第九章非金屬材料與復(fù)合材料

1、第九章第九章 非金屬材料與復(fù)合材料非金屬材料與復(fù)合材料 概述概述 非金屬材料指除金屬以外的其他一切材料。非金屬材料指除金屬以外的其他一切材料。 這類材料發(fā)展迅速，種類繁多，已在各工業(yè)領(lǐng)域中這類材料發(fā)展迅速，種類繁多，已在各工業(yè)領(lǐng)域中 廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用。 主要包括：有機(jī)高分子材料（如塑料，合成橡膠、主要包括：有機(jī)高分子材料（如塑料，合成橡膠、 合成纖維、膠粘劑、涂料及液晶等），陶瓷材料合成纖維、膠粘劑、涂料及液晶等），陶瓷材料 （如陶瓷器、玻璃、水泥、耐火材料及各類新型陶（如陶瓷器、玻璃、水泥、耐火材料及各類新型陶 瓷材料等），其中工程塑料和工程陶瓷在工程結(jié)構(gòu)占瓷材料等），其中工程塑料和工程陶

2、瓷在工程結(jié)構(gòu)占 有很重要的地位。有很重要的地位。 第一節(jié)第一節(jié) 有機(jī)高分子材料基礎(chǔ)知識有機(jī)高分子材料基礎(chǔ)知識 高分子化合物包括有機(jī)高分子化合物和無機(jī)化合物兩大類高分子化合物包括有機(jī)高分子化合物和無機(jī)化合物兩大類 ，有機(jī)化合物分合成和天然的兩種。工程中使用的有機(jī)高，有機(jī)化合物分合成和天然的兩種。工程中使用的有機(jī)高 分子材料主要是人工合成的高分子聚合物，簡稱高聚物。分子材料主要是人工合成的高分子聚合物，簡稱高聚物。 1高聚物分子的組成高聚物分子的組成 2高聚物的人工合成高聚物的人工合成 3高聚物分子的形態(tài)高聚物分子的形態(tài) 4高聚物鏈的順性高聚物鏈的順性 5高聚物分子間的結(jié)合狀態(tài)高聚物分子間的結(jié)合狀

3、態(tài) 6高聚物的力學(xué)狀態(tài)高聚物的力學(xué)狀態(tài) 7有機(jī)高分子材料的組成及性能特點有機(jī)高分子材料的組成及性能特點 第二節(jié)工程塑料第二節(jié)工程塑料 一、塑料的組成一、塑料的組成 1、合成樹脂、合成樹脂 2、添加劑、添加劑 （1）、填料）、填料 （2）、增塑劑）、增塑劑 （3）、固化劑）、固化劑 （4）、穩(wěn)定劑）、穩(wěn)定劑 二、塑料的分類二、塑料的分類 三、常用塑料的性能和用途三、常用塑料的性能和用途 四、塑料制品的成型方法四、塑料制品的成型方法 1、注射成型、注射成型 2、擠壓成型、擠壓成型 3、壓制成型、壓制成型 4、澆鑄成型、澆鑄成型 合成橡膠 一、橡膠的特性和應(yīng)用 二、橡膠的組成 三、常用橡膠 橡膠的組

4、成1 橡膠分天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠來自熱帶和亞 熱帶的橡膠樹。由于橡膠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防領(lǐng)域中 有重要作用，因此它是重要的戰(zhàn)略物資，這促使缺乏 橡膠資源的國家率先研究開發(fā)合成橡膠。 通過對天然橡膠的化學(xué)成分進(jìn)行剖析，發(fā)現(xiàn)它的基本 組成是異戊二烯。于是啟發(fā)人們用異戊二烯作為單體 進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到了合成橡膠，稱為異戊橡膠。異 戊橡膠的結(jié)構(gòu)與性能基本上與天然橡膠相同。由于當(dāng) 時異戊二烯只能從松節(jié)油中獲得，原料來源受到限制 ，而丁二烯則來源豐富，因此以丁二烯為基礎(chǔ)開發(fā)了 一系列合成橡膠。如順丁橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠 和氯丁橡膠等。 橡膠的組成2 隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，從油田氣、煉廠氣經(jīng)過高

