《非金属材料》PPT课件.ppt

1、第十章 非金属材料,多种多样的高分子材料,防 弹 衣,高比强度的降落伞绳索,第一节 高分子材料的基础知识,高分子的含义高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。常称聚合物或高聚物,分子量很大,分子由许多相同的结构单元组成,以共价键的形式重复连接而成,1,2,3,高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。,高分子化合物的组成,由简单的结构单元重复连接而成。 CH2CH2 n,聚乙烯分子链,高分子材料的分类,塑料,橡胶,纤维,涂料,按聚合物反应类型,加聚物,ext 3,缩聚物,按材料来源分类,天然高分子,ext 3,合成高分子,天然树脂,虫 胶,松香,琥珀,合成树脂

2、,树脂模型玩具,有 机 玻 璃,表一 三大高分子材料的比较,高分子材料形成过程,简单流程如下：,热塑性塑料：受热后软化，冷却后又变硬，可重复循环。 热固性塑料：由单体直接形成网状聚合物或通过交联线型预聚体而形成，一旦形成交联聚合物，受热后不能再回到可塑状态。制品不溶不熔。,热塑性塑料与热固性塑料,图 热塑性a、b和热固性c聚合物的形态特征,二、高分子材料的结构,大分子链的形状 按照大分子链的几何形状，可将高分子化合物分为线型结构、支链型结构和体型结构。,三、高分子材料的力学状态, 玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下，只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形,高聚物呈玻璃态的最高温度

3、称玻璃化温度，用Tg表示。 用于这种状态的材料有塑料和纤维。,线型非晶态高聚物的温度-变形曲线, 高弹态：温度高于Tg，分子活动能力增加，受力时产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。, 粘流态：由于温度高，分子活动能力很大，在外力作用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分,聚乙烯制品,一、工程塑料,塑料是在玻璃态下使用的高分子材料。在一定温度、压力下可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。 1、工程塑料概述 塑料的组成 : 塑料是以树脂为主要成分， 加入各种添加剂。,塑料制品,添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。 填料主要起增强作用； 增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性； 固化剂用于使

4、热固性树脂由线型结构转变为体型结构； 稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命,润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上, 使制品光亮； 着色剂用于塑料制品着色。 其他的还有发泡剂、催化剂、阻燃剂、抗静电剂等,(2) 塑料的性能特点,塑料的优点： 相对密度小(一般为0.9 2.3)； 耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好；有消音吸振性能 。,塑料的缺点： 刚性差(为钢铁材料的1/1001/10)，强度低； 耐热性差、导热系数小； 易老化。,2、常用工程塑料 一般结构用塑料 包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。 ABS塑料 “坚韧、质硬、刚性” ，应用广泛

5、。,丙稀氰丁二烯苯乙烯 （ABS工程塑料）,材料特性：在低温下也能保持很好的抗压强度硬度高、机械强度高抗磨损性好、比重轻相对热量指数高达80c在高温下也能保持很好的尺寸稳定性防火、工艺简单光泽度好、易于上色，相对其他热塑性塑料来说成本较低,HP惠普打印机生产商：HP惠普设汁商：ZIBA design,EXAMPLE沃克斯99迷你钉书机,外壳,方向盘,导油管,ABS的应用,把手,按钮,吸尘器,吹风机,加湿器,ABS的应用,冰柜,空调器,食品箱,聚酰胺又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工及电气零件,聚碳酸酯具有优良的机械性能，透明无毒，应用广泛。,聚酰胺,聚四氟乙烯俗称“

6、塑料王” 具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀., 耐高温件用塑料 有聚砜(PSF) 聚砜的热稳定性高是其最突出的特点。使用温度达150174。,聚酰亚胺层压板,聚酰亚胺在260下可长期使用。, 热固性塑料 热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物。 酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制成。广泛用于制作各种电讯器材和电木制品（如插座、开关等），耐热绝缘部件及各种结构件。,电器配件,聚丙烯（PP）,典型用途: 家具、包装、照明设备、食物包装、桌垫、文件夹、便签纸盒,典型用途: 展示用品零售标板、室内用品、家具、照明设备、玻璃装

