工程材料化学

第10章工程材料化学3课时教学目标及基本要求1.了解高聚物的一些基本概念，命名。2.了解高聚物的一些基本结构和基本特性及其相互关系。3.了解若干重要有机高聚物(如工程材料,合成橡胶,有机胶粘剂等)的特性。4.了解润滑油的组成、性能和工业质量要求。5.了解建筑用胶凝材料的组成、性质及凝结硬化特点。教学重点有机高分子材料教学难点高分子链的柔顺性、高分子的力学状态本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题教学方式（手段）：课程教学和音像教材；教学过程中要重点突出非晶态聚合物的温度-形变曲线，讲清楚玻璃态、高弹态、粘流态三态及玻璃化温度、粘流化温度；塑料、橡胶在室温下的状态；分子的柔顺性。主要教学内容第10章工程材料化学

Chapter10EngineeringMaterialChemistry10.1重要金属及合金材料10.1.1铝及铝合金铝是一种银白色有光泽的金属，密度2.7g·cm-3，熔点660℃。它具有良好的延展性和导热、导电性，能代替铜用来制造电线、高压电缆、发电机等电器设备。铝虽然是活泼金属，但在空气中其表面很快会覆盖一层致密的氧化膜，使铝不能进一步同氧和水作用因而有很高的稳定性，这就使铝成为一种有用的金属构件。铝合金中常用的合金元素有硅、铜、镁、锌、锰及稀土元素。也有用到钛、铁、铬的。这些合金元素在固态铝中的溶解度一般是有限的，故铝合金的结构除固溶体外，还可能形成金属化合物和机械混合物。铝合金轮圈10.1.2钛及钛合金金属钛具有银白色光泽，熔点高（1600℃），密度小（4.5g·cm-3），比钢轻（钢的密度为7.9g·cm-3），但机械强度可与钢媲美，而且不会生锈。钛比铝重不到两倍，强度比铝大三倍，且耐热性能远优于铝。钛的表面容易形成一层致密的氧化物保护膜，使钛具有优异的抗腐蚀性。特别是对海水的抗腐蚀性很强，超过其他的金属材料。钛在室温下不与无机酸反应，在碱溶液和大多数有机酸中抗蚀性也很高，但能溶于热盐酸和热硝酸中，且能溶解于任何浓度的氢氟酸和含有氟离子的酸中。钛合金的性能比金属钛更优异，其突出的特点表现在：1)比强度高。2)耐腐蚀性强。3)高、低温的力学性能好。钛及钛合金管10.1.3钒及钒的应用钒的熔点高（1910℃），塑性好，有延展性，比较容易加工成板材、箔材和丝材。钒还具有较高的冲击性、良好的焊接性和传热性。钒的耐腐蚀性能好，对海水、碱溶液、有机酸、无机酸均有较好的抗蚀性能。在沸腾的10％硫酸溶液中，钒的耐腐蚀能力为钛的73倍，不锈钢的229倍，可用作船舶的结构材料和化学容器、无缝薄壁管等材料。钒主要应用于钢铁工业，有色金属合金及化学工业。目前世界上生产的钒90％以上用于钢铁工业，它具有脱去钢中的氧和氮、细化钢的晶粒以及提高钢的再结晶温度的作用，因而能改善钢的性能。钒通常以钒铁的形式或与其他元素（如锰、铬、钨、钼等）相配合，以中间合金形式加入钢中，用于生产高强度低合金钢、高速钢、工具钢、不锈钢及永久磁铁等。五氧化二钒10.1.4铜及铜合金铜的密度为8.92g·cm-3，熔点1083℃，有较高韧性和延展性，可轧成薄膜或拉成细丝。铜的导电性仅次于银居第二位，大量用于制造电机、电线和电讯设备等。铜合金是以铜为主体，添加适量的其他合金元素而制成的。铜合金具有良好的高温及低温加工性，良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，应用十分广泛。铜及其合金的应用范围仅次于钢铁，在有色金属中其产量和耗用量仅次于铝居第二位。

