金属工艺学第9章

第九章非金属材料与复合材料概述非金属材料指除金属以外的其他一切材料。这类材料发展迅速，种类繁多，已在各工业领域中广泛应用。主要包括：有机高分子材料（如塑料，合成橡胶、合成纤维、胶粘剂、涂料及液晶等），陶瓷材料（如陶瓷器、玻璃、水泥、耐火材料及各类新型陶瓷材料等），其中工程塑料和工程陶瓷在工程结构占有很重要的地位。第一节有机高分子材料基础知识高分子化合物包括有机高分子化合物和无机化合物两大类，有机化合物分合成和天然的两种。工程中使用的有机高分子材料主要是人工合成的高分子聚合物，简称高聚物。1高聚物分子的组成2高聚物的人工合成3高聚物分子的形态4高聚物链的顺性5高聚物分子间的结合状态6高聚物的力学状态7有机高分子材料的组成及性能特点第二节工程塑料一、塑料的组成1、合成树脂2、添加剂（1）、填料（2）、增塑剂（3）、固化剂（4）、稳定剂二、塑料的分类三、常用塑料的性能和用途四、塑料制品的成型方法1、注射成型2、挤压成型3、压制成型4、浇铸成型合成橡胶一、橡胶的特性和应用二、橡胶的组成三、常用橡胶橡胶的组成1•橡胶分天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶来自热带和亚热带的橡胶树。由于橡胶在工业、农业、国防领域中有重要作用，因此它是重要的战略物资，这促使缺乏橡胶资源的国家率先研究开发合成橡胶。通过对天然橡胶的化学成分进行剖析，发现它的基本组成是异戊二烯。于是启发人们用异戊二烯作为单体进行聚合反应，得到了合成橡胶，称为异戊橡胶。异戊橡胶的结构与性能基本上与天然橡胶相同。由于当时异戊二烯只能从松节油中获得，原料来源受到限制，而丁二烯则来源丰富，因此以丁二烯为基础开发了一系列合成橡胶。如顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶等。橡胶的组成2•随着石油化学工业的发展，从油田气、炼厂气经过高温裂解和分离提纯，可以得到乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、丁烷、戊烯、异戊烯等各种气体，它们是制造合成橡胶的好原料。世界橡胶产量中，天然橡胶仅占15％左右，其余都是合成橡胶。合成橡胶品种很多，性能各异，在许多场合可以代替、甚至超过天然橡胶。合成橡胶可分为通用橡胶和特种橡胶。通用橡胶用量较大，例如丁苯橡胶占合成橡胶产量的60％；其次是顺丁橡胶，占15％；此外还有异戊橡胶、氯丁橡胶、丁钠橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶等，它们都属通用橡胶常用橡胶性能第四节胶粘剂与胶接技术•一、胶粘剂的组成•二、胶粘剂的分类原则及表示方法•三、胶粘剂的胶接机理•四、常用胶粘剂•五、胶接的特点和应用•六、胶接技术胶粘剂的组成•胶粘剂的组成因来源不同而有很大的差异，天然胶粘剂的组成比较简单，多为单组分，而合成胶粘剂较为复杂，除了起基本粘附作用的物质之外，为了满足特定的物理化学物性，尚需加入各种配合剂。总的来讲，胶粘剂的组成包括粘料、固化剂、促进剂、增塑剂、增韧剂、稀释剂、溶剂、填料、偶联剂、、防老剂、阻燃剂、增粘剂、阻聚剂等。除了粘料是不可少之外，其余的组分要视性能要求决定加入与否.1、粘料•1、粘料粘料也称为基料或胶料，是使两个被粘物结合在一起时起主要作用的组分，是决定胶粘祭性能的基本成分。