7、配,有机玻璃 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,聚乙烯（PE）,聚乙烯从1939年开始工业化生产，是目前产量最大，应用最广泛的品种。 低密度聚乙烯（LDPE） 在各种聚乙烯中产量最大，主要用于生产薄膜（制造食品袋、垃圾袋、地膜、大棚膜等）,给水用HDPE管,聚乙烯生产线,聚氯乙烯（PVC）,聚氨酯 （PU）,典型用途: 自行车座、整形外科座垫子、鞋垫、办公室用椅、网球拍的手把 EXAMPLE自行车座垫,聚碳酸酯（PC）,典型用途:安全头盔、眼镜、轻巧的光盘盒、厨房用具、电脑壳体、建筑玻璃窗、手机壳体,EXAMPLE 苹果电脑,材料特性： 能提供一系列色彩清晰度好、抗撞击性非常好，即使在高温下，它的

8、尺寸稳定性也很强，抗高温性达125度。,PS保温板,PS光纤,聚苯乙烯（PS）,丙烯酸脂球场,纤维,涤纶 尼龙（锦纶） 聚丙烯腈（腈纶、人造羊毛）,高分子材料应用极为广泛！ 讨论： 也请同学们举一些例子。以保险膜为例） 想象一下现代生活如果没有高分子材料，如何？,保鲜膜,性能要求 保鲜、保洁、自粘 安全、无毒 市场上的保鲜膜 聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、偏聚氯乙烯及其他材质 聚氯乙烯（PVC）保鲜膜存在的问题,生物（医用）高分子,医用高分子 人工生体软组织 人工生体硬组织 药用高分子 高分子药物 高分子载药体系 医疗器械与诊断材料,F-117A Fighter (American),A

9、 stealth ship,A stealth ship,二、合成橡胶,橡胶是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。,高弹性,储能,耐磨,绝缘,2、常用合成橡胶 合成橡胶按用途和用量分为通用橡胶和特种橡胶,传统陶瓷,第三节 陶瓷,陶瓷,特种陶瓷,结构陶瓷,功能陶瓷,晶体相,陶瓷材料的相组成,玻璃相,气相,陶瓷材料的性能特点,力学性能,硬度,陶瓷的硬度很高，多为1000Hv1500Hv,刚度,陶瓷的刚度很高。刚度是由弹性模量衡量的， 陶瓷材料的弹性模量要高于金属材料。,陶瓷材料的性能特点,力学性能,强度,陶瓷材料一般具有优于金属材料的高温强度， 高温抗蠕变能力强，且有很高的抗氧化性。 常用于高

10、温材料。,陶瓷材料的性能特点,热学性能,熔点,陶瓷材料由离子键和共价键结合，因此具有较高的熔点。,热容,热膨胀,陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容增大。,陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由晶体结构和化学键决定的。一般为105106/K。,陶瓷材料的性能特点,电学性能,陶瓷材料是良好的绝缘体。可大量制造高频、高温下工作的器件。,陶瓷材料由于晶界和气孔的存在，一般是不透明的。,光学性能,陶瓷材料加工方法,配料,成形,煅烧,结构陶瓷材料,氧化物结构陶瓷,特点：化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温 度高、高温强度高。,Al2O3陶瓷,ZrO2陶瓷,BeO陶瓷,MgO陶瓷,形形色色的陶艺制品,第四节 复合材料

11、,前面介绍的合成高分子材料、金属材料 和无机非金属材料各有其长处和短处， 如果将这三类不同的材料通过复合工艺 组合成为新的复合材料，它既能保持原 来材料的长处，又能弥补短处,例如金属材料易腐蚀 合成高分子材料易老化、不耐高温 陶瓷材料易碎裂等缺点，都可以通过复合的方法予以改善和克服。 因此复合材料是在三大材料基础上发展起来的新材料。,复合材料定义 由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料，具有单一材料无法具备的优越的综合性能。,新一代的运动器材如羽毛球拍、网球拍、 高尔夫球杆、滑雪杖、滑雪板、撑杆、 弓箭等都采用碳纤维增强塑料来做,复合材料的性能特点,1、比强度和比模量高 2、耐疲劳性好 3、减磨耐磨和自润滑性能好 4、减震性好 5、高温性能好 6、断裂安全性高,复合材料分类,若按增强体的形状分类，复合材料可分为： 颗粒增强复合材料 夹层增强复合材料 纤维增强复合材料,纤维增强树脂基复合材料,玻璃钢 它是由玻璃纤维与聚酯类树脂复合而成的材料。 将玻璃熔化并以极快的速度拉成细丝，这种玻璃纤维异常柔软，可以纺织。,纤维增强金属基复合材料,树脂基复合材料的耐热性低，一般不超过300，且不导电，导热性也较差，这就限制了它们在某些条件下的使用。而金属基复合材料恰好在这