铋系高温超电导线10.2.4光导纤维与激光材料（1）光导纤维光导纤维简称光纤，是近几十年来蓬勃发展起来的新型材料。光纤的中心是用高折射率的超纯石英或特种光学玻璃拉制成的晶莹细丝，称纤维芯。纤维芯的外皮是一层低折射率的玻璃或塑料制成的纤维皮。光纤具有传导光波的能力。光纤的纤维芯是一种光密介质，外皮是一种光疏介质。当光线进入纤维芯，就只能在纤维芯内传播（全反射），经无数次全反射，呈锯齿形向前传播，最后到达纤维芯的另一端，这就是光纤传递信号的原理。如图10－1所示。图10-1光导纤维的基本原理光纤产品（2）激光材料激光是利用受激辐射原理，在谐振腔内振荡出的一种特殊光。它同普通光相比，具有良好的单色性、相干性和高亮度的特点，在科学技术上有着广泛的用途。用于生产激光的材料叫做激光工作物质，有固体、气体和液体三种，我们着重介绍固体激光材料。固体激光工作物质包括两个组成部分：激活离子（真正产生激光的离子）和基质材料（传播光束的介质）。形成激活离子的元素有三类：第一类是过渡元素如锰、铬、钴、镍、钒等；第二类是大多数稀土元素如钕、钬、镝、铒、铥、镱、镥、钆、铕、钐、镨等；第三类是个别的放射性元素如铀。目前应用最多是的Cr3+和Nd3+。基质材料有晶体和玻璃，每一种激活离子都有其对应的一种或几种基质材料。激光晶体（掺钇钕铝石榴石）10.2.5纳米材料材料绝大多数是固体物质，它的颗粒大小一般在微米数量级，一个颗粒包含着无数原子和分子，这时材料显示的是大量分子的宏观性质。当用特殊的方法把颗粒尺度加工到纳米数量级大小，则一个纳米级颗粒所含的分子数大为减小，这种由颗粒尺度为纳米数量级（1～100nm）的超细微颗粒组成的固体材料称为纳米材料。纳米材料熔点低，例如金的熔点是1064℃，而纳米金的熔点只有330℃，降低了近700℃；又如纳米级银粉的熔点由金属银的962℃降低为100℃。纳米金属熔点的降低不仅使低温烧结制备合金成为现实，还将为不互熔金属冶炼成合金创造条件。纳米材料的表面积大，表面活性高，可制造各种高性能催化剂。例如，Ni或Cu—Zn化合物的纳米颗粒对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或钯催化剂；纳米铂黑催化剂可使乙烯氢化反应的温度从600℃降至室温；利用纳米镍粉作火箭固体燃料反应触媒，燃烧效率可提高100倍。此外其催化的反应选择性还表现出特异性，如用硅载体镍催化剂对丙醛的氧化反应表明，镍粒直径在5nm以下时，反应选择性发生急剧变化，醛分解反应得到有效控制，生成酒精的转化率急剧增大。纳米碳管10.3有机高分子材料10.3.1高分子化合物概述

（1）高分子的基本概念

高分子化合物——相对分子量特别大的一类化合物，简称高分子或聚合物

高分子化合物的分子比低分子化合物的分子要大得多，一般有机化合物的相对分子质量为几十或几百，而有机高分子化合物的相对分子质量可自几万至几十万、几百万、甚至上千万。例如，通常聚氯乙烯的相对分子质量为5～15万，丁苯橡胶的为15～20万等。高分子化合物的相对分子质量虽然很大，但组成并不复杂，它们的分子往往都是由特定的结构单元通过共价键多次重复连接而成的。

低分子化合物高分子化合物

原子数目：几个~几十个几千~几万或几十万

相对分子质量：＜1000104~106

分子大小：较小很大，长度102~104nm

组成：聚氯乙烯简写：

基本概念:链节——重复的结构单元

聚合度n——链节的数目

单体——合成高分子所用的低分子原料

高分子的相对分子量:

