《工程材料及其成型技术》第5章、非金属材料ppt课件

1、第 五 章 非金属资料yu复合资料1.教学要求 了解塑料、陶瓷、复合资料的组织性能特点及其运用。2.教学时数 2 学时. 塑料 橡胶 高分子资料 粘结剂 合成纤维非金属资料 陶瓷资料 金属-金属复合资料 复合资料 非金属-非金属复合资料 金属-非金属复合资料.5.1.高分子资料 5.1.1.高聚物的构造 1. 根本概念 (1) 单体 组成高分子化合物的低分子化合物，是合成高分子的资料。 如：低分子乙烯 CH2=CH2单体组成聚乙烯 (2) 链节 构成高分子链的根本构造单元. (3) 聚合度 即，高分子所含链节的数目n. 由此，大分子链的分子量M=链节的分子量m与聚合度n的乘积。 即 M=mn

2、.2、大分子链的几何形状 (1) 线型构造 分子链呈细长条状，通常卷曲成不规那么的线团，受拉时可伸展成直线。 特点：分子链间没有化学键，易挪动，可溶可熔。 高聚物的构造表示图 .2支链型构造 在高分子主链上带有一些小支链，整个分子链呈树枝状。3体型构造 大分子链之间经过支链或化学键衔接成网状构造。 特点：构造稳定，不溶不熔，塑性低，脆性大。高聚物的构造表示图 .(1)单键的内旋转 分子链的主链在坚持键长和键角不变的情况下可以恣意旋转的景象。 (2)大分子链的柔顺性 由于内旋转，大分子链形状频繁变化 引起大分子不同程度卷曲，伸展的特性。 大分子内旋转表示图3. 大分子链的构象及柔顺性.4.高聚物

3、的聚集态构造 聚集态构造 大分子链之间的几何陈列方式和堆砌形状。 性能 结晶使分子间作用力增大，因此使高聚物的密度、熔点、耐热性、强度、硬度等性能升高，而依赖分子链运动的有关性能，如弹性，塑韧性下降。高聚物晶区和非晶区表示图 根据陈列有序度划分: 晶态构造聚集态构造 无定形构造.5.1.2 高分子资料的性能 1、强度低、比强度高 2、粘弹性 高聚物在外力作用下，同时发生高弹性变形和粘性流动，其变形与时间有关的景象称为粘弹性。 (1)蠕变 (2)应力松弛 (3)内耗 变形速度跟不上应力变化速度，出现应变滞后机械能转化为热能的景象称为内耗 . 3、耐磨减摩 4、物理性能 绝缘、隔热、导热系数仅为金

4、属的 吸音、隔音、消震。 低耐热性，高热膨胀性。 5、化学性能 耐腐蚀。 .5.1.3.工程塑料 1、塑料的组成 树脂：40-90% 主体、命名的根据 填料：改善性能，降低本钱，占550 % ， 如石棉耐热， 石墨耐摩 增塑剂: 添加树脂塑性和柔韧性。例、聚氯乙烯增塑剂不同可制成硬管，软人革，泡沫塑料。 其它： 固化剂、稳定性、着色剂、阻燃剂、防老化剂等。.2、塑料的分类： (1)按热性质可分为 A 热塑性塑料： 常温下是固体、受热熔融、可反复重塑 如聚乙烯、聚丙烯、尼龙 B 热固性塑料： 固化剂成型，不熔不溶 如环氧塑料，酚醛塑料等。 (2)按功能可分为 通用塑料和工程塑料 .热塑性塑料与热

5、固性塑料类别典型塑料及代号特 征热塑性塑料聚氯乙烯PVC聚乙烯PE聚丙烯PP聚酰胺PA缩醛塑料POM聚碳酸脂PC线型高分子树脂，能溶于有机溶剂，加热可软化，易于加工成形，并能反复塑化成形。这类塑料普通机械强度较高，成形性能良好热固性塑料酚醛塑料PF氨基塑料UF有机硅塑料SI环氧树脂EP网型高分子树脂，固化后重新加热不再软化和熔融、亦不溶于有机溶剂，不能反复成形与再生运用。这类塑料普通具有较高的耐热性与刚性，但脆性大.4. 塑料的运用-通用塑料PVC花园管PVC软门帘PE波纹管PVC拉边袋PE食品包装PE药品包装加强聚丙烯离心泵聚丙烯油墨.通用塑料与运用聚苯乙烯板尼龙12挤管聚丙烯编织袋.工程塑

