第十章非金属材料

1、第十章 非金属材料non metallic material(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103107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 低强度b100MPa 高弹性 如橡胶的弹性变形率为1001000

2、%，金属一般为1% ； 低弹性模量 塑料和橡胶分别为金属的 1/10 和 1/1000 。 高耐磨性 比金属好，如汽车外轮胎。 高绝缘性 低耐热性 低导热性 是金属的1/1001/1000 高热膨胀性 约为金属的 310 倍 高耐腐蚀性 耐酸、碱等。 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。 2. 分类 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。 热固性塑料 受热固化

3、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 有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA） 密度仅玻璃的一半，b = 4250MPa，比普通玻璃高718倍 。透明件，装饰件，绝缘件。 聚氯乙烯（PVC） b = 3060 MPa ，使用温度-1555。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。 聚丙烯 PP 刚性大，重量轻，耐热（-35121 ），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。 ABS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，

4、轴承等），电机、仪表外壳，管道，汽车零件及车身。 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）。 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。 三、橡胶 高弹性，变形量1001000%；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

5、、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 力学性能 刚性、硬度、脆性大，抗压强度大，抗拉强度、塑韧性低。 熔点高、高温下不易氧化，但不耐温度的急剧变化。 耐蚀性、绝缘性好。 3. 分类及用途 玻璃 工业（光学，电工，仪表，实验室用）、建筑、日用玻璃。 普通陶瓷 日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工等用途。 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

6、等，用于电容器，压电，磁性，电光，高温零件等。 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 力学性能 刚性、硬度、脆性大，抗压强度大，抗拉强度、塑韧性低。 熔点高、高温下不易氧化，但不耐温度的急剧变化 耐蚀性、绝缘性好。 3. 分类及用途 玻璃 工业（光学，电工，仪表，实验室用）、建筑、日用玻璃。 普通陶瓷 日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工等用途。 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，

7、高温零件等。 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 基体 非金属基（树脂、橡胶、陶瓷），金属基（钢、铝锡合金）。 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 玻璃钢 玻璃纤维增强塑料 钨钴类硬质合金 陶瓷颗粒增强钴 轮胎 纤维增强橡胶 钢筋混凝土 陶瓷基复合材料 多孔性铁基和青铜基自润滑衬套 夹层结构复合材料 碳纤维/铝锡合金 二、常见复合材料 1. 玻璃钢 增强

8、剂 玻璃纤维（主要是SiO2），比强度和比模量高，耐蚀，绝缘。 粘结剂（基体）热固性的酚醛、环氧树脂，热塑性的聚脂。 性能（与基体相比） ( 比 ) 强度，疲劳性能，韧性，蠕变抗力高。 用途 轴承，轴承架，齿轮，车身。 2. 碳纤维树脂复合材料 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。 粘结剂（基体） 环氧树脂，酚醛树脂，聚四氟乙烯。 性能（与基体相比） 强度，疲劳性能，韧性，耐蚀，蠕变抗力高。 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 增强剂 硼纤维, b=27503140MPa，E=382392MPa（4倍于玻璃纤维）。 基体 环氧树脂等。 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