Mr=n×m

m——链节的分子量

例：聚氯乙烯m=62

当n=2500

则Mr=2500×62=155000

同一种高分子化合物的分子链所含的链节数并不相同，所以高分子化合物实质上是由许多链节结构相同而聚合度不同的化合物所组成的混合物。因此，实验测得的高分子化合物的相对分子质量和聚合度实际上都是平均值，这也是与低分子化合物的明显不同之处。

（2）分类及命名

1）分类

聚合物的种类已上千种，且仍在不断增加。为便于了解和研究已建立了多种分类法，常见的分类法如下：按主链结构分类

①碳链聚合物主链完全由碳原子组成的聚合物。绝大多数烯类和二烯类的聚合物均属此类。

②杂链聚合物主链除碳原子外，还含有氧、氮、硫等杂原子，如聚醚、聚酰胺等聚合物。

③元素有机聚合物主链中无碳原子，而是由硅、硼、铝与氧、氮、硫、磷等原子组成，但侧基是由甲基、乙基、乙烯基、芳基等有机基团组成的聚合物。例如：

如果主链和侧基均无碳原子，则称为无机高分子化合物。按聚合物的热行为分类

热塑性聚合物：加热变软，冷却变硬。

热固性聚合物：加热时，其化学结构发生变化，形成不溶解、不熔化的固体。按性能和用途分类

高聚物主要用作材料，因此，可按所制得的材料的性能和用途不同，将它们分为塑料、橡胶、纤维、胶粘材料，以及功能高分子(如离子交换树脂)等。

2）命名

高分子化合物有以结构为基础的系统命名法，虽较严格但太繁琐，尤其对结构较复杂的高分子化合物很少使用。目前通用的命名有下列两种。按原料单体或聚合物的结构特征命名

①在单体名称前面冠以“聚”字，如大多数烯类单体形成的聚合物。

也有以聚合物的结构特征的名称结合单体名称来命名的。例如，由己二酸与己二胺合成的高聚物称为聚己二酰己二胺(HN(CH2)6NH－CO(CH2)4CO。由己二醇与对苯二甲酸合成的高聚物称为聚对苯二甲酸乙二醇酯(CO－－CO－O－(CH2)2O。

②在单体名称(或简单地自单体名称中取一、二个字作简称)后面加“树脂”、“橡胶”或共聚物。例如，由苯酚和甲醛合成的树脂简称酚醛树脂；由丁二烯与苯乙烯合成的橡胶简称丁苯橡胶。由苯乙烯、丁二烯与丙烯腈合成的聚合物称为苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物。按商品名命名

商品名是为简化命名或商品需要而产生的。例如，它将聚甲基丙烯酸甲酯命名为有机玻璃；将聚己二酰己二胺命名为尼龙-66，尼龙代表聚酰胺，尼龙后的数字中，前一个数字表示单体二元胺的碳原子数，后一个数字表示单体二元羧酸的碳原子数。用商品名命名，在纤维类高聚物中用得十分普遍。我国习惯以“纶”作为合成纤维商品名的后缀，如涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维)、氯纶(聚氯乙烯纤维)等。

此外，为解决聚合物名称冗长，读写不便，可对常见的一些聚合物采用国际通用的英文缩写符号。例如，聚氯乙烯用PVC(polyvinylchloride)表示等。10.3.2高分子化合物的结构