6、料运用例如制笔业用塑料配件杜邦工程塑料制品.聚酰胺运用例如聚酰胺PA运用例如.ABS运用例如ABS插座、电器外壳.聚碳酸酯PC运用例如汽车仪表板，挡泥板，电开工具，手机外壳，电脑外壳，大型薄壁制件.5.3 工业橡胶及其运用 5.3.1 橡胶分类、组成、性能橡胶分类 按来源分 按用途分橡胶组成橡胶性能 天然橡胶聚异戊二烯 合成橡胶合成高分子物质 通用制造轮胎、保送带、胶管、胶板等 特种用于高温、低温、酸、碱、油和辐射介质条件下生胶配合剂硫化剂、增塑剂、填充剂、防老化剂等高的回弹性 可挠性、良好的耐磨性、电绝缘性、耐腐蚀性隔音、吸震以及与其它物质的粘结性 .常用橡胶的代号.汽车上的橡胶制品汽车底盘

7、用橡胶件真空助力密封件转向系统橡胶件 橡胶占汽车用资料总分量的5%，每辆汽车需橡胶件400-500个。汽车上大量运用的氟橡胶、硅橡胶、丙烯酸酯橡胶等高档橡胶和耐热.轮胎车门窗密封条雨刮器衔接软管密封件防振件传动件衬垫类液压制动缸中的皮碗风扇皮带.常用橡胶天然橡胶 NR 1、天然橡胶NR 以橡胶烃聚异戊二烯为主。 弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳，易与其它资料粘合，综合性能优于多数合成橡胶。缺陷是耐氧和耐臭氧性差，容易老化蜕变；耐油和耐溶剂性不好，抗酸碱的腐蚀才干低，耐热性不高。运用温度范围：约6080。特别适用于制造扭振消除器、发动机减震器、机器支座、橡

8、胶金属悬挂元件、膜片、模压制品。橡胶弹簧.丁苯橡胶SBR2、丁苯橡胶SBR 丁二烯和苯乙烯的共聚体。 性能接近天然橡胶，是目前产量最大的通用合成橡胶，优点：耐磨性、耐老化和耐热性超越天然橡胶，质地也较天然橡胶均匀。缺陷：弹性较低，抗屈挠、抗撕裂性能较差；加工性能差，特别是自粘性差、生胶强度低。运用温度范围：约50100。 主要用以替代天然橡胶制造轮胎、胶板、胶管、胶鞋及其他通用制品。 .3、顺丁橡胶BR 由丁二烯聚合而成的顺式构造橡胶优点：弹性与耐磨性优良，耐老化性好，耐低温性优良，在动态负荷下发热量小，易于金属粘合。缺陷：强度较低，抗撕裂性差，加工性能与自粘性差。运用温度范围：约60100。

9、 普通多和天然橡胶或丁苯橡胶并用，主要制造轮胎胎面、运输带和特殊耐寒制品。 .由异戊二烯单体聚合而成的顺式构造橡胶。 化学组成、立体构造、性能与天然橡胶类似，故有合成天然橡胶之称。具有天然橡胶的大部分优点，耐老化优于天然橡胶，弹性和强力比天然橡胶稍低，加工性能差，本钱较高。运用温度范围：约50100 可替代天然橡胶制造轮胎、胶鞋、胶管、胶带以及其他通用制品。汽车橡胶制件4、异戊橡胶 IR.5、丁晴橡胶NBR 丁二烯和丙烯晴的共聚体。优点：耐汽油和脂肪烃油类的性能特别好，仅次于聚硫橡胶、丙烯酸酯和氟橡胶，而优于其他通用橡胶。耐热性好，气密性、耐磨及耐水性等均较好，粘结力强。缺陷：耐寒及耐臭氧性较

10、差，强力及弹性较低，耐酸性差，电绝缘性不好，耐极性溶剂性能也较差。运用温度范围：约30100。 主要用于制造各种耐油制品，如胶管、密封制品等。 橡胶垫圈.6、硅橡胶Q主链含有硅、氧原子的特种橡胶，硅元素起主要作用。 优点：耐高低温最低100，目前最好的抗寒耐高温橡胶；电绝缘性优良，对热氧化和臭氧的稳定性很高，化学惰性大。缺陷：机械强度较低，耐油、耐溶剂和耐酸碱性差，较难硫化，价钱较贵。运用温度：60200。 用于制造耐高低温制品、耐高温电线电缆绝缘层，由于其无毒无味，还用于食品及医疗工业。各种硅橡胶制品.7、氟橡胶FPM由含氟单体共聚而成。 优点：耐高温达300，耐酸碱，耐油性最好，抗辐射；电

