第5章化学与材料

1、第第5 5章章化学与材料化学与材料5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 金属材料金属材料5.3 5.3 无机非金属材料无机非金属材料5.4 5.4 高分子材料高分子材料5.5 5.5 复合材料复合材料本章教学要求本章教学要求本章教学要求本章教学要求 1. 1.了解了解金属材料、无机非金属材料及高分子这材料三金属材料、无机非金属材料及高分子这材料三大类材料的主要特点大类材料的主要特点2.2.了解了解常见塑料及其制品的种类和性能常见塑料及其制品的种类和性能4.4.了解了解天然纤维和人造纤维的类型及特性天然纤维和人造纤维的类型及特性3.3.了解了解常见橡胶及其制品的种类和性能常见橡胶及其制品的种类

2、和性能5.5.了解几种重要复合材料的性能及其应用。了解几种重要复合材料的性能及其应用。化学是人类使用新材料的源泉!化学新材料5.1 概述5.1.1化学与材料的关系化学是研究手段，材料则是研究结果。从化学的角度看，所有的材料无外乎都是由各种元素单质及其它们的化合物组成；而材料的各种性质特点都与其组成的化学元素及化学键相关，材料与化学是密不可分的。按使用性能结构材料：主要利用材料的力学性能,以强度为特征，如建筑、构件功能材料：主要利用材料物理和化学性能,以光、电、磁、热等性能为特征的材料按所含化学物质不同金属材料无机非金属材料高分子材料复合材料5.1.2材料的定义与分类材料是人类用于制造物品、器件

3、、构件、机器或其他产品的物质，如石材、涂料、钢铁、水泥、塑料等。材料的品种繁多，材料的分类方法主要有两种。现代科技的三大支柱?1、材料是发展工程、信息、新能源等高科技的重要物质基础，是当代前沿科学技术领域之一。2、材料是社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。如石器、陶器、瓷器、铁器、铜器、玻璃、钢、水泥、有机高分子、液晶材料等。能源、材料和信息材料是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的重要里程碑，新材料的研究和开发已被认为是当今社会发展的三大支柱之一。5.1.3材料的地位与作用1、材料与空间技术：发射火箭、人造卫星、飞船等。2、材料与电子技术：半导体材料、高频绝缘材料、介电材

4、料、压电材料、铁电材料、磁性材料、荧光材料、发光材料、超导材料等。3、材料与激光技术：红宝石、气体、半导体、染料等作为工作物质实现激光，用于计量、检测、加工、显示、信息处理、治疗、军事科学等领域。4、材料与能源的开发：磁流体发电、地热发电、潮汐发电、热核裂变、太阳能电池、燃料电池等。具体表现材料的使用程度是人类社会发展的里程碑。从人类使用材料的经历来看，可分为五个阶段：第一代：石器时代第二代：陶器时代第三代：铜器时代第四代：铁器时代第五代：复合材料时代5.2 金属材料金属 黑色金属：铁、锰、铬及它们的合金有色金属：黑色金属以外的所有金属及其合金包括铝合金、钛合金、铜合金、镍合金等。铁元素在地壳

5、中的含量铁元素在地壳中的含量(w%)(w%)排列第四。灰口铁、排列第四。灰口铁、白口铁、球墨铸铁。白口铁、球墨铸铁。铝元素是自然界含量最多的金属元素。铝元素是自然界含量最多的金属元素。 金属材料是由金属元素或以金属元素为主要成分所形成的具有金属特征的一类材料，包括金属及其合金、金属化合物、金属基复合材料。生铁：硬且脆，仅用于铸造。5.2.1钢铁铁矿石冶炼生铁冶炼钢掺杂生铁（含碳量2%4.3%） 钢 （含碳量0.03%2%）钢铁是铁和碳的合金体系的总称。钢铁：强度高、价格便宜、应用广泛，钢铁约占金属材料产量的90%，是世界上产量最大的金属材料。合金钢，除铁和碳外，还含有其他一些合金元素，如硅、锰