高聚物的许多特性如塑性、弹性、机械性能、电绝缘性、化学稳定性等，都与其结构有着密切的关系。

（1）高分子链的结构

高聚物按其分子形状不同可分为链型(包括带支链的)聚合物和体型聚合物两大类，

线型（支链型）

许多链节相互连成一个很长的分子链，分子链柔顺，易卷曲，弹性好，塑性好，具有溶熔性。

如：合成纤维、聚乙烯、聚丙烯、聚酯等。

体型:线型与支链型之间以化学键联接而成，具有空间网状结构，弹性、塑性差，不具有溶熔性。

如：酚醛树脂、环氧树脂、离子交换树脂等。（2）高分子链的柔顺性

线型的高聚物除了分子链可以运动外，分子链中以单键(σ键)相连的相邻两链节之间还可以保持一定的键角而旋转，因此，一个分子链在无外力作用时会有众多的分子空间形态，而呈伸直状的极少，绝大部分为卷曲状。若作用以外力时，分子链的形态会引起改变，同时引起物体外形的改变。但当外力去除时，又能藉链节的旋转而恢复其卷曲形态。高分子链这种强烈卷曲的倾向称为(分子)链的柔顺性，它对高聚物的弹性和塑性等有重要影响。

主链中含有孤立双键时，分子链的柔顺性比不含双键时更好。

主链中含有一定数量的芳香杂环时，由于芳香杂环不能内旋转，分子链的柔顺性就很差。

含共轭双键的大分子链使长链不能内旋转，因而呈现极大的刚性。

高分子链有侧基时，其柔顺性下降。侧基大小及对称性都对柔顺性有影响。

温度越高，分子柔顺性越好。

(3)高分子化合物的力学状态

结晶度

固态高聚物按其分子链在空间的堆砌情况不同而分为晶态与非晶态。晶态高聚物中，分子链作有规则的排列；非晶态高聚物中，分子链的堆砌是无规则的。但一般的所谓晶态高聚物只能部分结晶；有结晶区，同时还有非晶区，即具有两相共存的特殊结构，并且每一个高聚物的分子链可贯穿好几个结晶区和非晶区。通常用结晶度作为结晶部分含量的量度。

高聚物的结晶度依高聚物的种类、结晶条件等不同而异。结晶度的大小是影响高聚物及材料的机械强度、密度、耐热、耐溶剂(溶解性)等性能的重要因素。

对称整齐的分子链有利于周期性的有序堆砌，形成结晶区，例如，聚乙烯、聚四氟乙烯，其链节结构对称，结晶度往往很高，其中聚乙烯的结晶度可高达95%。

一般高聚物的结晶度只有50%左右，例如乙烯类聚合物CH2-CHRn中，随R(可为－CH2、－等)在空间的排列方式不同，就会导致聚合物链的立体构型不同，从而改变了结晶度，带来性质上的差异。非晶态聚合物的温度-形变曲线

当温度较低时，由于分子热运动的能量很低，尚不足以使分子链节②或整个分子链产生运动，此时高聚物呈现如玻璃体状的固态，称为玻璃态。常温下的塑料一般处于玻璃态。

当温度升高到一定程度时，链节可以较自由地旋转了，但高聚物的整个分子链还是不能移动。此时在不大的外力作用下，可产生相当大的可逆性形变，当外力去除后，通过链节的旋转又恢复原状。而在外力作用下所产生的这种形变可能达到一个很大的数值，表现出很高的弹性，所以此温度下高聚物的形态称为高弹态。常温下的橡胶就处于高弹态。

当温度继续升高时，高聚物得到的能量足够使整个分子链都可以自由运动，从而成为能流动的粘液，其粘度比液态低分子化合物的粘度要大得多，所以称为粘流态。此时，外力作用下的形变在除去外力后，不能再恢复原状，所以又称为塑性态。塑料等制品的加工成型，即利用此阶段软化而可塑制的特性。室温或略高于室温时处于粘流态的聚合物，通常用作胶粘剂或涂料(如聚醋酸乙烯酯)。

由高弹态向玻璃态转变的温度称为玻璃化温度，用Tg表示。由高弹态向粘流态转变的温度称为粘流化温度，用Tf表示。T是高聚物的一项重要性质，它的高低不仅可确定该高聚物是适合作橡胶或是适合作塑料，而且还能显示材料的耐热、耐寒性能。