可以作为胶粘剂的粘料有如下物质。（1）天然高分子化合物有淀粉、精糊、桃胶、阿拉伯树胶、骨胶、皮胶、明胶、鱼胶、虫胶、植物蛋白、血粉、松香、沥青、天然橡胶等。（2）改性天然高分子化学物如硝酸纤维素、醋酸纤维素、羟甲基纤维素、松香酚醛树脂、改性淀粉、氯化橡胶等。（3）合成高分子化学物是胶粘剂当中性能最好用量最多的粘料包括热固2、固化剂与改性剂•2、固化剂与改性剂固化剂是使原来热塑性的线型主体聚合物变成坚硬的体型网状结构。促进剂使加速胶粘剂中主体聚合物与固化剂反应，缩短固化时间，降低固化温度，以及调节胶粘剂中树脂的固化速度的一种配合剂。胶粘剂的胶接机理•1机械胶接机理胶粘剂通过实木表面的管孔渗透到木材的细胞腔内，随着胶粘剂的固化或硬化，在其中形成许多的小钩子或胶钉，从而将两块实木胶接在一起。胶粘剂的胶接机理•2吸附胶接机理认为胶接作用是胶粘剂分子与被粘物分子在界面层上相互吸附产生的，此时的胶接作用是物理吸附和化学吸附共同作用的结果，而物理吸附则是胶接作用的普遍原因。胶粘剂的胶接机理•3扩散胶接机理在胶接界面上发生互溶，导致胶粘剂和被粘物分子通过相互扩散而形成牢固的接头。胶粘剂的胶接机理•4化学键胶接机理胶粘剂与被粘物分子间产生化学反应而获得高强度的主价键结合，化学键力要比分子间力大得多。在胶接过程中主要是通过胶粘剂和被胶接物中的活性基团、偶联剂使胶粘剂与被粘物分子之间、在表面处理与获得的活性基团与胶粘剂之间形成化学键。以上的几种机理均只能反映胶合现象的某一个侧面，实际上，木材的胶合是几种作用力共同作用的结果。胶粘剂的胶接机理•5静电理论(一)壁纸、墙布用胶粘剂•(一)壁纸、墙布用胶粘剂•这种胶粘剂主要用于壁纸、墙布的裱糊，它的形态有液状的，也有粉末状的。•1．聚乙烯醇胶粘剂它是将聚乙烯醇树脂溶于水后而制成的，俗称“胶水”。它的外观如白色或微黄色的絮状物，具有芬芳气味，无毒，施涂方便，能在胶合板、水泥砂浆、玻璃等材料表面涂刷。(一)壁纸、墙布用胶粘剂•2．聚乙烯醇缩甲醛胶它又称“108胶”，是以聚乙烯醇与甲醛在酸性介质中进行缩合反应而制得的一种透明水溶液。无臭、无味、无毒，有良好的粘结性能，粘结强度可达0.9MPa。它在常温下能长期储存，但在低温状态下易发生冻胶。聚乙烯醇缩甲醛胶除了可用于壁纸、墙布的裱糊外，还可用作室内外墙面、地面涂料的配置材料。在普通水泥砂浆内加入108胶后，能增加砂浆与基层的粘结力。(一)壁纸、墙布用胶粘剂•3．聚醋酸乙烯胶粘剂又称“白乳胶”，它是由醋酸乙烯经乳液聚合而制得的一种乳白色的、带酯类芳香的乳状胶液。它配置方便，常温下固化速度快，胶层的韧性及耐久性好，不易老化，无刺激性臭味，可作为壁纸、墙布、防水涂料和木材的胶结材料，也可作为水泥砂浆的增强剂。(一)壁纸、墙布用胶粘剂•4.801胶801胶是由聚乙烯醇与甲醛在酸性介质中经缩聚反应，再经氨基化后而制得的。它是一种微黄色或五色透明的胶体，具有无毒、不燃、无刺激性气味等特点，它的耐磨性、剥离强度及其它性能均优于108胶。(一)壁纸、墙布用胶粘剂•5．墙纸专用胶粉(粉末壁纸胶)粉末壁纸胶是一种粉末状的固体，能在冷水中溶解，使用前将胶粉以1：17的比例与清水搅匀混合，搅拌10min后形成糊状时即可使用。这种胶粘剂的粘度适中，无毒、无味、防潮、防霉、干后无色，不污染墙纸，并具有使用方便，便于包装运输等优点。它可用于各类基层的墙纸及墙布的粘贴。