6、、镍、钒、钛、钼等。锰钢具有很强的耐磨性，可用于制造拖拉机履带和车轴，齿轮，坦克的装甲材料等；钨钢耐高温，是制造金属切削工具的好材料；硅钢具有良好的电磁性能，许多电器都离不开它。钢铁按化学成分可分为碳素钢和合金钢。碳素钢是指碳含量不大于2 的铁碳合金，并含有少量杂质，如磷、硫、铜硅、锰、铝等。低碳钢（C 0.25 %），中碳钢（C 0.250.60 %），高碳钢（C 0.60 %）。合金钢指为了改善钢的某些性能而加入一定量的一种或几种合金元素的钢。根据合金元素的加人量还可进一步细分为低合金钢（合金元素总含量 5 %）、中合金钢（合金元素总含量 510 %）、高合金钢（合金元素总含量 10 %）

7、。结构钢指符合特定强度和可成形性等级的钢，一般用于承载重量，具体可细分为：合金结构钢、碳素结构钢、耐热结构钢等。工具钢指用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢，具有高硬度、高耐磨性等特点；工具钢可细分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢等。特殊钢一般指具有特殊的化学成分（合金化）、采用特殊的工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。与普通钢相比，特殊钢具有更优异的使用性能，能够满足特殊条件下的操作要求；特殊钢可细分为优质碳素钢、合金钢、高合金钢（合金元素大于10 %）三类，其中合金钢和高合金钢占特殊钢产量的70 %。钢铁按用途可分为结构钢、工具钢、特殊钢。普通钢：P 0.04

8、5 %，S 0.050 %优质钢：P、S均 0.035 %高级优质钢：P 0.035 %，S 0.030 %）钢铁按品质可分为普通钢、优质钢和高级优质钢，一般是根据钢中磷、硫等杂质含量不同来分的。钢铁按冶炼设备可分为平炉钢、转炉钢、电炉钢、坩炉钢等。黄铜：是以锌作为主要添加元素的铜合金的统称，具有美观的黄色，可分为普通黄铜和特殊黄铜。普通黄铜是铜锌二元合金，又叫简单黄铜；特殊黄铜又叫复杂黄铜，是除铜、锌外，还添加了其他元素如铝、镍、锰、锡、硅、铅等，通常叫做三元黄铜或多元黄铜。5.2.2铜和铜合金纯铜又叫紫铜，呈紫红色，导电性和导热性能优良。主要用来制作导电导热器材，如母线、电缆、开关装置、变

9、压器，热交换器、平板集热器等。铜合金是以纯铜为基体加入一种或多种其他元素所构成的合金。常见的铜合金有黄铜、青铜、白铜三大类。白铜：是以镍为主要添加元素的铜合金。铜镍二元合金称普通白铜；加有锰、铁、锌、铝等元素的白铜合金称复杂白铜。青铜：原指铜锡合金，现指除黄铜、白铜以外所有的铜合金。命名时常在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名称，如锡青铜、铅青铜、铝青铜、磷青铜、 铍青铜等。5.2.3 铝和铝合金纯铝为银白色轻金属，延展性好，在潮湿空气中能形成氧化物膜，抗腐蚀性好；在0 -253 之间塑性和冲击韧性不降低，耐低温性能良好。 。铝合金指以铝为基体的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要

10、合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金密度低，但强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业使用量仅次于钢。 。变形铝合金能承受压力加工，可加工成各种形态规格的铝合金材，主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。前者不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。后者可通过淬火和时效硬化等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。指符合特定强度和可成形性等级的钢，一般用于承载重量，具体可细分为：合金结构钢、碳素结构钢、耐

11、热结构钢等。铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金、铝稀土合金等。铝硅合金含硅量10 %25 %，铸造性能和耐磨性能良好，热胀系数小，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。铝铜合金含铜量4.5 %5.3 %，主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。铝镁合金含镁量12 ，是密度最小(2.55 g/cm3)、强度最高(355 MPa左右)的铸造铝合金，可用于雷达底座、螺旋桨、起落架等零件或作装饰材料。铝锌合金中常加入硅、镁元素，铸件强度高、尺寸稳定，常用于制作模型、型板及设备支架等。铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。5.2.4 镁和

