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第第9 9章章 非金属材料非金属材料非金属材料高分子材料陶瓷材料塑料橡胶合成纤维普通陶瓷特种陶瓷1.非金属材料-高分子材料9.1 高分子材料9.1.1 高分子材料的概念1）高分子材料以高分子化合物为主要成分的材料。2）高分子化合物（又称为有机化合物、树脂)分子量大于10000的化合物。分为天然树脂、人工合成树脂两大类。造 成高分子分子量很大的原因，是它们的分子是由特定的结构单元多次重复连接组成的。例如聚氯乙烯分子是由 成千上万个氯乙烯分子相互连接组成的。聚聚氯乙乙烯2.3）天然高分子材料皮革、棉花、羊毛、木材、天然橡胶等。3.非金属材料-高分子材料4）合成高分子材料以合成树脂为主要成分的材料，包括塑料、合成橡胶、合成纤维等。4.按性能和用途分按性能和用途分类塑料、橡胶、塑料、橡胶、纤维、粘合、粘合剂、涂料、涂料、功能高分子功能高分子l 高分子材料分高分子材料分类橡胶是有机高分子橡胶是有机高分子弹性化性化合物。在很合物。在很宽的温度（的温度（50150）范）范围内具有内具有优异的异的弹性，所以又称性，所以又称为高高弹体。体。能把各种材料能把各种材料紧密地密地结合在一起合在一起的物的物质。涂覆在物体表面涂覆在物体表面而形成具有保而形成具有保护和装和装饰作用膜作用膜层的材料。的材料。具有特定的功能具有特定的功能作用，可作功能作用，可作功能材料使用的高分材料使用的高分子化合物。子化合物。在常温下具有固定的形状和在常温下具有固定的形状和强度，在高温下具有可塑性度，在高温下具有可塑性的高分子化合物。在外力和的高分子化合物。在外力和温度的共同作用下，可以温度的共同作用下，可以产生形生形变，加工成任何所需的，加工成任何所需的形状。形状。纤维是指是指长度比其直径度比其直径大很多倍大很多倍(大于大于1000/1)，并具有一定柔，并具有一定柔韧性的性的纤细物物质。5.非金属材料-高分子材料9.1.2 高分子材料的性能特点1.密度小、质量轻 多数密度在12g/cm3之间。2.强度低 b=50 200MPa。3.刚度低 受力容易弹性变形。4.可塑性好 5.电绝缘性高6.耐腐蚀7.耐热性差 多数只能在100以下使用，个别耐高温品种使用温度也不能超过300。8.有老化现象 在氧、热、紫外线、力、微生物等因素的作用下，逐渐变硬、龟裂，或变软、发粘，或变色等等。9.有蠕变现象 会发生缓慢的塑性变形。6.塑塑 料料7.非金属材料非金属材料 高分子材料高分子材料 9.1.3 塑料1.塑料的成分1）合成树脂 是塑料的主要成分，在塑料中的比例为30%100%，树脂在很大程度上决定塑料的性能。市场上供应的树脂一般为颗粒状或粘稠的 流体。一般塑料都是以其所含树脂来命名的。2）添加剂填充剂 碳粉、木粉、氧化锌、金属粉、石棉都可作为填充剂。填充剂的作用是改善塑料的性能、降低成本。增塑剂 作用是提高塑料的可塑性和柔韧性。稳定剂 作用是防老化。着色剂其它 发泡剂、阻燃剂、防静电剂、固化剂等。8.非金属材料非金属材料 高分子材料高分子材料 2.塑料的特性1）密度小、质量轻 多数密度在12g/cm3之间。2）强度低 b=50 200MPa。3）比强度高4）刚度低 受力容易弹性变形。5）可塑性好 6）具有自润滑性，摩擦系数小，耐磨性好。7）电绝缘性高8）耐腐蚀9）耐热性差 多数只能在100以下使用，个别耐高温品种使用温度也不能超过300。10）有老化现象 在氧、热、紫外线、力、微生物等因素的作用下，逐渐变硬、龟裂，或变软、发粘。11）有蠕变现象 会发生缓慢的塑性变形。