通常将Tg高于室温的高聚物称为塑料；将Tg低于室温的高聚物称为橡胶。塑料要求在室温下保持固定的形状，因此，用作塑料的高聚物Tg要高；可是作为橡胶，Tg与Tf之间温度的差值决定着橡胶类物质的使用温度范围，Tg越低、Tf越高，则橡胶的耐寒性与耐热性越好，性能越优良。10.3.3高分子化合物的性能

（1）机械性能

1）相对分子质量的影响

高聚物的平均相对分子质量(或平均聚合度)的增大，有利于增加分子链间的作用力，可使拉伸强度与冲击强度等有所提高。当相对分子质量超过一定的数值后，不但拉伸强度变化不大，而且会使Tf升高而不利于加工；而冲击强度有时仍可继续增大，如一种平均相对分子质量约5×106的聚乙烯，其冲击强度和耐磨性约可达尼龙-66的五倍。

2）结晶度的影响

一般说来，在结晶区内分子链排列紧密有序，可使分子链之间的作用力增大，机械强度也随之增高。纤维的强度和刚性通常比塑料、橡胶都要好，其原因就在于制造纤维用的高聚物，特别是经过拉伸处理后，其结晶度是比较高的。结晶度的增加也会使链节运动变得困难，从而降低了高聚物的弹性和韧性，影响其冲击强度。

3）极性的影响

高聚物分子链中含有的极性取代基或链间能形成氢键时，都可因增加分子链之间的作用力而提高其强度。例如，聚氯乙烯因含极性基团－Cl，其拉伸强度一般比聚乙烯的要高。又如，在聚酰胺的长链分子中存在着酰胺键(－CO－NH－)，因此，分子链之间通过氢键的形成增强了作用，使聚酰胺显示了较高的强度。

4）主链结构的影响

主链含苯环等的高聚物，其强度和刚性比含脂肪族主链的高聚物的要高。因此，新型的工程塑料大都是主链含芳环、杂环的。例如，芳香尼龙

引入芳环、杂环取代基均会提高高聚物的强度与刚性，例如聚苯乙烯的强度和刚性通常都超过聚乙烯的。

(2)电学性能

高聚物按其结构对称性的不同，可以分为非极性的和极性的两类。非极性高聚物是指分子链中链节结构对称的高聚物，如聚乙烯、聚四氟乙烯等。极性高聚物是指分子链中链节结构不对称的高聚物，如聚氯乙烯、聚酰胺等。

对于直流电来说，由于高聚物内部一般没有自由电子和离子(或只有很少的自由电子或离子)，绝大多数具有较好的电绝缘性，且差别甚微。但对交流电而言，极性高聚物由于极性基团或极性链节会随着交变电场的方向发生周期性的取向而可以导电。这就是说，高聚物的电绝缘性与其极性有关。一般说来，高聚物的极性越小，则其电绝缘性越好。通常可按其链节结构与电绝缘性能的不同，分为下列几种情况：

1)非极性高分子

对直流电和交流电的绝缘性能均很好。

例：聚四氟乙烯中，C－F键虽有相当大的极性，但由于整个链节结构的对称，使键的极性相互抵消，所以聚四氟乙烯是非极性高聚物，可用作高频率的电绝缘材料(电介质)。

2)极性高分子

对直流电是绝缘的，但对交流电而言，极性高聚物由于极性基团或极性链节会随着交变电场的方向发生周期性的取向，具有一定的导电性。

如聚氯乙烯、聚酰胺、酚醛树脂等，具有极性，可根据其极性的大小，用作低频率或中频率的电绝缘材料。例如，酚醛树脂、脲醛树脂、聚乙烯醇等强极性高聚物可用作低频率的电绝缘材料，而聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺等极性高聚物则可用作中频率的电绝缘材料。