12、镁合金镁是银白色的金属，化学性质活泼，在空气中易形成白色氧化物层，其常温强度和塑性都较低，所以常用其合金做材料。镁合金是指以镁为基质加入其他元素而形成的合金。镁合金中加入的元素主要有铝、锌、锰、硅等。变形镁合金是以镁铝和镁锰两种合金为主，它们在280300 时可以轧制成带状材和薄板材，在300400 时轧制成管材、型材、棒材。铸造镁合金常以镁锌合金为主，主要用来制造仪器、仪表、照相机、电影机的零件和无线电通讯器材，并常用于国防工业与航空工业。镁合金主要分为变形镁合金与铸造镁合金两类。5.2.5 钛及钛合金钛：是一种银白色的金属。密度小，比强度高，有优异的耐腐蚀性，无磁性、无毒，有很好的抗阻尼性

13、能。耐热、耐低温；用于航空航天、建筑工程、生物医学、汽车制造、文体器具等领域。钛合金：常见的钛合金有钛锡合金、钛铝合金，钛钒合金、钛锰合金、钛铬合金、钛铁合金、钛硅合金、钛铜合金、钛镍合金等。钛合金的比强度大于优质钢，耐热强度、低温韧性、断裂韧性好，故多用作飞机发动机零件及火箭和导弹的结构件、燃料与氧化剂的储存箱和高压容器。此外，由于钛合金还与人体有很好的相容性，所以钛合金还被广泛用在生物医学界。钛被誉为钛被誉为“2 l世纪金属世纪金属” 5.3无机非金属材料无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料，是除有机高分子

14、材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料主要有陶瓷、玻璃、水泥、混凝土、耐火材料等。制造陶瓷器的主要原料是黏土。制造陶瓷器的主要原料是黏土。陶瓷是以粘土为主要组分，辅以各种天然矿物质，经过粉碎、混炼、成型和煅烧而得的各种制品，是陶器和瓷器的总称。5.3.1 陶瓷陶瓷按照用途分日用陶瓷工艺陶瓷工业陶瓷化工陶瓷建筑陶瓷电瓷特种陶瓷陶瓷按所用原料及坯体的致密程度分粗陶精陶炻器半瓷器瓷器其原料依次从粗到精，坯体依次从粗松多孔到紧致细密，烧结及烧成温度依次从低到高，致密程度依次从低到高，功能依次从弱到强。陶瓷按使用功能分普通陶瓷特种陶瓷表5-1 特种陶瓷举例功能特性典型材料用途热学功能耐高温性

15、 ThO2、Al2O3、B、SiC、Mo3Si高温坩埚、高温炉等耐高热结料绝热性K2O.nTiO2、CaO.nTiO2耐热绝缘体、节能炉等力学功能高强度SiC、Si3N4、Si3N4.Al2O3、B、 喷嘴、转子、活塞、内衬韧性SiC、B、 Al2O3切削工具高硬性SiC、Al2O3、金刚石（粉末） 研磨、模具材料电子功能介电性BaTO3（致密烧结体）大容量电容器离子导电性Na-Al2O3、ZrO2玻璃电极、钠硫电池氧量敏感元件半导体SnO2气体敏感元件磁功能软磁性ZnxMn1-xFe2O4记忆运算原件、磁芯、磁铁硬磁性ZnO.6Fe2O3磁铁、隐形战斗机材料光功能导光性光导玻璃纤维通讯光缆偏

16、光性SnO2（涂膜）防模糊性玻璃等吸声功能吸声性多孔陶瓷、陶瓷纤维吸声板生物功能载体性SiO2 、Al2O3、TiO2触媒剂载体生物骨材Al2O3、Ca10(PO4)6(OH)2人造骨、人造齿、生物陶瓷非晶态是指原子的排列所具有的近程有序、长程无序的状非晶态是指原子的排列所具有的近程有序、长程无序的状态。态。非晶态材料是一类新型的固体材料，包括玻璃、塑料、高分子聚合物、金属玻璃非晶态合金、非晶态半导体、非晶态超导体等。玻璃是一种透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构玻璃是一种透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中，冷却过程中粘度粘度逐渐增大并硬化却不结晶的硅酸盐类逐渐增大并硬化