5、 溫裂解和分離提純，可以得到乙烯、丙烯、丁烯、異 丁烯、丁烷、戊烯、異戊烯等各種氣體，它們是制造 合成橡膠的好原料。 世界橡膠產(chǎn)量中，天然橡膠僅占15左右，其余都是 合成橡膠。合成橡膠品種很多，性能各異，在許多場 合可以代替、甚至超過天然橡膠。合成橡膠可分為通 用橡膠和特種橡膠。通用橡膠用量較大，例如丁苯橡 膠占合成橡膠產(chǎn)量的60；其次是順丁橡膠，占15 ；此外還有異戊橡膠、氯丁橡膠、丁鈉橡膠、乙丙橡 膠、丁基橡膠等，它們都屬通用橡膠 常用橡膠性能 第四節(jié)膠粘劑與膠接技術(shù) 一、膠粘劑的組成 二、膠粘劑的分類原則及表示方法 三、膠粘劑的膠接機(jī)理 四、常用膠粘劑 五、膠接的特點和應(yīng)用 六、膠接技術(shù)

6、 膠粘劑的組成 膠粘劑的組成因來源不同而有很大的差 異，天然膠粘劑的組成比較簡單，多為 單組分，而合成膠粘劑較為復(fù)雜，除了 起基本粘附作用的物質(zhì)之外，為了滿足 特定的物理化學(xué)物性，尚需加入各種配 合劑?？偟膩碇v，膠粘劑的組成包括粘 料、固化劑、促進(jìn)劑、增塑劑、增韌劑 、稀釋劑、溶劑、填料、偶聯(lián)劑、防 老劑、阻燃劑、增粘劑、阻聚劑等。除 了粘料是不可少之外，其余的組分要視 性能要求決定加入與否. 1、粘料 1、粘料、粘料 粘料也稱為基料或膠料，是使粘料也稱為基料或膠料，是使 兩個被粘物結(jié)合在一起時起主要作用的兩個被粘物結(jié)合在一起時起主要作用的 組分，是決定膠粘祭性能組分，是決定膠粘祭性能 的基本

7、成分。的基本成分。 可以作為膠粘劑的粘料有如下物質(zhì)?？梢宰鳛槟z粘劑的粘料有如下物質(zhì)。 （1）天然高分子化合物）天然高分子化合物 有淀粉、精糊有淀粉、精糊 、桃膠、阿拉伯樹膠、骨膠、皮膠、明、桃膠、阿拉伯樹膠、骨膠、皮膠、明 膠、魚膠、蟲膠、植物蛋白、血粉、松膠、魚膠、蟲膠、植物蛋白、血粉、松 香、瀝青、天然橡膠等。香、瀝青、天然橡膠等。 （2）改性天然高分子化學(xué)物）改性天然高分子化學(xué)物 如硝酸纖如硝酸纖 維素、醋酸纖維素、羥甲基纖維素、松維素、醋酸纖維素、羥甲基纖維素、松 香酚醛樹脂、改性淀粉、氯化橡膠等。香酚醛樹脂、改性淀粉、氯化橡膠等。 （3）合成高分子化學(xué)物）合成高分子化學(xué)物 是膠粘劑當(dāng)

8、中是膠粘劑當(dāng)中 性能最好、用量最多的粘料，包括熱固性能最好、用量最多的粘料，包括熱固 性樹脂、熱塑性樹脂、合成橡膠、熱塑性樹脂、熱塑性樹脂、合成橡膠、熱塑 性彈性體等。性彈性體等。 （4）有機(jī)化合物）有機(jī)化合物 如低分子的有機(jī)化合如低分子的有機(jī)化合 物單體物單體 （5）無機(jī)化合物）無機(jī)化合物 磷酸鹽、硝酸鹽、硼磷酸鹽、硝酸鹽、硼 酸鹽、氧化鎂、氧化鋅等配制而成的無酸鹽、氧化鎂、氧化鋅等配制而成的無 機(jī)膠粘劑具有獨特的耐高溫性能。機(jī)膠粘劑具有獨特的耐高溫性能。 2、固化劑與改性劑 2、固化劑與改性劑固化劑是使原來 熱塑性的線型主體聚合物變成堅硬的體 型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。促進(jìn)劑使加速膠粘劑中主 體聚合物與

