第十章非金属材料

95第十章非金属材料nonmetallicmaterial(本章仅作一般了解)§10-1高分子材料一、概述1.高分子材料——主要成分为高分子化合物（分子量大，一般在103～107间）。天然高分子材料——松香、天然纤维、蛋白质、天然橡胶。人工合成高分子材料——塑料、合成橡胶、合成纤维（涤纶等）。2.高分子化合物结构特点由一种或几种简单的低分子化合物重复连接而成，具有链状结构。如聚乙烯、聚氯乙烯分别由乙烯、氯乙烯聚合而成。3.高分子材料的分类按性能和用途分——塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂。4.高分子材料的性能特点⑴低强度——σb≈100MPa⑵高弹性——如橡胶的弹性变形率为100～1000%，金属一般为1%；⑶低弹性模量——塑料和橡胶分别为金属的1/10和1/1000。⑷高耐磨性———比金属好，如汽车外轮胎。⑸高绝缘性⑹低耐热性⑹低导热性——是金属的1/100～1/1000⑺高热膨胀性——约为金属的3～10倍⑻高耐腐蚀性——耐酸、碱等。⑼老化——受氧、光、热、机械力、水气及微生物等作用，性能逐渐恶化。二、工程塑料1.塑料的组成合成树脂——高分子化合物，如聚乙烯、酚醛塑料等。添加剂——填料或增强、增塑、固化、润滑、稳定、着色、阻燃剂等。962.分类⑴热塑性塑料——加热软化，冷却后又硬化成形，可反复进行。加工成型简便，机械性能较好；耐热性和刚性较差。如聚乙烯。⑵热固性塑料——受热固化后，不会再受热软化。机械性能差；耐热性和刚性较好。如酚醛树脂、环氧树脂。3.常用工程塑料⑴有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）——密度仅玻璃的一半，σb=42～50MPa，比普通玻璃高7～18倍。透明件，装饰件，绝缘件。⑵聚氯乙烯（PVC）——σb=30～60MPa，使用温度-15～55℃。硬PVC耐油、耐蚀，用于化工管道，电器绝缘材料及电线绝缘层、套管。软PVC富有弹性，用作非食品包装薄膜。⑶聚丙烯PP——刚性大，重量轻，耐热（-35～121℃），绝缘性优越。用于机械零件（法兰，齿轮），化工容器、管道，电器外壳等。⑷ABS塑料——硬、韧、刚的混合特性较好；容易电镀。用于零件（齿轮，泵叶轮，轴承等），电机、仪表外壳，管道，汽车零件及车身。⑸聚酰胺（PA，通称尼龙）——耐磨、减摩性及韧性好。耐蚀，无毒。用于耐磨，耐蚀的承载转动零件（齿轮，轴承，螺钉和螺母等小型零件）。⑹酚醛树脂（PF）——如热固性酚醛树脂（胶木），耐磨、性脆；绝缘性好（不小于10KV）；耐热、不耐碱。用于电器插座，开关，电话机，仪表盒；汽车刹车片，内燃机曲轴皮带轮，齿轮，耐酸泵等；日用非食物器皿。97三、橡胶——高弹性，变形量100～1000%；弹性模数低，仅1MN/m。1.天然橡胶——耐油和耐溶剂性差，易老化，不耐高温。2.合成橡胶——如，丁苯橡胶、氯丁橡胶。用途——轮胎，工业、生活及医疗用品。2.特种橡胶——耐高、低温，耐酸、碱、油，辐射等的橡胶。四、胶粘剂——粘性的树脂或橡胶+添加剂，代替传统的焊、铆及螺纹连接。§10-2陶瓷材料一、概述1.陶瓷——用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成，由无机非金属化合物（硅酸盐等）构成的多相固体材料。2.性能⑴力学性能——刚性、硬度、脆性大，抗压强度大，抗拉强度、塑韧性低。⑵熔点高、高温下不易氧化，但不耐温度的急剧变化。⑶耐蚀性、绝缘性好。3.分类及用途⑴玻璃——工业（光学，电工，仪表，实验室用）、建筑、日用玻璃。⑵普通陶瓷——日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工等用途。⑶特种陶瓷——氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化物陶瓷等，用于电容器，压电，磁性，电光，高温零件等。⑷金属陶瓷——工具（硬质合金），耐热零件等。二、常用陶瓷材料1.陶瓷——用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成，由无机非金属化合物（硅酸盐等）构成的多相固体材料。2.性能⑴力学性能——刚性、硬度、脆性大，抗压强度大，抗拉强度、塑韧性低。⑵熔点高、高温下不易氧化，但不耐温度的急剧变化⑶耐蚀性、绝缘性好。983.分类及用途⑴玻璃——工业（光学，电工，仪表，实验室用）、建筑、日用玻璃。⑵普通陶瓷——日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工等用途。⑶特种陶瓷——氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化物陶瓷等，用于电容器，压电，磁性，电光，高温零件等。⑷金属陶瓷——工具（硬质合金），耐热零件等。§10-3复合材料一、概述1.复合材料——两种（以上）性质不同的材料组合而成2.性能特点——比强度和比刚度高，减磨性、耐蚀性较好，但塑韧性较低。3.结构——基体＋增强相⑴基体——非金属基（树脂、橡胶、陶瓷），金属基（钢、铝锡合金）。⑵增强相——纤维，陶瓷或金属颗粒、夹层。纤维——玻璃、碳、棉、麻、石棉、硼、碳化硅等纤维。4.实例⑴玻璃钢——玻璃纤维增强塑料⑵钨钴类硬质合金——陶瓷颗粒增强钴⑶轮胎——纤维增强橡胶⑷钢筋混凝土——陶瓷基复合材料⑸多孔性铁基和青铜基自润滑衬套——夹层结构复合材料⑹碳纤维/铝锡合金二、常见复合材料1.玻璃钢⑴增强剂——玻璃纤维（主要是SiO2），比强度和比模量高，耐蚀，绝缘。⑵粘结剂（基体）——热固性的酚醛、环氧树脂，热塑性的聚脂。⑶性能（与基体相比）——(比)强度，疲劳性能，韧性，蠕变抗力高。⑷用途——轴承，轴承架，齿轮，车身。992.碳纤维树脂复合材料⑴增强剂——碳纤维(石墨)，强度和弹性模量高，且2000℃以上保持不变；-180℃不变脆。⑵粘结剂（基体）——环氧树脂，酚醛树脂，聚四氟乙烯。⑶性能（与基体相比）——强度，疲劳性能，韧性，耐蚀，蠕变抗力高。⑷用途——火箭外壳，齿轮，轴承，活塞，密封圈，化工容器。3.硼纤维树脂复合材料⑴增强剂——硼纤维,σb=2750～3140MPa，E=382～392MPa（4倍于玻璃纤维）。⑵基体——环氧树脂等。⑶性能——抗压、剪切和疲劳强度高，蠕变小，硬度和弹性模量高，耐辐射，化学稳定（水，有机溶剂，燃料，润滑剂），导热性能和导电性能好。⑷用途——航空和宇航材料。4.硼纤维金属复合材料⑴基体——铝镁及其合金，钛及其合金。⑵性能——如铝基复合材料的强度、弹性模量、疲劳极限高于高强铝合金，比强度高于钢和钛合金。⑶用途——航空、火箭。