9.1、按加工特性分类热塑性塑料和热固性塑料项目目热塑性塑料塑性塑料热固性塑料固性塑料加工特性加工特性受受热软化、熔融、塑制化、熔融、塑制成一定形状，冷却后固成一定形状，冷却后固化定型化定型未成型前受未成型前受热软化，熔融可塑化，熔融可塑制成一定形状，在制成一定形状，在热和固化和固化剂作用下，一次硬化定型作用下，一次硬化定型重复加工性重复加工性再次受再次受热，仍可，仍可软化、化、熔融，反复多次加工熔融，反复多次加工受受热不熔融，达到一定温度分不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工解破坏，不能反复加工溶溶剂中情况中情况可溶可溶不溶不溶化学化学结构构线性高分子性高分子由由线性分子性分子变为体形分子体形分子举例例PEPE、PPPP、PVCPVC、ABSABSPFPF、UFUF、MFMF、EPEP塑料的分塑料的分类10.通用塑料通用塑料 产量大、价格量大、价格较低、力学性能一般，主要低、力学性能一般，主要作非作非结构材料使用的塑料。构材料使用的塑料。如如PVC、PE、PP、PS等等工程塑料工程塑料 一般指可作一般指可作为结构材料使用，能构材料使用，能经受受较宽的温的温度度变化范化范围和和较苛刻的苛刻的环境条件，具有境条件，具有优异的力学异的力学性能、耐性能、耐热、耐磨性能和良好的尺寸、耐磨性能和良好的尺寸稳定性的塑料。定性的塑料。主要品种有主要品种有PA、PET、PC、ABS、PTFE等等2、按用途分类11.聚乙烯(PE)为白色蜡状半透明材料，柔而韧，无毒，具有优越的介电性能。易燃烧且离火后继续燃烧。常温下不溶于任何已知溶剂中。聚乙烯有优异的耐蚀性，室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质，但硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的腐蚀作用。易老化。低密度聚乙烯（LDPE）：生产薄膜、包装袋、软管、电线包裹层等 高密度聚乙烯（HDPE）：制造瓶、罐、桶和其它日常用品等。12.聚乙烯（PE）制品13.聚丙烯PP 无毒、无味，密度小（0.9）；强度、刚度、硬度、耐热性均优于低压聚乙烯，可在100左右使用。具有良好的电性能和高频绝缘性；但低温时变脆、不耐磨、易老化。常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用。餐具、盆、桶、家具、薄膜、编织袋等；亦可制作耐腐蚀零件和绝缘零件。改性聚丙烯可制造汽车保险杠、仪表板、自来水管、家电产品。14.聚丙烯（PP）产品15.聚氯乙烯（PVC）强度、抗老化性优于聚乙烯。分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品的硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现白化现象。硬质聚氯乙烯：制造管道、门窗型材、板材、鞋底、玩具、文具。软质聚氯乙烯：薄膜，软管、电缆绝缘层等。16.聚氯乙烯（PVC）产品17.聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，发泡聚苯乙烯（EPS)，高抗冲聚苯乙烯（HIPS）。普通聚苯乙烯树脂为无毒，无臭，无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料，其制品具有极高的透明度，透光率可达90%以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。18.