3）含共轭双键的高分子

例：聚乙炔—CH=CH—CH=CH—CH=CH—n

此类高分子具有一定的导电性。

（3）高分子化合物的老化与防老

高聚物的老化可归结为链的交联和链的裂解，或简称交联和裂解。裂解又称为降解(指大分子断链变为小分子的过程，)，它使高聚物的聚合度降低，以致变软、发粘，丧失机械强度。例如，天然橡胶易发生氧化而降解，使之发粘。老化通常以降解反应为主，有时也伴随有交联。交联可使链型高聚物变为体型结构，增大了聚合度，从而使之丧失弹性，变硬发脆。例如，丁苯橡胶等合成橡胶的老化以交联为主。

在引起高聚物老化的诸因素中，以氧、热、光最为重要。通常又以发生氧化而降解的情况为主，且往往是在光、热等因素影响和促进下发生的。

1)交联反应——在分子链之间形成化学键，使大分子从线型结构转变成体型结构的过程。

2）裂解反应（降解反应）——指大分子断链变为小分子的过程。

一般含双键或羟基、醛基等易氧化的基团的高聚物，易与氧气或其他氧化剂反应而降解。主链中含有双键的高聚物在室温下即可被氧化，加热则更加速了氧化。例如，天然橡胶、顺丁橡胶等便属于此类情况。天然橡胶与氧气发生的裂解反应可简单表示如下：为了延缓光、氧、热对高聚物的老化作用，通常可在高聚物中加入各类光稳定剂、抗氧剂(芳香族胺类如二苯胺－NH－和酚类等)、或热稳定剂(如硬脂酸盐等)。10.3.4重要的高分子材料工程塑料

聚甲醛POM，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene)，聚四氟乙烯

体型高聚物的分子链被化学键牢固地交联着,很难变形。因此，当温度改变时,不会出现粘流态，交联程度大的甚至不出现橡胶态,而只呈玻璃态。

合成橡胶

丁苯橡胶SBR,丁腈橡胶NBR,硅橡胶

合成纤维

合成胶粘剂(Syntheticadhesive)

