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1、工程材料非金属材料第1页，共14页，编辑于2022年，星期六第第4 4章章 高分子材料高分子材料4.1 工程塑料工程塑料 P P2482562482564.1.1 塑料的组成塑料的组成塑塑料料是是以以合合成成树树脂脂为为主主要要成成分分，适适当当加加入入填填料料、增增塑塑剂剂、稳稳定定剂剂、润润滑滑剂剂、色色料料等添加剂，在一定温度、压力下塑制成型的高分等添加剂，在一定温度、压力下塑制成型的高分子有机材料。子有机材料。合成树脂合成树脂 人工合成的高分子化合物，是塑料的基本原料，起着胶人工合成的高分子化合物，是塑料的基本原料，起着胶粘作用，能将其他组分胶结成一个粘作用，能将其他组分胶结成一个整体
2、，并决定塑料的基本性能。整体，并决定塑料的基本性能。添加剂添加剂添加剂添加剂 填填填填料料料料在在在在塑塑塑塑料料料料中中中中主主主主要要要要起起起起增增增增强强强强作作作作用用用用。通通通通常常常常填填填填料料料料的的的的加加加加入入入入量量量量为为为为20205050。主主主主要要要要是是是是一一一一些些些些在在在在塑料配方中相对塑料配方中相对塑料配方中相对塑料配方中相对呈惰性的粉状材料或纤维材料。呈惰性的粉状材料或纤维材料。呈惰性的粉状材料或纤维材料。呈惰性的粉状材料或纤维材料。固固化化剂剂与与树树脂脂起起化化学学作作用用，形形成成不不溶溶的的交交联联网网状状结结构构，为为得得到到热热固
3、固性性塑塑料料，则则需需加加入入固化剂。固化剂。增增增增塑塑塑塑剂剂剂剂改改改改进进进进塑塑塑塑料料料料的的的的可可可可塑塑塑塑性性性性、柔柔柔柔软软软软性性性性，降降降降低低低低其其其其刚刚刚刚性性性性和和和和脆脆脆脆性性性性，并并并并使使使使塑塑塑塑料料料料易易易易于于于于加加加加工工工工成成成成型。型。型。型。稳稳定定剂剂防防止止塑塑料料在在加加工工和和使使用用过过程程中中，因因受受热热、氧氧气气和和光光线线作作用用而而变变质质分分解解，以以延延长长塑料的使用寿命。塑料的使用寿命。第2页，共14页，编辑于2022年，星期六第第4 4章章 高分子材料高分子材料 P P24825624825
4、64.1.2 塑料的分类塑料的分类受热行为受热行为热塑性塑料热塑性塑料热固性塑料热固性塑料在特定温度范围内能反复加热软化和冷在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。却硬化的塑料。代表性材料代表性材料:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、聚酰胺、聚碳酸酯等。、聚酰胺、聚碳酸酯等。因受热或其他条件能固化成不溶不熔性因受热或其他条件能固化成不溶不熔性物料的塑料。物料的塑料。代表性材料代表性材料:酚醛塑料、环氧塑料、氨基酚醛塑料、环氧塑料、氨基树脂、有机硅塑料等。树脂、有机硅塑料等。使用特点使用特点通用塑料：一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。通用塑料：一般指产
5、量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料及氨基树脂等。如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料及氨基树脂等。工程塑料：一般指性能优良，能承受一定外力作用和具有较高的机械强度，工程塑料：一般指性能优良，能承受一定外力作用和具有较高的机械强度，适用做工程材料或结构材料的塑料。适用做工程材料或结构材料的塑料。如如：聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚甲醛、聚砜等、聚甲醛、聚砜等特种塑料：一般指具有特种功能，应用于特殊要求的塑料。特种塑料：一般指具有特种功能，应用于特殊要求的塑料。如：医用塑料、导电塑料等如：医用塑料、导电塑料等第3页，共14页，编辑于2022