性能特点：性能特点：1、具高强度及刚度、高冲击韧性、耐疲劳、尺寸安定性良好;2、高度透明性及自由染色性;3、抗老化;4、无味无臭对人体无害符合卫生安全5、耐热性好：使用温度范围广120140。聚碳酸酯（PC）用途：观察窗、显示屏面板、头盔面罩、光碟、眼镜片、防弹玻璃，护目镜、汽车灯罩等。19.有机玻璃（PMMA），学名聚甲基丙烯酸甲酯。极好的透光性能，可透过92%以上的太阳光，紫外线达73.5%；机械强度较高，有一定的耐热耐寒性，耐腐蚀，绝缘性能良好，尺寸稳定，易于成型，质地较脆，易溶于有机溶剂，表面硬度不够，容易擦毛，可作要求有一定强度的透明结构件，如油杯、车灯、仪表零件，光学镜片，装饰礼品等等。20.聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)优点点有良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的35倍，耐折性好。耐油、耐脂肪、耐稀酸、稀碱，耐大多数溶剂。温度达到70时易变形，且有对人体有害的物质溶出。气体和水蒸气渗透率低，即拥有优良的阻气、水、油及异味性能。透明度高，可阻挡紫外线，光泽性好。无毒、无味，卫生安全性好，可直接用于食品包装。21.丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚体（ABS）坚韧、质硬、刚度高，形状和尺寸稳定性好。耐热、耐磨、耐腐蚀、耐油、耐老化。制造手机、照相机和耐用电子产品的外壳、机械零件、汽车附件等。22.聚酰胺(PA，俗称尼龙)1优良的力学性能。尼龙的机械强度高，韧性好。2自润性、耐摩擦性好。尼龙具有很好酌自润性，摩擦系数小，从而，作为传动部件其使用寿命长。3.优良的耐热性。可在150下长期期使用。4.优异的电绝缘性能。5.优良的耐气候性。6.吸水性。尼龙吸水性大，饱和水可达到3%以上。在一定程度影响制件的尺寸稳定性尼龙搭扣23.聚四氟乙烯（PTFE）中文别名：特氟龙;F4;塑料王耐高温使用工作温度达250。耐低温具有良好的机械韧性；即使温度下降到-196，也可保持5%的伸长率。耐腐蚀对大多数化学药品和溶剂，表现出惰性、能耐王水。耐气候有塑料中最佳的老化寿命。高润滑是固体材料中摩擦系数最低者。不粘附是固体材料中最小的表面张力，不粘附任何物质。无毒害具有生理惰性，作为人工血管和脏器长期植入体内无不良反应。强度和刚度较低易变形。24.酚醛塑料（PF）特性：耐热（200），抗蠕变，绝缘性好，耐腐蚀；阻燃；韧性较低。用途：电绝缘器件（如插座、开关座）、印刷电路基板、耐热塑料件（如炊具手柄）、阻燃泡沫保温板。25.氨基树脂指含有氨基或酰氨基的化合物与甲醛反应而生成的热固性树脂。目前，工业上应用较多的氨基树脂有：脲醛树脂（UF）、蜜胺树脂（三聚氰胺甲醛树脂MF）。氨基树脂无毒、无臭、坚硬、耐刮伤、无色、半透明，耐热性和绝缘性好，可制成各种色彩鲜艳的塑料制品，广泛应用于航空、电器等领域。26.聚氨酯（PU）家具家具业应用用1.油漆、2.涂料、3.粘合剂、4.沙发、5.床垫、6.座椅扶手家用家用电器器应用用1.电器绝缘漆 2.电线电缆护套 3.冰箱、冷柜、消毒柜、热水器等保温层 4.洗衣机电子器件防水灌封胶建筑建筑业应用用1.密封胶、2.粘合剂、3.屋顶防水保温层、4.冷库保温、5.内外墙涂料 6.地板漆、7.合成木材、8.跑道、9.防水堵漏剂 10 塑胶地板交通行交通行业应用用1.飞机、汽车内饰件座椅，扶手，头枕，门内板，仪表盘，方向盘，保险杠，减震垫，挡泥板 2.地毯衬里，油漆 3.保温绝缘部件、管路 4.密封垫圈 5.防滑链制鞋、制革制鞋、制革业应用用1.