环氧树脂胶粘剂,聚氨酯胶粘剂,丙烯酸胶粘剂,聚醋酸乙烯胶粘剂,合成橡胶胶粘剂(1)工程塑料塑料以合成树脂为主要成分，一般含有添加剂，经加热、加压而成型，在平常条件（室温、101.325kPa）下能保持固定形状的材料。树脂是塑料中能起粘结作用的成分，也叫做粘料。它主要决定着塑料的类型（热塑性或热固性）和性能（物理性能、化学性能和电性能）。添加剂是为了改善塑料的性能而加入的其他组分，主要包括填料、增塑剂、固化剂、稳定性等。按塑料的使用性能，常分为通用塑料与工程塑料两大类。通用塑料是指产量大、用途广、价格低的塑料，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料（电木）和氨基塑料（电玉）等这六个品种。工程塑料是指那些强度大、具有某些金属特点、能在机械设备和工程结构中应用的塑料。例如聚甲醛、尼龙、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、环氧树脂等。工程塑料磁力驱动泵外表采用工程塑料的相机(2)合成橡胶橡胶是具有高弹性的轻度交联的线型高聚物。通常橡胶分子主链为柔顺链，容易发生链的内旋转，使分子卷曲。其侧基一般为非极性基团，因而有利于分子链的柔顺性。因此，橡胶的机械强度比塑料低，但它的伸长率却比塑料大得多。它在很宽的温度范围内处于高弹态。丁二烯橡胶防水衣(3)合成纤维合成纤维一般是线型的高聚物。它要求分子链具有较大的极性，这样可以形成定向排列而产生局部结晶区，在结晶区内分子间的作用力较大，可以使纤维具有一定的强度。此外，还有非定向排列的无定形区。其中分子链可以自由转动，使纤维柔软而富有弹性。合成纤维一般都具有强度高、弹性大、密度小、耐磨、耐化学腐蚀、耐光、耐热等特点，广泛用作衣料等生活用品，在工农业、交通、国防等部门也有许多重要应用。例如锦纶帘子线做的汽车轮胎，寿命比一般天然纤维的高出1～2倍，并可节约橡胶用量20%。合成纤维除了日常生活用的涤纶、锦纶、腈纶、维纶、丙纶、氯纶这六种纤维外，还有耐高温纤维（芳纶1313）＊、高强力纤维（芳纶1414）、高温耐腐蚀纤维（氟纶）、耐辐射纤维（聚酰亚胺纤维）和弹性纤维（氨纶）。雪地鞋（芳纶纤维）(4)合成胶粘剂胶粘剂又称粘合剂或粘结剂，它是一种靠界面作用力（如机械结合力、物理吸附力或化学键合力）把各种材料牢固地胶接在一起的物质。用胶粘剂连接构件的工艺技术，称为胶接技术，由胶粘剂连接的接头叫做胶接接头。近年来随着高分子化学、航空工业的发展，胶粘剂的使用和发展发生了飞跃性的变化。其应用范围从建筑、交通、机械、电子行业到飞机、卫星等尖端部门，几乎遍及国民经济所有领域。电子或仪器仪表用胶粘剂胶接定位；机械生产中用胶粘剂代替铆、焊、螺栓；制造洲际导弹、人造卫星应用的大量高强度低密度的复合材料（如玻璃纤维、蜂窝夹芯材料、复合金属材料等）都采用胶粘剂胶接；宇宙飞船仪器舱的密封、油箱堵漏也用上胶粘剂。乙酸乙酯类胶粘剂10.4复合材料复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料组合而成的多相材料。复合材料既保留了组成材料各自的优点，又得到了单一材料无法比拟的优异的综合性能，如强度高，重量轻，抗疲劳性好，减振性能良好，耐高温，化学稳定性高等。成为一类新型的工程材料。10.4.1增强材料和基体材料复合材料主要由增强材料和基体材料两部分组成，如钢筋水泥中，钢筋是增强材料，水泥是基体材料。（1）增强材料按增强物质的形态可分为纤维增强材料和粒子增强材料两大类。纤维增强材料是复合材料的支柱，它决定了复合材料的各种力学性能（如强度、弹性模量等）；粒子增强材料一般作为填料以降低成本，此外也可以改变材料的某些性能，起到功能增强作用。如碳黑、陶土、粒状二氧化硅作为橡胶的增强剂，可使橡胶的强度显著提高。（2）基体材料基体材料的主要作用是使增强材料粘合成型，且对承受的外力起传导和分散作用。基体材料一般有高聚物、金属和陶瓷等。各种增强材料分散到不同的基体中可复合成高聚物基、金属基和陶瓷基复合材料。10.4.2重要复合材料及应用（1）玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料是以树脂为基体，玻璃纤维为增强材料制成的一类复合材料。用玻璃纤维增强热固性树脂得到的复合材料一般称为玻璃钢。常用的热固性树脂有环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、不饱和聚酯树脂等。玻璃钢的主要特点是质轻、耐热、耐老化、耐腐蚀性好，优良的电绝缘性和成型工艺简单。但其刚度尚不及金属，长时间受力有蠕变现象。