17、却不结晶的硅酸盐类非金属非金属材料材料。普通玻璃化学组成为。普通玻璃化学组成为Na2OCaO6SiO2，属于混合物，主属于混合物，主要成份是要成份是二氧化硅二氧化硅。 玻璃按组成可分成元素玻璃（如硒玻璃），氧化物玻璃（如Na2OCaOSiO2），（即硼铝硅酸盐玻璃）及非氧化物玻璃（如卤化物玻璃、硫族化合物玻璃）三类。其中以氧化物玻璃在实际应用和理论研究上最为普遍。玻璃按性质可分为光敏玻璃、声光玻璃、高折射率玻璃、反射玻璃、热敏玻璃、耐高温玻璃、低膨胀玻璃、高绝缘玻璃、导电玻璃、高介电性玻璃、超导玻璃、耐碱玻璃等。5.3.2 非晶态材料与玻璃胶凝材料又称胶结料胶凝材料又称胶结料, ,在物理化学作

18、用下，能从浆体变成在物理化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的坚固的石状体，并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合的固体物质。复合的固体物质。根据化学组成的不同，胶凝材料可分为无机与有机两大类。石灰、石膏、水泥等属于无机胶凝材料；而沥青、天然或合成树脂等属于有机胶凝材料。无机胶凝材料按其硬化条件的不同又可分为气硬性和水硬性两类。水硬性胶凝材料和水成浆后，在空气中或水中均能硬化、保持和发展强度。这类材料通称为水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。气硬性胶凝材料是非水硬性胶凝材料，只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展强度，如石灰、石膏和水玻

19、璃等。所以，气硬性胶凝材料一般适用于干燥环境中。5.3.3 水泥与胶凝材料水泥是粉状的水硬性无机胶凝材料，加水搅拌成浆体后水泥是粉状的水硬性无机胶凝材料，加水搅拌成浆体后能在空气或水中硬化，常用来将砂、石等散粒材料胶结成砂能在空气或水中硬化，常用来将砂、石等散粒材料胶结成砂浆或混凝土。浆或混凝土。水泥按用途及性能可分为三类。(1)通用水泥：一般土木建筑工程通常采用的水泥，如普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等。(2)专用水泥：如道路硅酸盐水泥等。(3)特性水泥：如快硬硅酸盐水泥等。水泥按其主要水硬性物质分为：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等。硅酸盐

20、水泥是指以粘土和石灰石为原料，经高温煅烧得到以硅酸钙为主要成分的熟料，加入0-5%的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料的统称，国际上统称为波特兰水泥。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称为型硅酸盐水泥，代号P ；掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为型硅酸盐水泥，代号P 。硅酸盐水泥的主要技术要求有细度、凝结时间、体积安定性、强度。细度比表面积要大于300m2/kg（勃氏法测定）。凝结时间初凝不早于45min，终凝不迟于390min。体积安定性用沸煮法检验来合格。强度各龄期强度不得低于GB175-92规定值。凡由硅酸盐水泥熟料、5-20%的混合材料及适量石膏磨细

21、制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。普通硅酸盐水泥的主要技术指标有：细度80um方孔筛余不得超过10%；凝结时间初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h；强度各龄期强度不得低于GB175-92规定值。混凝土混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂石作集料，与水和外掺剂（化学外加剂、矿物料）按一定比例配合，经一定的加工处理如搅拌、成型、养护后凝结硬化而形成的具有堆聚结构的复合材料。当采用的胶凝材料为水泥时就叫水泥混凝土，水泥混凝土是使用最多最广的一种混凝土，广泛应用于土木工程中。5.3.4 混凝土混泥土按其表观密度

22、来分，可以分成以下三种：重混凝土、普通混凝土、轻质混凝土。这三种混凝土不同之处就是骨料的不同。重混凝土是表观密度大于2600 Kg/m3，用特别密实和特别重的集料制成的，如重晶石混凝土、钢屑混凝土等。它们具有不透x射线和射线的性能，又称防辐射混凝土，常在核能工程中作屏蔽材料结构。普通混凝土表观密度为1950 2500 Kg/m3，集料为砂、石，常在土木建造工程中作承重结构。轻质混凝土表观密度小于1950Kg/m3，包括轻集料混凝土、多空混凝土（泡沫混凝土、加气混凝土）、大孔混凝土（普通大孔混凝土、轻骨料大孔混凝土）。轻集料混凝土的集料常有浮石、火山渣、陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀矿渣等。泡沫混凝土是