鞋内、外底 2.粘合剂 3.皮革整饰剂 4.人造革、合成革涂层体育行体育行业的的应用用塑胶运动场地，运动服装（舞蹈服、泳衣）；运动鞋、滑板车。27.非金属材料非金属材料 高分子材料高分子材料4.常用的塑料1）热塑性塑料名称及代号名称及代号主要特性主要特性应用用举例例聚乙烯PE为白色蜡状半透明材料，柔而韧，无毒，具有优越的介电性能。易燃烧且离火后继续燃烧。常温下不溶于任何已知溶剂中。聚乙烯有优异的耐蚀性，室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质，但硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的腐蚀作用。易老化。低密度聚乙烯（LDPE）：生产薄膜、包装袋、软管、电线包裹层等 高密度聚乙烯（HDPE）：制造瓶、罐、桶和其它日常用品等。聚丙烯PP无毒、无味，密度小（0.9）；强度、刚度、硬度、耐热性均优于低压聚乙烯，可在100左右使用。具有良好的电性能和高频绝缘性；但低温时变脆、不耐磨、易老化。常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用。适于餐具、盆、桶、家具、薄膜、编织袋等；亦可制作耐腐蚀零件和绝缘零件。改性聚丙烯可制造汽车保险杠、仪表板、自来水管、家电产品。聚氯乙烯PVC强度、抗老化性优于聚乙烯。分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品的硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现白化现象。硬质聚氯乙烯：制造管道、门窗型材、板材、鞋底、玩具、文具。软质聚氯乙烯：薄膜，软管、电缆绝缘层等。聚苯乙烯PS透明，性脆，高频电绝缘性优，不耐有机溶剂。制造透明器件，如灯罩等。泡沫聚苯乙烯可作包装材料。28.非金属材料非金属材料 高分子材料高分子材料 1）热塑性塑料（续）名称及代号名称及代号主要特性主要特性应用用举例例聚碳酸酯PC 无色透明，耐热，抗冲击性优良，阻燃，在常温有良好的力学性能。观察窗、显示屏面板、头盔面罩、光碟、眼镜片、防弹玻璃，护目镜、汽车灯罩等。聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）PMMA 透明，抗老化，硬度低，易划伤，耐热性差。仪表窗、显示屏面板、头盔面罩。聚对苯二甲酸乙二醇酯PET 透明度很好，强度和韧性优于聚苯乙烯和聚氯乙烯，不易破碎。涂装性、表面光泽及刚性都很好。饮料瓶、食品、药品和其它商品的透明包装材料；感光胶片等的基材；电气绝缘材料、薄膜开关等。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚体ABS坚韧、质硬、刚度高，形状和尺寸稳定性好。耐热、耐磨、耐腐蚀、耐油、耐老化。制造手机、照相机和耐用电子产品的外壳、机械零件、汽车附件等。尼龙PA强度高、耐热、耐磨、摩擦系数小。但吸湿性大，尺寸不稳定。制造耐磨零件、传动零件等。聚四氟乙烯PTFE或F-4 耐蚀性极好，能耐“王水”腐蚀，耐高温、低温韧性好，使用温度范围宽（-200280），电绝缘性好，耐老化。但强度和刚度较低。俗称“塑料王”。化工设备防腐层、滑动轴承、密封圈、高频电绝缘材料、不粘锅衬里等。29.非金属材料非金属材料 高分子材料高分子材料2）热固性塑料名称及名称及代号代号主要特性主要特性用途用途酚醛塑料PF 耐热（140使用），抗蠕变，绝缘性好，耐腐蚀；韧性较低。电绝缘器件（如插座、开关座）、耐热塑料件（如炊具手柄）。