玻璃纤维复合材料

(2)碳纤维增强塑料以树脂为基体，碳纤维为增强剂制成的复合材料称为碳纤维增强塑料。作为基体材料的树脂以环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯应用最多。碳纤维增强塑料具有质轻、耐热、导热系数大、抗冲击性好、强度高等特点。它的强度高于钛和高强度钢。因此在工程上应用越来越广泛。如制造轴承、齿轮不仅质轻而且无需润滑。在航空工业中用于制造飞机的翼尖、尾翼、直升机的旋翼和机内设备。也用于制造火箭发动机的机壳，火箭和导弹的喷嘴等。碳纤维自行车架(3)金属包层复合材料金属包层复合材料是以物理、化学方法（如电镀）将不同金属组合在一起的一种材料。被包覆的金属称母材，包覆金属称被覆材料。母材一般有铜、铝、钢、不锈钢等；包覆金属一般有铝、铜、银、金、锌、锡、镍等。以铜、银等包覆钢丝，普遍用作导线，以节约铜、银等贵金属；包钛钢是钛和钢的复合材料。由于钛抗蚀性好，常用于化工设备，以钛为设备的衬里起了抗腐蚀作用。(4)纤维增强陶瓷纤维增强陶瓷是纤维为增强剂，陶瓷为基体制得的复合材料。纤维增强陶瓷已被用于各种气轮机和内燃机的部分零部件。但由于影响纤维增强陶瓷性能的因素很复杂，欲制得高质量的产品比较困难，所以至今大部分纤维增强陶瓷仍处于研制阶段。10.5润滑油10.5.1润滑油的组成任何机械运转都要出现摩擦。摩擦在某些场合下是有益的甚至是非常必要的，例如车轮滚动前行，机器刹车都是利用摩擦。然而摩擦阻碍运转，消耗功，从能源角度则消耗能源。因为摩擦、磨损和腐蚀，给国民经济带来的损失是巨大的。为了降低摩擦，减少磨损和腐蚀，必须采取必要的润滑措施。润滑，是用润滑剂来改善两个相互接触面之间的接触情况，起到降低摩擦减轻磨损防止腐蚀的作用。常用润滑剂有液体润滑剂和膏状润滑剂，此外还有固体润滑剂。润滑油是使用最广泛的液体润滑剂，它的种类很多，如喷气机润滑油、柴油机润滑油、仪表油、齿轮油、特种润滑油等。它们都是由基础油和添加剂两大组分按一定比例混合组成的，所以润滑油是一种复杂的混合物。基础油是润滑油中的主要成分，决定着润滑油的主要特性，本身就可以作润滑剂使用。10.5.2润滑油的主要性能和工业质量要求(1)润滑性润滑油在金属表面形成油膜的性能叫做润滑油的润滑性。润滑性和油品中极性分子含量有密切关系，极性物质含量高，润滑性就好。基础油中加进油醇、脂肪醇、胺类等极性物质，或者有机多硫化物，磷酸脂等添加剂，均能提高润滑性。(2)流动性、粘度和凝点液体具有粘度，粘度是液体在外力影响下液体分子间存在的摩擦阻力。粘度大则液体的流动性差，粘度小则流动性好，所以粘度是润滑油流动性的一项质量指标。润滑油的粘度大小主要取决于基础油的化学组成。矿物油中烃分子的碳原子数多，粘度大；在碳原子数目相同的情况下环烷烃的粘度最大，芳香烃次之而烷烃最小。分子中环状结构增加粘度亦增大。如果环状烃带有侧链，粘度随着侧链中碳原子数的增多而增大。如果侧链的碳原子数目相同，侧链上的分支越多粘度也越大。(3)抗氧化安定性、腐蚀性和酸值润滑油抵抗氧化变质的能力叫做抗氧化安定性，简称安定性。抗氧化安定性是以一定条件下润滑油氧化后的酸值和沉淀物的数值来表示的。酸值大、沉淀物多，表明抗氧化安定性差，酸值用中和1ｇ油品中的酸所消耗KOH多少mg来表示。沉淀物用质量百分数表示。(4)抗泡性和抗乳化性润滑油反复循环使用过程中由于受到搅动或冲击，容易夹带空气从而产生泡沫影响润滑。优质润滑油应具有抗泡性。油品中加适量消泡剂（如表面张力较小的甲基硅油）能降低气泡膜壁韧性促使泡沫破裂。(5)润滑油的再生

润滑油在使用过程中，除小部分消耗外，大部分仍留在机械中。由于长期工作，或高温氧化，尘土、金属屑、水分等杂质的污染以及被燃料稀释等，使质量变坏，不能再继续使用。这种用过的润滑油虽然不再符合使用要求，但真正变质的只是其中很少一部分烃类，一般用过的润滑油中有害杂质（包括油的变质产物在内）的总质量分数通常为1%～25%，其余99%～75%都是好成分。所以，只要除去变质的烃类和混