6、年，星期六种类种类名称名称性能及性能及用途用途热热塑塑性性塑塑料料聚乙烯聚乙烯（PE）塑料瓶塑料瓶,软塑料管软塑料管,电缆包覆电缆包覆聚丙烯聚丙烯（PP）齿轮齿轮,仪表盒仪表盒,电线包覆电线包覆聚氯乙烯聚氯乙烯（PVC）贮槽贮槽,塑料管塑料管,电缆套管电缆套管聚苯乙烯聚苯乙烯（PS）车辆灯罩车辆灯罩,电子设备外壳电子设备外壳 ABS塑料塑料丙烯腈、丁二烯和苯乙烯丙烯腈、丁二烯和苯乙烯 的三元共聚物的三元共聚物汽车挡泥板汽车挡泥板,电机外壳电机外壳聚酰胺聚酰胺（PA）尼龙尼龙属于缩聚合成树脂，具有突出的耐磨性和自润滑性能属于缩聚合成树脂，具有突出的耐磨性和自润滑性能并有良好的机械性能并有良好的机
7、械性能，吸水性高吸水性高轴承、螺纹连接件轴承、螺纹连接件 聚甲醛聚甲醛（POM）耐疲劳性能最高耐疲劳性能最高，干摩擦系数低且稳定干摩擦系数低且稳定 化工容器化工容器,塑料手表零件塑料手表零件 聚碳酸酯聚碳酸酯（PC）誉为誉为“透明金属透明金属”，透光性最好透光性最好 航空挡风玻璃航空挡风玻璃,帽盔帽盔常用工程塑料常用工程塑料4.1.第4页，共14页，编辑于2022年，星期六种类种类名称名称性能及性能及用途用途热热塑塑性性塑塑料料 聚四氟乙烯聚四氟乙烯誉为誉为“塑料王塑料王”，耐高温、低温性能最优良，且吸水，耐高温、低温性能最优良，且吸水性及摩擦系数低，但最难成型性及摩擦系数低，但最难成型 耐蚀
8、、耐磨、密封件耐蚀、耐磨、密封件聚砜聚砜（PSF）比聚四氟乙烯更具优良耐高、低温性能比聚四氟乙烯更具优良耐高、低温性能 高温轴承材料等高温轴承材料等聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 俗称俗称“有机玻璃有机玻璃”，透光性最好。，透光性最好。电视屏幕等电视屏幕等热固热固性塑性塑料料 酚醛塑料酚醛塑料（PE）常用电气绝缘材料不宜做食物器皿常用电气绝缘材料不宜做食物器皿 环氧塑料环氧塑料（EP）有某些毒性有某些毒性塑料模具塑料模具,精密模具精密模具常用工程塑料常用工程塑料4.1.第5页，共14页，编辑于2022年，星期六第第4 4章章 高分子材料高分子材料4.2 合成纤维合成纤维常用常用合成纤维合成纤
9、维4.2 商品名称商品名称化学名称化学名称应用应用涤纶（的确良）涤纶（的确良）聚酯纤维聚酯纤维 渔网渔网锦纶（尼龙）锦纶（尼龙）聚酰胺纤维聚酰胺纤维降落伞降落伞腈纶腈纶 聚丙烯腈聚丙烯腈棉衣棉衣维纶维纶 聚乙烯醇聚乙烯醇过滤布过滤布丙纶丙纶聚丙烯聚丙烯军用被服军用被服氯纶氯纶氯乙烯氯乙烯劳保用品劳保用品 P P表表表表-第6页，共14页，编辑于2022年，星期六4.合成橡胶合成橡胶1、橡胶的分类橡胶的分类1）天然橡胶）天然橡胶2）合成橡胶）合成橡胶通用：丁苯、顺丁、氯丁通用：丁苯、顺丁、氯丁特种：丁腈、硅、氟特种：丁腈、硅、氟2、橡胶的组成、橡胶的组成1）生胶）生胶2）硫化剂）硫化剂3）硫化促
10、进剂）硫化促进剂4）补强填充剂）补强填充剂第第4 4章章 高分子材料高分子材料使用硫化剂的目的是使用硫化剂的目的是：通过交联变塑性生胶通过交联变塑性生胶为弹性胶为弹性胶 第7页，共14页，编辑于2022年，星期六种种类类名称名称用途用途通通用用橡橡胶胶丁苯橡胶丁苯橡胶目前合成橡胶中产量最大，应用最广；常用汽车轮胎原料目前合成橡胶中产量最大，应用最广；常用汽车轮胎原料 顺丁橡胶顺丁橡胶耐磨、用于轮胎、鞋底等耐磨、用于轮胎、鞋底等氯丁橡胶氯丁橡胶俗称俗称“万能橡胶万能橡胶”特特种种橡橡胶胶丁腈橡胶丁腈橡胶常用耐油密封元件的材料常用耐油密封元件的材料 硅橡胶硅橡胶耐高温和耐低温耐高温和耐低温,使用温
11、度最宽使用温度最宽氟橡胶氟橡胶高的耐腐蚀性高的耐腐蚀性 3、常用合成橡胶、常用合成橡胶第第4 4章章 高分子材料高分子材料第8页，共14页，编辑于2022年，星期六1.4 陶瓷材料的结构与性能陶瓷材料的结构与性能1.4.1 陶瓷材料的结构陶瓷材料的结构粘土粘土石英石英长石长石 加热、烧结加热、烧结冷却冷却晶体相晶体相玻璃相玻璃相气相气相陶瓷陶瓷决定陶瓷的决定陶瓷的性能性能传统陶瓷材料的主要原料为：粘土、石英、长石。传统陶瓷材料的主要原料为：粘土、石英、长石。它们的作用是：在坯料中起塑化与粘合作用它们的作用是：在坯料中起塑化与粘合作用，其中，其中长石含量过高可能会造长石含量过高可能会造成陶瓷耐热
