 橡胶的组成橡胶的组成第6章 非金属材料6.3.2 6.3.2 常用工业橡胶常用工业橡胶1.1.天然橡胶天然橡胶 天然橡胶（天然橡胶（NRNR）是以异戊二烯为主要成分的、不饱和状态的天然）是以异戊二烯为主要成分的、不饱和状态的天然聚合物。实际上，聚合物。实际上，NRNR是多种不同分子量的聚异戊二烯的混合体。其分是多种不同分子量的聚异戊二烯的混合体。其分子结构属于线形不饱和非极性分子，通常处于无定形状态。子结构属于线形不饱和非极性分子，通常处于无定形状态。NRNR具有较具有较好的弹性
33、、机械强度和耐碱性；但它不耐强酸，在非极性溶剂中会发好的弹性、机械强度和耐碱性；但它不耐强酸，在非极性溶剂中会发生膨胀，因此不耐油。它能吸收空气中的氧，造成橡胶发黏和龟裂等。生膨胀，因此不耐油。它能吸收空气中的氧，造成橡胶发黏和龟裂等。NRNR可广泛用于制造轮胎、胶带、胶管、胶鞋等各种橡胶制品。可广泛用于制造轮胎、胶带、胶管、胶鞋等各种橡胶制品。第6章 非金属材料丁苯橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶（丁苯橡胶（SBRSBR）是以丁）是以丁二烯和苯二烯作为单体共二烯和苯二烯作为单体共聚而成的浅黄褐色弹性体。聚而成的浅黄褐色弹性体。与与NRNR相比，相比，SBRSBR具有较好具有较好的耐磨性、耐热性、耐老的耐
34、磨性、耐热性、耐老化性，且质地均匀、价格化性，且质地均匀、价格低，能与低，能与NRNR以任意比例混以任意比例混用。用。顺丁橡胶丁橡胶顺丁橡胶（丁橡胶（BRBR）是）是顺式丁二式丁二烯的聚合物，其原料的聚合物，其原料资源丰富、源丰富、价格便宜，是取代天然橡胶的价格便宜，是取代天然橡胶的理想材料。它具有高理想材料。它具有高弹性和耐性和耐磨性，当加入油和炭黑磨性，当加入油和炭黑时，其，其耐磨性比丁苯橡胶高耐磨性比丁苯橡胶高26%26%，可，可用于制造用于制造轮胎、三角胶胎、三角胶带、减、减振器、振器、电绝缘制品等。制品等。丁丁腈橡胶橡胶丁丁腈橡胶（橡胶（NBRNBR）是丁二）是丁二烯与与丙丙烯腈的的
35、弹性共聚物。其中，性共聚物。其中，丁二丁二烯作作为主要主要单体，丙体，丙烯腈作作为辅助助单体。体。NBRNBR的耐油、的耐油、耐燃耐燃烧性能十分突出，性能十分突出，对一些一些有机溶有机溶剂也具有很好的抗腐也具有很好的抗腐蚀能力，能力，实际上它是作上它是作为耐油橡耐油橡胶使用的；胶使用的；NBRNBR的耐的耐热、耐磨、耐磨、耐老化、耐腐耐老化、耐腐蚀性能也性能也较好，好，超超过了了NRNR和和许多通用橡胶。多通用橡胶。2.2.合成橡胶合成橡胶第6章 非金属材料6.4 6.4 陶瓷材料陶瓷材料 陶瓷材料的种类很多，一般来说，按原料来源可分为普通陶陶瓷材料的种类很多，一般来说，按原料来源可分为普通陶
36、瓷材料和特种陶瓷材料；按用途可分为日用陶瓷材料、结构陶瓷瓷材料和特种陶瓷材料；按用途可分为日用陶瓷材料、结构陶瓷材料和功能陶瓷材料。此外，陶瓷材料还有按其性能与化学组成材料和功能陶瓷材料。此外，陶瓷材料还有按其性能与化学组成等进行分类的方法。等进行分类的方法。6.4.1 6.4.1 陶瓷材料的分类陶瓷材料的分类第6章 非金属材料6.4.2 6.4.2 陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能熔点高熔点高弹性模量大弹性模量大抗压强度比抗拉强度高得多抗压强度比抗拉强度高得多导电能力变化范围大导电能力变化范围大12345其他性能其他性能第6章 非金属材料6.4.3 6.4.3 常用陶瓷材料常用陶瓷材料1.1.普