(二)塑料地板胶粘剂•(二)塑料地板胶粘剂塑料地板胶粘剂属非结构型胶粘剂，具有一定的粘结力，能将塑料地板牢固地粘结在各类基层上，施工方便。它对塑料地板无溶解或溶胀作用，能保证塑料地板粘结后的平整程度，并有一定的耐热性、耐水性和储存稳定性。常用的塑料地板胶粘剂有聚醋酸乙烯类、合成橡胶类、聚氨酯类、环氧树脂类等。(三)瓷砖、大理石胶粘剂•1．AH—03大理石胶粘剂AH—03大理石胶粘剂是由环氧树脂等多种高分子合成材料组成的基材，再添加适量的增稠剂、乳化剂、防腐剂、交联剂及填料等配制成单组分白色的膏状胶粘剂。它具有粘结强度高、耐水、耐气候、使用方便等特性，适用于大理石、花岗石、马赛克、陶瓷面砖等与水泥基层的粘结。(三)瓷砖、大理石胶粘剂•2．TAM型通用瓷砖胶粘剂TAM型通用瓷砖胶粘剂是以水泥为基材、用聚合物改性材料等掺加而成的一种白色或灰色粉末。在使用时只需加水即能获得粘稠的胶浆。它具有耐水、耐久性好，操作方便，价格低廉等特点。TAM型通用瓷砖胶粘剂适用于在混凝上、砂浆基层和石膏板的表面粘贴瓷砖、马赛克、天然和人造石材等块料。用这种胶粘剂在瓷砖固定5min以后再旋转90。而不会影响它的粘结强度。(三)瓷砖、大理石胶粘剂•3.TAG型瓷砖勾缝剂TAG型瓷砖勾缝剂是一种粉末状的物质，有各种颜色，能与各种类型的瓷砖相适应，是瓷砖胶粘剂的配套材料，能保证勾缝宽度在3mm以下是不开裂。它具有良好的耐水性，在诸如游泳池等有防水要求的瓷砖勾缝中是一种理想的勾缝材料。(三)瓷砖、大理石胶粘剂•4.TAS型高强度耐水瓷砖胶粘剂TAS型高强度耐水瓷砖胶粘剂是一种双组分的高强度耐水瓷砖胶粘剂，具有耐水、耐气候以及耐多种化学物质侵蚀等特点，可用于厨房、浴室、卫生间等场所的瓷砖粘贴。它的强度较高，室温28d后，其抗剪强度大于2.0MPa，可在混凝土、钢材、玻璃、木材等材料的表面粘贴墙面砖和地面砖。另外还有一种SG—8407胶粘剂，可改善水泥砂浆的粘结力，提高水泥砂浆的防水性能，适用于在水泥砂浆、混凝土等基层表面上粘贴瓷砖、马赛克等材料。(四)玻璃、有机玻璃类专用胶粘剂•1．AE丙烯酸酯胶AE丙烯酸酯胶是五色透明粘稠液体，可在室温条件下快速固化，一般在4～8h内即可完成固化。固化后它的透光率和光线的折射系数与有机玻璃材料基本相同。AE丙烯酸酯胶无毒、操作简便、粘结力强，在有机玻璃之间使用这种胶粘剂后，其抗剪强度大于6.2MPa。它有AE—01型和AE—02型两种类型。AE—0l型适用于有机玻璃、ABS塑料、丙烯酸酯类共聚物等材料的粘结。AE—02型适用于有机玻璃、无机玻璃和玻璃钢等的粘结。(四)玻璃、有机玻璃类专用胶粘剂•2．聚乙烯醇缩丁醛胶粘剂聚乙烯醇缩丁醛胶粘剂是以聚乙烯醇在酸性催化剂存在的情况下与丁醛发生反应生成的。它具有粘结力强、抗水、耐潮和耐腐蚀性良好等特点。玻璃在粘结后的透光率、耐老化性能和耐冲击性能较好，适用于各类玻璃的粘结。(四)玻璃、有机玻璃类专用胶粘剂•3．玻璃胶玻璃胶是一种透明的或不透明的膏状体，有浓烈的醋酸气味，微溶于酒精，不溶于其它溶剂，抗冲击、耐水、柔韧性好，适用于玻璃门窗、橱窗、幕墙等玻璃粘结及封缝，以及其它防水、防潮场所材料的粘结。施工时应及时清理胶迹，否则玻璃胶干燥后难以清除。其他胶粘剂•(五)塑料薄膜胶粘剂•(六)竹木类专用胶粘剂•(七)多用途胶粘剂五、胶接的特点和应用•P131•1与焊接铆接螺接相比。胶接有许多显著的优点•2胶接也存在一些不足，限制了它在某些方面的应用。