11、绝缘性、机械性能、耐化学腐蚀性、耐臭氧、耐大气老化性均优良。缺陷：加工性差，耐寒性差，弹性透气性较低，价钱昂贵。运用：运用温度范围：20200。 主要用于制造飞机、火箭上的耐真空、耐高温、耐化学腐蚀的密封资料、胶管或其他零件及汽车工业。氟橡胶圈.5.2.1.陶瓷的组织构造 陶瓷是由金属和非金属的无机化合物所构成的多晶多相固体资料，是无机非金属资料的总称。其显微组织可归纳为三种相， 陶瓷显微组织示图.1.晶相 陶瓷的主要组成相。由某些固溶体或化合物组成。增大晶相比例和细化晶粒可提高陶瓷强韧性。 晶相构造以硅酸盐构造和氧化物构造为主，还有部分C、N、B的化合物.硅酸盐构造表示图部分 .2.玻璃相

12、陶瓷在烧结过程不能成晶体的非晶态物质。 性能 熔点低，热稳定性差，力学性能低于晶相,应控制在2040范围内。3.气相 分布于陶瓷玻璃相中的气孔，约占510。性能 各种性能降低，但能提高通气性，减轻分量. 经过调整三相比例，可以控制陶瓷的质量和性能。 .5.2.2 陶瓷的性能 1、力学性能 结合力强，弹性模数E大，硬度高，强度低，脆性大 提高强度途径： 1细，密，匀，纯； (2外表强化，如电镀，喷涂 3复合强化 2、理化性能 熔点高，高温强度高，如SiC可耐1300，耐蚀、绝缘 .5.3.2 工程构造陶瓷 1.传统陶瓷 成分： 石英SiO2： 耐熔的骨架成分 粘土： 提供可塑性，保证成型 长石：

13、 助溶剂 2.特种陶瓷 1氧化铝陶瓷 以Al2O3为主晶相，Al2O3含量越高，性能越高 强度较高=250Mpa、硬度高，耐热、耐蚀 运用：发动机的耐热零件， 如火花塞、工模具等耐磨件 .2氮化硅陶瓷 以Si3N4为主晶相， “像钢一样强、金刚石一样硬、铝一样轻 热压烧结Si3N4 ： Si3N4粉为原料+添加剂 高温、高压下烧结成型 加工较困难，用于制造外形简单的 耐磨耐热零件和刀具. 反响烧结Si3N4 ： Si粉或Si+ Si3N4粉压制成型后渗氮处置，直到全部构成氮化硅。 易加工，性能优良，用于制造外形复杂且尺寸精度高的耐热、耐蚀、耐磨制品。 Sialon陶瓷Si3N4+少量Al2O3

14、， 据称是强度最高的陶瓷。.3碳化硅陶瓷以SiC为主晶相。也可分为热压烧结和反响烧结两类。特点：高温强度高， 可耐1600-1700。运用：高温构造制品. 4氮化硼陶瓷 以BN为主晶相，六方构造石墨构造俗白石墨，耐热性、导热性、绝缘性、耐蚀性高，硬度稍低，可切削加工。 运用：高温绝缘制品，散热资料。5金属陶瓷 见5.1 粉末冶金资料。 .5.3 复合资料 复合资料是指由两种或两种以上不同性质的资料，经过不同的工艺方法人工合成的多相资料。 一、复合资料的分类 二、复合资料的组成 三、加强复合原那么 四、复合资料的运用钢丝网骨架塑料聚乙烯复合管.复合资料分类、特性复合资料 由两种或两种以上性质不同

15、的物质组成的多相资料复合资料分类复合资料特性 纤维加强复合资料粒子加强复合资料层叠复合资料 树脂基复合资料陶瓷基复合资料金属基复合资料 1、比强度和比模量高 2、破损平安性好 3、疲劳强度较高4、高温性能良好 5、减振性良好 .5.3.2.复合资料的组成1、加强资料强度较高的资料1纤维加强资料 玻璃纤维：SiO2为主要原料熔融拉丝制成的纤维。 碳 纤 维：密度1.72g/cm3 比钢小四倍， 比强度比钢大16倍。 硼 纤 维： 芳伦纤维：芳香族聚酰胺类纤维。 晶 须：金属晶须、陶瓷晶须。 .2 颗粒加强资料陶瓷颗粒 Al2O3、SiC、Si3N4、WC、TiC。特殊性能填料： 石墨、碳墨、MoS2耐磨、光滑银粉、铜粉导电 Fe2O3磁粉导磁2、基体资料低强度资料 有色金属、树脂、陶瓷.5.3.3.加强复合原那么 1、加强体与基体，应防止降低强度的化学反响； 2、加强体与基体的热膨