37、通陶瓷材料普通陶瓷材料 普通陶瓷材料又称为传统陶瓷材料，主要是黏土制品经焙烧后制成的，普通陶瓷材料又称为传统陶瓷材料，主要是黏土制品经焙烧后制成的，其主晶相为莫来石（硅酸盐主晶相）。这类陶瓷材料质地坚硬，不氧化生锈，其主晶相为莫来石（硅酸盐主晶相）。这类陶瓷材料质地坚硬，不氧化生锈，耐腐蚀，不导电，能耐一定高温，成本低；但其组织中的玻璃相比例大，强耐腐蚀，不导电，能耐一定高温，成本低；但其组织中的玻璃相比例大，强度较低，故高温性能不及其他陶瓷材料；此外，玻璃相中的碱金属氧化物和度较低，故高温性能不及其他陶瓷材料；此外，玻璃相中的碱金属氧化物和杂质还会降低陶瓷材料的介电性能。普通陶瓷材料除日用外
38、，大量用于制造杂质还会降低陶瓷材料的介电性能。普通陶瓷材料除日用外，大量用于制造与建筑工业、电器绝缘材料、化工容器、管道以及对力学性能要求不高的耐与建筑工业、电器绝缘材料、化工容器、管道以及对力学性能要求不高的耐磨件（如纺织工业中的导纺零件）。磨件（如纺织工业中的导纺零件）。第6章 非金属材料2.2.特种陶瓷材料特种陶瓷材料 氧化物陶瓷材料氧化物陶瓷材料非氧化物陶瓷材料非氧化物陶瓷材料氧化物陶瓷材料除了晶体相外，氧化物陶瓷材料除了晶体相外，还有少量的玻璃相和气孔。应还有少量的玻璃相和气孔。应用最多的氧化物陶瓷材料有氧用最多的氧化物陶瓷材料有氧化铝陶瓷材料、氧化锆陶瓷材化铝陶瓷材料、氧化锆陶瓷材
39、料、氧化镁陶瓷材料、氧化钙料、氧化镁陶瓷材料、氧化钙陶瓷材料、氧化铍陶瓷材料、陶瓷材料、氧化铍陶瓷材料、氧化钍陶瓷材料等。氧化铝陶氧化钍陶瓷材料等。氧化铝陶瓷材料以瓷材料以Al2O3为主要成分，为主要成分，Al2O3的含量大于的含量大于46%时称为时称为高铝陶瓷材料，高铝陶瓷材料，Al2O3的含量的含量为为90.0%99.5%时称为刚玉时称为刚玉陶瓷材料。陶瓷材料。非氧化物陶瓷材料具有高的耐火非氧化物陶瓷材料具有高的耐火度、硬度（接近金刚石）和耐磨度、硬度（接近金刚石）和耐磨性，但脆性较大。非氧化物陶瓷性，但脆性较大。非氧化物陶瓷材料有碳化硅陶瓷材料、氮化硅材料有碳化硅陶瓷材料、氮化硅陶瓷材料
40、、氮化硼陶瓷材料。碳陶瓷材料、氮化硼陶瓷材料。碳化硅陶瓷材料的抗弯强度为化硅陶瓷材料的抗弯强度为200200250 MPa250 MPa，抗压强度为，抗压强度为1 0001 0001 500 MPa1 500 MPa，抗氧化但不抗强碱，抗氧化但不抗强碱，多用于制造高温加热元件、砂轮、多用于制造高温加热元件、砂轮、磨料。磨料。第6章 非金属材料3.3.金属陶瓷材料金属陶瓷材料 金属陶瓷材料是以金属氧化物（如金属陶瓷材料是以金属氧化物（如AlAl2 2O O3 3、ZrOZrO2 2等）或金属碳化物等）或金属碳化物（如（如TiCTiC、WCWC、TaCTaC、NbCNbC等）为主要成分，再加入适量
41、的金属粉末（如等）为主要成分，再加入适量的金属粉末（如CoCo、CrCr、NiNi、MoMo等及其合金），通过粉末冶金方法制成的，是具有金属某些等及其合金），通过粉末冶金方法制成的，是具有金属某些性质的陶瓷材料，属于颗粒增强型的复合材料。性质的陶瓷材料，属于颗粒增强型的复合材料。硬质合金也是一种金属陶瓷材料，广泛用于制造机床刀具、模具和硬质合金也是一种金属陶瓷材料，广泛用于制造机床刀具、模具和耐磨零件等。耐磨零件等。伴随着各种新型陶瓷材料的异军突起，压电陶瓷材料、导电陶瓷材伴随着各种新型陶瓷材料的异军突起，压电陶瓷材料、导电陶瓷材料、光学陶瓷材料、敏感（如光敏、气敏、热敏、湿敏等）陶瓷材料、料
42、、光学陶瓷材料、敏感（如光敏、气敏、热敏、湿敏等）陶瓷材料、激光陶瓷材料、超导陶瓷材料等性能各异的功能陶瓷材料也在不断涌现，激光陶瓷材料、超导陶瓷材料等性能各异的功能陶瓷材料也在不断涌现，在各个领域发挥着巨大的作用。在各个领域发挥着巨大的作用。第6章 非金属材料6.5 6.5 复合材料复合材料6.5.1 6.5.1 复合材料的组成及分类复合材料的组成及分类1.1.复合材料的组成复合材料的组成 复合材料由基体材料和增强材料组成。基体材料是连续相，起着复合材料由基体材料和增强材料组成。基体材料是连续相，起着黏结、保护、传递外加载荷的作用。它可由金属、树脂、陶瓷材料等黏结、保护、传递外加载荷的作用。