23、由水泥浆或水泥砂浆与稳定的泡沫制成的。加气混凝土是由水泥、水与发气剂制成的。大孔混凝土组成中无细集料，普通大孔混凝土是用碎石、软石、重矿渣作集料配制的，轻骨料大孔混凝土是用陶粒、浮石、碎砖、矿渣等作为集料配制的。 混凝土按胶凝材料不同可分为：无机胶凝材料混凝土。如水泥混凝土、石膏混凝土、硅酸盐混凝土、水玻璃混凝土等；有机胶凝材料混凝土。如沥青混凝土、聚合物混凝土等。按使用功能分类主要有：结构混凝土、保温混凝土、防水混凝土、耐火混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土等。按配筋方式分有：素(即无筋)混凝土、钢筋混凝土、纤维混凝土等。按混凝土拌合物的和易性分主要有干硬性混凝土、半干

24、硬性混凝土、塑性混凝土、流动性混凝土、高流动性混凝土、流态混凝土等。混凝土的主要技术指标主要有：混凝土拌合物的和易性、混凝土强度、变形及耐久性等。和易性又称工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均匀密实的混凝土的性能。和易性是一项综合技术指标，包括流动性（稠度）、粘聚性和保水性三个主要方面。强度是混凝土硬化后的主要力学性能，反映混凝土抵抗荷载的量化能力。混凝土强度包括抗压、抗拉、抗剪、抗弯、抗折等强度。混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。非荷载作用下的变形有化学收缩、干湿变形及温度变形等。水泥用量过多，在混凝土的内部易产生化学收缩而引起

25、微细裂缝。混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力等。耐火材料是指耐火度高于1 580 的无机非金属材料。耐火度指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下，抵抗高温作用而不软化熔倒的温度。5.3. 耐火材料耐火材料按耐火温度的高低分为普通耐火材（1580 1770）、高级耐火材料（1770 2000）和特级耐火材料（2000以上）。耐火材料按化学特性分为酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性耐火材料。此外，还有在特殊场合使用的耐火材料。酸性耐火材料以氧化硅为主要成分，常用的有硅砖和粘土砖。硅砖是含氧化硅94

26、%以上的硅质制品，其抗酸性炉渣侵蚀能力强，荷重软化温度高，重复煅烧后体积不收缩，甚至略有膨胀；但其易受碱性渣的侵蚀，抗热震性差。粘土砖以耐火粘土为主要原料，含有30 %46 %的氧化铝，属弱酸性耐火材料，抗热振性好，对酸性炉渣有抗蚀性。中性耐火材料以氧化铝、氧化铬或碳为主要成分。刚玉制品含氧化铝95 %以上是用途较广的优质耐火材料。铬砖以氧化铬为主要成分，对钢渣的耐蚀性好，高温荷重变形温度较低，抗热震性较差。碳质耐火材料有碳砖、石墨制品和碳化硅质制品，其热膨胀系数很低，导热性高，耐热震性能好，高温强度高，抗酸碱和盐的侵蚀。碱性耐火材料以氧化镁、氧化钙为主要成分，常用的是镁砖。镁砖含氧化镁80

27、%85 %以上，对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性，耐火度比粘土砖和硅砖高。在特殊场合应用的耐火材料有：（1）高温氧化物材料。如氧化铝、氧化铍、氧化钙、氧化镧、氧化锆等；（2）难熔化合物材料。如碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和硫化物等；（3）高温复合材料。如金属陶瓷、高温无机涂层和纤维增强陶瓷等。 耐火材料的物理性能包括结构性能、热学性能、力学性能、使用性能和作业性能。结构性能包括气孔率、体积密度、吸水率、透气度、气孔孔径分布等。热学性能包括热导率、热膨胀率、比热容、导温系数等。力学性能包括耐压强度、高温抗折强度、粘结强度、高温蠕变性等。使用性能包括耐火度、荷重软化温度、抗热震性、抗氧化性及抗水化性