氨基塑料UF 俗称“电玉”，半透明如玉，坚硬耐磨，耐热性和绝缘性好。制造开关、插座、把手、仪表外壳、旋钮、装饰材料等。环氧树脂EP 强度高、耐热性和绝缘性好，耐腐蚀，粘附力强。可用于电子元件的封装、还可作粘接剂和涂料使用。有机硅塑料 电绝缘性优良，耐热性好，可在200 以下长期使用。制造耐热器件、绝缘器件，以及电子元件封装。聚氨酯塑料 柔韧、耐油、耐磨、抗老化。液压系统的密封圈等。泡沫聚氨酯可作为吸振隔音材料。30.非金属材料非金属材料 高分子材料高分子材料塑料的应用31.非金属材料非金属材料 高分子材料高分子材料 9.1.4 橡胶 橡胶和塑料都是高分子材料。与塑料不同之处是：橡胶在很宽的温度范围（-40+80）内都具有高弹性。1.橡胶的成分 橡胶制品是在生胶中加入多种配合剂，经硫化处理得到的产品。1）生胶 生胶是未经硫化处理的橡胶，分天然橡胶、合成橡胶两类。2）配合剂硫化剂 硫化剂的作用是提高橡胶的强度、耐磨性、抗老化性等。填充剂 碳粉、氧化锌、金属粉、石棉都可作为填充剂。填充剂的作用是改善橡胶的性能、降低成本。软化剂 作用是提高橡胶的柔韧性。稳定剂 作用是防老化。着色剂发泡剂 制造泡沫橡胶时加入。32.非金属材料非金属材料 高分子材料高分子材料 2.橡胶的特性1）高弹性 弹性伸长率可达1000%。2）强度很低 b=535MPa。3）气密性好 4）耐磨性好。5）电绝缘性高6）耐腐蚀7）减震、消振、吸音8）柔韧性好9）有老化现象 在氧、热、紫外线、力、微生物等因素的作用下，逐渐变硬、龟裂，或变软、发粘。3.橡胶的用途 制造轮胎、软管、气囊、密封元件、绝缘层等。33.非金属材料非金属材料 10.1 高分子材料高分子材料.橡胶橡胶34.非金属材料-9.2 陶瓷材料 9.2 陶瓷材料9.2.1 概述 陶瓷材料是无机非金属材料的统称。1.陶瓷的分类（1）普通陶瓷 普通陶瓷是以天然硅酸盐矿物（长石、粘土、石英等）为原料，经原料加工（制粉）成型烧结制成的固体材料，又称为硅酸盐陶瓷。主要用于日用、建筑、化工等领域。（2）特种陶瓷 又称为精细陶瓷，是人工合成的高纯度无机化合物（如SiO2、SiC、BN、SiN等）制成的固体材料。主要用于机械、电子、能源、冶金和一些高新技术领域。35.非金属材料-9.2 陶瓷材料2.陶瓷的性能特点（1）力学性能抗拉强度低、抗压强度高。塑性0、韧性低，是典型的脆性材料。多数陶瓷的硬度高，耐磨，热硬性好。(2)物理性能电阻率高、绝缘性好。熔点高，耐热性好，是良好的高温材料。抗热冲击性差，急冷急热时容易开裂。有些陶瓷具有特殊的物理性能：如压电效应、磁性、半导体性能、光学性能等。（3）化学性能耐酸、碱、盐腐蚀。但不耐熔盐、熔融金属的腐蚀。36.非金属材料-9.2 陶瓷材料9.2.2 陶瓷的应用1.普通陶瓷的应用 日用、化工、电气绝缘体37.2.特种陶瓷的应用名称名称性能特点性能特点用途用途氮化硅陶瓷Si3N4 耐腐蚀、耐高温、摩擦系数小、耐磨性好 制造在高温和腐蚀条件下工作的轴承、发动机高温零件如涡轮叶片、燃油喷嘴、燃烧室内壁。碳化硅陶瓷SiC 耐高温、硬度和耐磨性高。制造砂轮、磨料。发动机高温零件如涡轮叶片、燃油喷嘴、燃烧室内壁。氧化铝陶瓷Al2O3 电绝缘性高，耐腐蚀、耐高温、热硬性好。但脆性大，不耐热冲击。制造绝缘器件、刀具、工业炉内衬、坩埚等。氮化硼陶瓷BN 六方氮化硼硬度低、有自润滑性，故又称白石墨。在高温耐腐蚀、电绝缘。制造高温轴承、高温绝缘体、坩埚等。立方氮化硼硬度接近金刚石。制造刀具、热挤压模具等。金属陶瓷（即硬质合金）硬度高、热硬性好 制造刀具、热挤压模具等。38.非金属材料-9.2 陶瓷材料39.40.