43、它可由金属、树脂、陶瓷材料等构成。增强材料是分散相，起着承受载荷，提高强度、韧性的作用。构成。增强材料是分散相，起着承受载荷，提高强度、韧性的作用。其形态有细粒状、短纤维状、连续纤维状、片状等。其形态有细粒状、短纤维状、连续纤维状、片状等。第6章 非金属材料2.2.复合材料的分类复合材料的分类 复合材料按基体材料可分为非金属基复合材料和金属基复合材料两种类复合材料按基体材料可分为非金属基复合材料和金属基复合材料两种类型。型。（1 1）非金属基复合材料。非金属基复合材料可分为无机非金属基复合材）非金属基复合材料。非金属基复合材料可分为无机非金属基复合材料（如陶瓷材料基复合材料、水泥基复合材料等）
44、和有机非金属基复合材料料（如陶瓷材料基复合材料、水泥基复合材料等）和有机非金属基复合材料（如塑料基复合材料、橡胶复合材料等）。（如塑料基复合材料、橡胶复合材料等）。（2 2）金属基复合材料。铝基复合材料、铜基复合材料、镍基复合材料、）金属基复合材料。铝基复合材料、铜基复合材料、镍基复合材料、钛基复合材料等均属于金属基复合材料。钛基复合材料等均属于金属基复合材料。复合材料按性能可分为结构复合材料和功能复合材料两种类型。复合材料按性能可分为结构复合材料和功能复合材料两种类型。第6章 非金属材料 复合材料按增强材料可分为纤维增强复合材料、叠层复合材料和粒子增强复合复合材料按增强材料可分为纤维增强复合
45、材料、叠层复合材料和粒子增强复合材料三种类型。材料三种类型。1 1）纤维增强复合材料）纤维增强复合材料 纤维增强复合材料中常用的纤维有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、纤维增强复合材料中常用的纤维有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、KevlarKevlar有机纤维等。这些纤维均可增强树脂，其中碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维还有机纤维等。这些纤维均可增强树脂，其中碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维还可增强金属和陶瓷材料。纤维增强复合材料包括纤维复合材料、纤维可增强金属和陶瓷材料。纤维增强复合材料包括纤维复合材料、纤维树脂复合材树脂复合材料和纤维金属（或合金）复合材料。料和纤维金属（或合金）复合材料。
46、2 2）叠层复合材料）叠层复合材料 叠层复合材料是由两层或两层以上不同材料结合而成的。其目的是为了将组成叠层复合材料是由两层或两层以上不同材料结合而成的。其目的是为了将组成材料层的最佳性能组合起来以得到更为有用的材料。用叠层增强法可使复合材料强材料层的最佳性能组合起来以得到更为有用的材料。用叠层增强法可使复合材料强度、刚度、耐磨、耐腐蚀、绝热、隔音、减轻自重等若干性能分别得到改善。常见度、刚度、耐磨、耐腐蚀、绝热、隔音、减轻自重等若干性能分别得到改善。常见叠层复合材料包括双层金属复合材料和塑料叠层复合材料包括双层金属复合材料和塑料金属多层复合材料。金属多层复合材料。3 3）粒子增强复合材料）粒子增强复合材料 粒子增强复合材料包括颗粒增强复合材料和弥散强化复合材料。粒子增强复合材料包括颗粒增强复合材料和弥散强化复合材料。第6章 非金属材料6.5.2 6.5.2 复合材料的性能特点复合材料的性能特点减振性能好减振性能好比强度、比刚度高比强度、比刚度高破损安全性好破损安全性好高温性能好高温性能好12345成形工艺简单成形工艺简单第6章 非金属材料