28、等。作业性能包括塌落度、稠度、流动度、可塑性、粘结性、回弹性、凝结性、硬化性等。高分子材料是由相对分子量较高的化合物即高分子化合物所构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。高分子化合物的相对分子量高达104 107，它有许多不同于普通小分子化合物的特性，如高强度、高粘度、高弹性、高的硬度、高的韧性等。.高分子材料高分子材料按来源分为天然高分子材料、改性天然高分子材料、合成高分子材料。天然高分子化合物如棉、毛、丝、木材、麻等；改性天然高分子材料如赛璐珞等；合成高分子材料如酚醛树脂、聚乙烯、聚丙烯等。高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基

29、复合材料等。橡胶是一类线型柔性高分子聚合物，有天然橡胶和合成橡胶两种，其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。纤维分为天然纤维和化学纤维。天然纤维如蚕丝、棉、麻、毛等，化学纤维是指以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得的一类纤维。纤维具有次价力大、形变能力小、模量高等特点。塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要原料，再加入填料、增塑剂及其他添加剂制得。塑料的分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。高分子胶粘剂有天然粘胶剂与合成胶粘剂两种，应

30、用较多的是合成胶粘剂。高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质，辅以溶剂及其他各种添加剂制得。高分子涂料根据成膜物质不同，可以分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料，综合了原有材料的性能特点。分类原则 类型 特征和举例按受热时的特征热塑性塑料成分为热塑性树脂。可反复塑制，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等热固性塑料成分为热固性树脂。加工成型后为不熔状态，如酚醛、氨基塑料等。塑料的分类 5.4.1 塑料塑料是一种高分子化合物，是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成

31、。分类原则 类型 特征和举例按 应用 范围 及性 能特点通用塑料通用性强、用途广、产量大、价格低。主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，聚丙烯等。 工程塑料机械性能好、强度高，可以代替金属用作工程结构材料。如聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、氟塑料等。其他其他分类，分为通用、工程、耐高温和特种塑料四大类；或通用、工程和其他塑料三大类。我们通常所用的塑料并不是一种纯物质，它是由许多材料配制而成的。其中高分子聚合物(或称合成树脂)是塑料的主要成分。此外，为了改进塑料的性能，还要在聚合物中添加各种辅助材料，如填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂等。合成树脂是塑料的最主要成分，其在塑料中的含量一般在40 % 100

32、 %。由于含量大，而且其性质常常决定了塑料的性质，所以人们常把树脂看成是塑料的同义词。填料又叫填充剂，它可以提高塑料的性能如强度、耐热性等，并降低成本。填料可分为有机填料和无机填料两类。增塑剂可增加塑料的可塑性和柔软性，降低脆性，使塑料易于加工成型。增塑剂一般是能与树脂混溶，无毒无臭，对光和热稳定的高沸点有机化合物，最常用的是邻苯二甲酸酯类。为了防止合成树脂在加工和使用过程中受光和热的作用而分解或破坏，延长使用寿命，须在塑料中加入稳定剂。工业上广泛应用的热稳定剂大致包括铅盐类、金属皂类、有机锡类、有机锑类等主稳定剂和环氧化合物类、亚磷酸酯类、多元醇类等有机辅助稳定剂。光稳定剂主要包括二苯甲酮类

33、化合物、苯并三唑类化合物、水杨酸酯类化合物、取代丙烯腈类化合物和三嗪类化合物等。着色剂可使塑料具有各种鲜艳、美观的颜色。常用有机染料和无机颜料作为着色剂。润滑剂的作用是防止塑料在成型时不粘在金属模具上，同时可使塑料的表面光滑美观。常用的润滑剂有硬脂酸及其钙镁盐等。抗氧化剂的作用是防止塑料在加热成型或在高温使用过程中受热氧化而使塑料变黄、发裂等。除了上述助剂外，塑料中还可加入阻燃剂、发泡剂、抗静电剂等，以满足不同的使用要求。聚乙烯(PE)产品保鲜膜保鲜膜吹塑成型的聚乙烯薄膜无毒，化学稳定性好，适合做食品和药物的包装材料 常见的塑料 聚氯乙烯（PVC） 化学稳定性好，耐酸碱腐蚀，使用温度不宜超过6

