第4章 非金属材料与复合材料.ppt

1、4.1 塑 料,第4章 非金属材料与复合材料,4.1.1 塑料的组成,塑料是以合成树脂（合成高分子化合物）为主要成分，加入为改善某些性能的多种添加剂而制成的高分子材料,1合成树脂,树脂是组成塑料的基本组成物，它决定塑料的基本性能，树脂在塑料中又起到粘结剂的作用，故又称黏料,塑料中添加剂的作用主要是改善某些性能，以扩大其应用范围。常用的添加剂有如下几种。,2添加剂,（1）填充剂:主要作用是使塑料具有新的性能，如加入铝粉可提高塑料对光反射的能力，并能防止老化,（2）增塑剂:其作用是进一步提高树脂的可塑性和柔软性,（3）稳定剂（又称防老化剂）:防止塑料在成形加工和使用过程中受光、热、氧气等外界因素的

2、影响而使塑料过早老化，以延长塑料制品的使用寿命,（4）润滑剂:防止塑料在成形过程中粘模，便于脱模，同时使塑料制品表面光洁美观,（5）固化剂:在热固性塑料中加入固化剂能使高聚物固结硬化，制成坚硬和稳定的塑料制品,（6）着色剂:用于装饰的塑料制品常加入着色剂，可加入有机或无机染料等着色剂,4.1.2塑料的性能,塑料具有良好的耐蚀性能,塑料密度小,1化学性能,2物理性能,塑料的电绝缘性好,塑料的热性能不及金属，受热易老化、分解,塑料是良好的绝热材料,塑料线膨胀系数大,金属在较高温度时，才会出现明显的蠕变现象，但塑料在室温承受载荷后就会出现蠕变,3力学性能,塑料的强度、刚度和韧性一般都比较差,塑料硬度

3、虽低于金属,4.1.3常用工程塑料,按应用范围可将塑料分为通用塑料和工程塑料,根据树脂受热时的行为，又可将塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两类。,表4-1 常用工程塑料的特点及应用,4.2 橡 胶,橡胶也是一种高分子材料，是高聚物中具有高弹性的一种物质,天然橡胶是橡胶树流出的胶乳，经采集和适当加工后制成的弹性固状物，其主要化学成分是聚异戊二烯；合成橡胶是指具有类似橡胶性质的用人工合成的各种高分子化合物。,根据原料来源不同，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两类。,通用橡胶一般价格低廉且用量较大，主要用于制作轮胎、输送带、胶管、胶板等，主要品种有天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶等,根据用途不同，橡

4、胶可分为通用橡胶和特种橡胶,特种橡胶价格较高，主要作高温、低温、酸、碱、油和辐射条件下工作的橡胶制品，主要有丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶等。,4.3 陶 瓷,一般可分为普通陶瓷（普通工业陶瓷、化工陶瓷）和特种陶瓷（氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化铍陶瓷等）两大类。,陶瓷是无机非金属材料。,普通陶瓷是用粘土、石英、长石等天然原料，经粉碎，成型和烧结而成,特种陶瓷是以人工制造的纯度较高的金属氧化物、碳化物、氮化物、硅酸盐等化合物为原料，经配制、烧结而成,陶瓷的特点是：硬度极高，抗压强度高，耐高温，抗氧化，耐磨损和耐腐蚀性都很好。但陶瓷的脆性大，不能经受冲击载荷，剪切强度

5、低，抗急冷急热性差。,4.4复合材料,4.4.1复合材料的分类,复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料经人工组合而成的多相材料。,1按基体类型分类,可分为金属基体与非金属基体两大类,2按增强剂的性质和形状分类,可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料、层叠复合材料。,可分为功能复合材料和结构复合材料。,3按材料的用途分类,结构复合材料是利用其力学性能特点如强度、硬度、韧性等，来制作各种结构件或机械零件。,功能复合材料是利用其物理性能如光、电、磁、热等制作各种结构件,4.4.2复合材料的性能特点,1比强度和比模量高,2抗疲劳性能好,3减振性能好,4高温性能好,5工作安全性好,4.4.3常用复合

6、材料,纤维增强复合材料是以树脂、橡胶或金属为基体，以无机纤维为增强剂。,以玻璃纤维为增强剂、树脂为黏合剂（基体）而制成的，俗称玻璃钢。以聚酰胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等热塑性树脂为基体制成的热塑性玻璃钢 以环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、不饱和聚酯等热固性树脂为基体制成的热固性玻璃钢,1纤维增强复合材料,（1）玻璃纤维增强复合材料：,碳纤维可以和树脂、金属以及陶瓷等组成复合材料。与玻璃钢相比，碳纤维增强复合材料密度小、强度和弹性模量高，具有较高的冲击韧性和疲劳极限，优良的耐磨、减摩、耐热和自润滑性。,层叠复合材料是由两层或两层以上材料叠合而成的材料。其中各个层片既可由各层片纤维位向不同的相

7、同材料组成（如层叠纤维增强塑性薄板），也可由完全不同的材料组成（如金属与塑料的多层复合），从而使层叠材料的性能与各组成物性能相比有较大的改善,（2）碳纤维增强复合材料,2. 层叠复合材料,双层金属复合材料是将性能不同的两种金属用胶合或熔合等方法复合在一起，以满足某种性能要求的材料,层叠复合材料有夹层结构复合材料、双层金属复合材料和塑料-金属多层复合材料三种。,夹层结构复合材料是由两层具有较高强度、硬度、耐蚀性及耐热性的面板和具有低密度、低导热性、低传音性或绝缘性好等特性的心部材料复合而成。其中心部材料有实心或蜂窝格子两类,3. 粒子增强复合材料,陶瓷相主要为氧化物（Al2O3、gO、eO等）和碳化物（iC、SiC、WC等）；金属基体主要为Ti、Cr、Ni、Co、Mo、Fe等。由于金属及其合金的热稳定性好、延伸性好，但在高温下易氧化和蠕变；而陶瓷的脆性大、热稳定性差，但耐高温、耐腐