12、性能较差成陶瓷耐热性能较差第9页，共14页，编辑于2022年，星期六 晶体相晶体相:主要有主要有硅酸盐、氧化物、非氧化物硅酸盐、氧化物、非氧化物等三种。（其中硅等三种。（其中硅 酸盐是传统陶瓷的主要晶体相）酸盐是传统陶瓷的主要晶体相）晶体相的晶体相的结合键分别为离子键与共价键。结合键分别为离子键与共价键。特种陶瓷中氧化物主要是离子键；碳化物主要是共价特种陶瓷中氧化物主要是离子键；碳化物主要是共价 键键 玻璃相玻璃相:成分为氧化硅及其他氧化物。其作用是将晶体相粘结起成分为氧化硅及其他氧化物。其作用是将晶体相粘结起 来，阻止晶体长大，形成玻璃特性。来，阻止晶体长大，形成玻璃特性。气相气相:陶瓷内部
13、组织残留下来的孔洞，形成机理复杂，破坏陶瓷内部组织残留下来的孔洞，形成机理复杂，破坏 强度。强度。1.4 陶瓷材料的结构与性能陶瓷材料的结构与性能1.4.1 陶瓷材料的结构陶瓷材料的结构1.4.1 陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能刚度、硬度、强度均很高，刚度、硬度、强度均很高，最大缺点是但塑性很差。最大缺点是但塑性很差。第10页，共14页，编辑于2022年，星期六第第5 5章章 陶瓷材料陶瓷材料陶瓷材料的定义陶瓷材料的定义各种无机非金属各种无机非金属材料的通称材料的通称陶瓷材料的分类陶瓷材料的分类玻璃玻璃玻璃陶瓷玻璃陶瓷工程陶瓷工程陶瓷工程陶瓷工程陶瓷普通陶瓷普通陶瓷特种陶瓷特种陶瓷属于烧制成型的
14、陶瓷属于烧制成型的陶瓷 常用耐火材料常用耐火材料如如Al2O3，用于用于高温坩埚高温坩埚如如SiCSiC，用于砂轮磨料，用于砂轮磨料如如SiSi3 3N N4 4，用于转子叶片，用于转子叶片 氮化物陶瓷氮化物陶瓷日用陶瓷日用陶瓷工业陶瓷工业陶瓷氧化物陶瓷氧化物陶瓷碳化物陶瓷碳化物陶瓷硼化物陶瓷硼化物陶瓷第11页，共14页，编辑于2022年，星期六第第6 6章章 复合材料复合材料复合材料的定义复合材料的定义两种及两种以上的物理、化学性质不同的物质，两种及两种以上的物理、化学性质不同的物质，经过一定方法得到的一种新的多相固体材料。经过一定方法得到的一种新的多相固体材料。复合材料的分类复合材料的分类
15、按性能高低分按性能高低分按产生方式分按产生方式分按基体相的种类分按基体相的种类分按增强相的种类分按增强相的种类分按增强相的形态分按增强相的形态分按用途分按用途分普通、先进普通、先进天然（如：木材）、人工天然（如：木材）、人工聚合物基、金属基、陶瓷基、聚合物基、金属基、陶瓷基、石墨基、混凝土基石墨基、混凝土基结构、功能、智能结构、功能、智能颗粒增强、晶须增强、纤维增强颗粒增强、晶须增强、纤维增强零维、一维、二维、三维零维、一维、二维、三维第12页，共14页，编辑于2022年，星期六 在纤维增强复合材料中：在纤维增强复合材料中：纤维强度应该高于基体材料强度纤维强度应该高于基体材料强度 纤维与基体材
16、料的热膨胀系数应该接近纤维与基体材料的热膨胀系数应该接近 纤维直径越细则增强效果越明显纤维直径越细则增强效果越明显6.16.1复合材料的复合原则复合材料的复合原则6.1.1 6.1.1 纤维增强复合材料纤维增强复合材料 按增强相的形状来划分颗粒增强材料属于：按增强相的形状来划分颗粒增强材料属于：按增强相的形状来划分颗粒增强材料属于：按增强相的形状来划分颗粒增强材料属于：零维增强相复合零维增强相复合零维增强相复合零维增强相复合 材料材料材料材料 在颗粒复合材料中应该根据要求选择合适的颗粒直径在颗粒复合材料中应该根据要求选择合适的颗粒直径6.1.2 6.1.2 颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料第1
17、3页，共14页，编辑于2022年，星期六6.26.2复合材料的性能特点复合材料的性能特点复合材料突出的优点：复合材料突出的优点：比强度高比强度高 、抗疲劳性能好、抗疲劳性能好、高温性能好、耐磨减振高温性能好、耐磨减振但不包括：硬度高但不包括：硬度高 6.36.3非金属基复合材料非金属基复合材料 热固性玻璃钢热固性玻璃钢：是用于制造汽车车身的合适材料是用于制造汽车车身的合适材料 碳纤维树脂复合材料碳纤维树脂复合材料：是：是用于制造火箭机架的合适材料用于制造火箭机架的合适材料 硼纤维树脂复合材料硼纤维树脂复合材料 ：是用于制造直升机螺旋桨叶的合适材料：是用于制造直升机螺旋桨叶的合适材料聚合物基复合材料的应用：聚合物基复合材料的应用：陶瓷基复合材料的应用：陶瓷基复合材料的应用：采用陶瓷基复合材料目的主要是克服陶瓷材料脆性高的缺点采用陶瓷基复合材料目的主要是克服陶瓷材料脆性高的缺点 第14页，共14页，编辑于2022年，星期六