34、0，在低温下会变硬。分为：软质塑料和硬质塑料酚醛树脂(PF)聚丙烯(PP)ABS塑料聚苯乙烯(PS)有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)尿醛塑料(电玉)聚四氟乙烯“塑料王”特氟龙 使用温度范围：-269.3250。 某些医院采用可溶解的塑料袋装放病人用过的衣被。清洗时可以直接放进洗衣机，洗衣袋能很快溶解在水里，避免了衣被中的病菌对洗涤人员的感染。可溶解的医用塑料洗衣袋可溶解的塑料袋可用聚乙烯醇制成。聚乙烯醇是用聚乙酸乙烯酯通过水解反应制得的。在不同的生产条件下制得的聚乙烯醇水溶性有差异，可以在不同场合使用。例如，手术时使用的缝合线，可以根据需要选择溶解时间长短不同的聚乙烯醇制品。森林中有一种高

35、大的乔木，叫作“三叶树”。如果用小刀在它的树皮上割开一个小口子，便会有牛奶似的树汁流淌出来。这种树汁，就是今天人们所熟悉的橡胶的最初来源。在印第安人的土语中，“橡胶”就是“树木的眼泪”的意思。 橡胶的来源5.4.2 橡胶天然橡胶天然橡胶合成橡胶合成橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶氯丁橡胶(主要成分是主要成分是聚异戊二烯聚异戊二烯) 通用橡胶通用橡胶特种橡胶特种橡胶橡胶橡胶橡胶的强化（加入碳黑），为了增加其耐磨性 橡胶硫化后，其柔韧性和弹性都会增大。橡胶的硫化氯丁橡胶丁苯橡胶硅橡胶合成橡胶5.4.3 涂料与胶粘剂涂料指涂布于物体表面能形成薄膜而起保护、装饰或其他特殊功能如绝缘、防锈、

36、防霉、耐热等的一类液体或固体材料。涂料的主要成分有：成膜物质、助剂、颜料、溶剂等。涂料的分类方法很多。（1）按涂料形态可分为：水性涂料、溶剂性涂料、粉末涂料、高固体分涂料等。（2）按成膜物质可分为：醇酸型、环氧型、丙烯酸酯型、聚氨酯型等。（3）按漆膜性能可分为：防腐漆、绝缘漆、导电漆、耐热漆等。（4）按施工方法可分为：刷涂涂料、喷涂涂料、辊涂涂料、浸涂涂料、电泳涂料等。（5）按施工工序可分为：底漆、中涂漆（二道底漆）、面漆、罩光漆等。（6）按功能可分为：装饰涂料、防腐涂料、导电涂料、防锈涂料、耐高温涂料、示温涂料、隔热涂料、防火涂料、防水涂料等。胶粘剂：能将同种或两种以上同质或异质的制件（或材

37、料）连接在一起，固化后具有足够强度的有机或无机的、天然的或合成的一类物质，统称为胶粘剂或粘接剂、粘合剂，习惯上简称为胶。胶粘剂有很多种。（1）热塑性胶粘剂如：纤维素酯、烯类聚合物（如聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯等）、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯等。（2）热固性性胶粘剂如：环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰-甲醛树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、酚醛-环氧树脂、环氧-聚酰胺等。（3）橡胶树脂型胶粘剂如：酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶等。纤维纤维天然纤维天然纤维化学纤维化学纤维人

38、造纤维人造纤维合成纤维合成纤维棉花棉花羊毛羊毛人造丝人造丝粘胶丝粘胶丝锦纶锦纶绦纶等绦纶等腈纶腈纶5.4.4 纤维根据其来源分成植物纤维、动物纤维和矿物纤维三类。棉、麻、丝、毛天然纤维化学组成主要性能棉纤维纤维素吸水性好，易干，穿着舒适，不起静电，不耐磨。蚕丝蛋白质吸水性好，手感柔和，有光泽，不起静电，不起球。羊毛蛋白质弹性强，隔热性、保暖性好，水洗后收缩，易起球。天然纤维的化学组成和主要性能 纤维皇后绒之王羊绒是一根根细而弯曲的纤维。羊绒纤维比羊毛细很多，外层鳞片也比羊毛细密、光滑，重量轻、柔软、韧性好 人造纤维：以天然高分子纤维素或蛋白质为原料，经过化学改性而制成的。如：粘胶纤维(人造棉)

