第十三章非金属材料

1、13.1 13.1 高分子材料高分子材料13.2 13.2 陶瓷材料陶瓷材料13.3 13.3 复合材料复合材料第十三章第十三章 非金属材料非金属材料第一节第一节 高分子材料高分子材料一、概述一、概述主要成分主要成分 高分子化合物（分子量大，一般在103107）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）。高分子材料结构特点高分子材料结构特点 由一种或几种简单低分子化合物重复连接而成链状结构。如聚乙烯、聚氯乙烯分别由乙烯、氯乙烯聚合而成。分类分类 塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂。性能特点性能特点低强度低强度b100MPa高弹性高弹性

2、如橡胶的弹性变形率为1001000%，金属一般为1% ；低弹性模量低弹性模量 塑料和橡胶分别为金属的 1/10 和 1/1000 。高耐磨性高耐磨性 比金属好，如汽车外轮胎。高绝缘性高绝缘性低耐热性低耐热性低导热性低导热性 是金属的1/100 1/1000 高热膨胀性高热膨胀性 约为金属的 310 倍高耐腐蚀性高耐腐蚀性 耐酸、碱等。老化老化 受氧、光、热、机械力等长时间作用后，性能逐渐恶化。 二、工程塑料二、工程塑料组成组成 合成树脂合成树脂 高分子化合物，如聚乙烯、酚醛塑料等。 添加剂添加剂 填料或增强、增塑、固化、润滑、稳定、着 色、阻燃剂等。分类分类 热塑性塑料热塑性塑料 加热软化，冷

3、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。常用工程塑料常用工程塑料有机玻璃（有机玻璃（PMMA)PMMA) 密度仅玻璃的一半，b=4250MPa ，比普通玻璃高718倍。用于透明件，装饰件，绝缘件。聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC） 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。聚丙烯聚丙烯 PPPP 刚性大, 重量轻，耐热（-3512

4、1 ），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。ABSABS塑料塑料 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。聚酰胺（聚酰胺（PA, PA, 尼龙）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（酚醛树脂（PFPF） 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、

5、橡胶三、橡胶 高弹性，变形量1001000%；弹性模数低，仅1MN /m 。天然橡胶天然橡胶 耐油和耐溶剂性差，易老化，不耐高温。合成橡胶合成橡胶 如，丁苯橡胶、氯丁橡胶。用途用途 轮胎，工业、生活及医疗用品。特种橡胶特种橡胶 耐高、低温，耐酸、碱、油，辐射等的橡胶。四、胶粘剂四、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 。第二节第二节 陶瓷材料陶瓷材料陶瓷陶瓷 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。性能性能力学性能力学性能 刚性、硬度、脆性大，抗压强度大，抗拉强度、 塑韧性低。 物理、化学性能物理、

6、化学性能 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。分类及用途分类及用途 玻璃玻璃 工业（光学，电工，仪表，实验室用）、建筑、日用 玻璃。普通陶瓷普通陶瓷 日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工等用途。特种陶瓷特种陶瓷 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。金属陶瓷金属陶瓷 工具（硬质合金），耐热零件等。 第三节第三节 复合材料复合材料一、概述一、概述 复合材料复合材料 两种（以上）性质不同的材料组合而成 性能特点性能特点 比强度和比刚度高 ，减磨性、耐蚀性好，但塑 韧性较低。 103kg/m3 b MN

7、/m2 E 103MN/m2 b/103E/钢钢7.8 1010 206 129 26 铝铝2.8 461 74 165 26 钛钛4.5 942 112 209 25 玻璃钢玻璃钢2.0 1040 39 520 20 碳纤维环氧树脂碳纤维环氧树脂1.45 1472 137 1015 95 硼纤维铝硼纤维铝2.65 981 196 370 74结构结构 基体增强相 基体基体 非金属基（树脂、橡胶、陶瓷），金属基（如，钢）。增强相增强相 纤维，陶瓷或金属颗粒、夹层。纤维纤维 玻璃、碳、棉、麻、石棉、硼、碳化硅等纤维。分类分类纤维增强复合材料纤维增强复合材料 增强相：无机纤维 基体：树脂、塑料、橡

8、胶或金属颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料 增强相粒子：陶瓷、金属 基体：树脂、金属层状复合材料：层状复合材料：由两层或两层以上不同材料复合而成。实例实例 玻璃钢玻璃钢 玻璃纤维增强塑料钨钴类硬质合金钨钴类硬质合金 陶瓷颗粒增强钴轮胎轮胎 纤维增强橡胶钢筋混凝土钢筋混凝土 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、常见复合材料二、常见复合材料 玻璃钢玻璃钢 增强剂增强剂 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）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）性能（与基体相

9、比） ( 比 ) 强度，疲劳性能，韧性，蠕变 抗力高。用途用途 轴承，轴承架，齿轮，车身。碳纤维树脂复合材料碳纤维树脂复合材料增强剂增强剂 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）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）性能（与基体相比） 强度，疲劳性能，韧性，耐蚀，蠕变 抗力高。用途用途 火箭外壳 ，齿轮，轴承，活塞，密封圈，化工容器。硼纤维树脂复合材料硼纤维树脂复合材料增强剂增强剂 硼纤维, b=27503140MPa，E=382392MPa（4倍于玻纤）。基体基体 环氧树脂等。性能性能 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