39、、醋酸纤维(人造丝)等。 合成纤维：由合成高分子为原料，通过拉丝工艺获得纤维。如：聚酯(涤纶)、聚酰胺(尼龙、锦纶)等。化学纤维绸缎、人造棉、人造羊毛：通过人造纤维分别与蚕丝、棉纱和人造短丝混纺而制成。优点：柔软、轻飘舒适、美观、吸水性好、穿着舒适、不起静电、便宜。缺点：缩水大、湿强度小、弹性差、不耐碱、不耐洗，不耐穿等。 铜氨纤维：光泽柔和、手感柔软。人造纤维常见合成纤维：锦纶(尼龙)、涤纶(的确良)、腈纶(人造羊毛)、维纶、氯纶、丙纶。优点：强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀和不怕虫蛀等。缺点：吸水性和透气性不如天然纤维。合成纤维 涤纶(的确良)：聚酯纤维。优点：强度高、耐光、耐蚀、耐蛀、耐

40、磨、易洗、快干、挺括保型性好。缺点：吸湿性差、不透气、不易染色、导电性差、易起静电、易起球，易吸附灰尘。 用途：轮胎、帘子线、工业滤布、绳索等。 尼龙(锦纶)：聚酰胺纤维。优点：强度大、弹性好、耐磨、耐蚀、耐蛀。缺点：吸湿性差、耐光性差，不挺括。 用途：降落伞、渔网、弹力袜、混纺衣料等。 腈纶：聚烯烃类纤维。国外称“澳纶、开丝米纶) 优点：柔软、轻盈、保暖，有“人造羊毛”之称。比羊毛轻10%，强度却大2倍多。防蛀、耐光、不发霉。缺点：吸湿性差、不易染色、易起静电、易起球等。 用途：帐篷、炮衣、车篷、幕布、窗帘等户外织物等。合成纤维的性能和用途： 它们具有强度高、耐磨、弹性好和耐化学腐蚀等优点,

41、但吸水性和透气性不如天然纤维优良.除了供人类穿着外，在生产和国防上也有很多用途。 合成纤维与天然纤维的比较： 天然纤维合成纤维列举性质棉花、羊毛等 涤纶(的确凉)、锦纶、腈纶等 吸水性、透气 性好 强度高、弹性好、耐磨和耐化学腐蚀 5.4.5 功能高分子材料功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息等作用的高分子及其复合材料；或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴材料，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后涌现出的新材

42、料。近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10 %以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50 %。功能高分子材料按照功能来分类有：化学功能高分子材料、物理功能高分子材料、复合功能高分子材料、生物医药功能高分子材料等。（1）化学功能高分子材料如：离子交换树脂、螯合树脂、氧化还原树脂、高分子试剂、高分子催化剂、高分子增感剂等。（2）物理功能高分子材料如：高分子固态离子导体、高分子半导体、高分子压电体、高分子显示材料、高分子光致变色材料等。（3）复合功能高分子材料如：高分子吸附剂、高分子絮凝剂、高分子表面活性剂、高分子稳定剂、高分子功能膜和高分子功能电极等。（4）生物医药功能高分子材料

43、如：抗血栓、控制药物释放和生物活性材料等。高吸水性高分子是指能吸收相当于自身质量几百倍甚至上千倍的水，加压也难把水挤出来的一种特殊高分子材料。组成：通常是由天然高分子如淀粉、纤维素等与丙烯酸、苯乙烯磺酸接枝共聚而成的共聚物，或者是由聚乙烯醇与聚丙烯酸盐经过交联处理得到的聚合物。用途：可以做成吸水性制品，如“尿不湿”纸尿片；也常做成医用制品、保鲜包装材料等。 极具吸水性的高分子高吸水性高分子导电高分子是指能像铜、银、铝等金属那样导电的一类高分子材料。如聚乙炔、聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩和聚噻唑等。用途：生产塑料电池，作为计算机的辅助电源和手提式工具的电源；用来制造汽车的车窗玻璃，自动抵挡强烈照射的太阳光；作为电磁防护材料，对电磁干扰进行屏蔽。能导电的高分子导电高分子医用高分子是指化学结构和物理性能与人体器官组织十分相似的一类高分子材料。常用它们制成各种人体器官植入体内，从而部分或全部取代有病的人体器官，因而成为现代医学的重要支柱材料。作为医用高分子材料的必要条件：