9、固化劑反應(yīng)，縮短固化時間 ，降低固化溫度，以及調(diào)節(jié)膠粘劑中樹 脂的固化速度的一種配合劑。 膠粘劑的膠接機(jī)理 1機(jī)械膠接機(jī)理 膠粘劑通過實木表面的管孔滲透到木 材的細(xì)胞腔內(nèi)，隨著膠粘劑的固化或硬 化，在其中形成許多的小鉤子或膠釘， 從而將兩塊實木膠接在一起。 膠粘劑的膠接機(jī)理 2吸附膠接機(jī)理 認(rèn)為膠接作用是膠粘劑分子與被粘物 分子在界面層上相互吸附產(chǎn)生的，此時 的膠接作用是物理吸附和化學(xué)吸附共同 作用的結(jié)果，而物理吸附則是膠接作用 的普遍原因。 膠粘劑的膠接機(jī)理 3擴(kuò)散膠接機(jī)理 在膠接界面上發(fā)生互溶，導(dǎo)致膠粘劑 和被粘物分子通過相互擴(kuò)散而形成牢固 的接頭。 膠粘劑的膠接機(jī)理 4化學(xué)鍵膠接機(jī)理 膠

10、粘劑與被粘物分子間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而獲得 高強(qiáng)度的主價鍵結(jié)合，化學(xué)鍵力要比分子間力 大得多。在膠接過程中主要是通過膠粘劑和被 膠接物中的活性基團(tuán)、偶聯(lián)劑使膠粘劑與被粘 物分子之間、在表面處理與獲得的活性基團(tuán)與 膠粘劑之間形成化學(xué)鍵。以上的幾種機(jī)理均只 能反映膠合現(xiàn)象的某一個側(cè)面，實際上，木材 的膠合是幾種作用力共同作用的結(jié)果。 膠粘劑的膠接機(jī)理 5靜電理論 (一)壁紙、墻布用膠粘劑 (一)壁紙、墻布用膠粘劑 這種膠粘劑主要用于壁紙、墻布的裱糊，它的 形態(tài)有液狀的，也有粉末狀的。 1聚乙烯醇膠粘劑 它是將聚乙烯醇樹脂溶于水后而制成的，俗 稱“膠水”。它的外觀如白色或微黃色的絮狀 物，具有芬芳?xì)馕叮瑹o

11、毒，施涂方便，能在膠 合板、水泥砂漿、玻璃等材料表面涂刷。 (一)壁紙、墻布用膠粘劑 2聚乙烯醇縮甲醛膠 它又稱“108膠”，是以聚乙烯醇與甲醛在 酸性介質(zhì)中進(jìn)行縮合反應(yīng)而制得的一種透明水 溶液。無臭、無味、無毒，有良好的粘結(jié)性能 ，粘結(jié)強(qiáng)度可達(dá)0.9MPa。它在常溫下能長期儲 存，但在低溫狀態(tài)下易發(fā)生凍膠。聚乙烯醇縮 甲醛膠除了可用于壁紙、墻布的裱糊外，還可 用作室內(nèi)外墻面、地面涂料的配置材料。在普 通水泥砂漿內(nèi)加入108膠后，能增加砂漿與基 層的粘結(jié)力。 (一)壁紙、墻布用膠粘劑 3聚醋酸乙烯膠粘劑 又稱“白乳膠”，它是由醋酸乙烯經(jīng) 乳液聚合而制得的一種乳白色的、帶酯 類芳香的乳狀膠液。它

12、配置方便，常溫 下固化速度快，膠層的韌性及耐久性好 ，不易老化，無刺激性臭味，可作為壁 紙、墻布、防水涂料和木材的膠結(jié)材料 ，也可作為水泥砂漿的增強(qiáng)劑。 (一)壁紙、墻布用膠粘劑 4.801膠 801膠是由聚乙烯醇與甲醛在酸性介質(zhì)中 經(jīng)縮聚反應(yīng)，再經(jīng)氨基化后而制得的。 它是一種微黃色或五色透明的膠體，具 有無毒、不燃、無刺激性氣味等特點， 它的耐磨性、剝離強(qiáng)度及其它性能均優(yōu) 于108膠。 (一)壁紙、墻布用膠粘劑 5墻紙專用膠粉(粉末壁紙膠) 粉末壁紙膠是一種粉末狀的固體，能 在冷水中溶解，使用前將膠粉以1：17的 比例與清水?dāng)噭蚧旌?，攪?0min后形成 糊狀時即可使用。這種膠粘劑的粘度適

13、中，無毒、無味、防潮、防霉、干后無 色，不污染墻紙，并具有使用方便，便 于包裝運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點。它可用于各類基層 的墻紙及墻布的粘貼。 (二)塑料地板膠粘劑 (二)塑料地板膠粘劑 塑料地板膠粘劑屬非結(jié)構(gòu)型膠粘劑， 具有一定的粘結(jié)力，能將塑料地板牢固 地粘結(jié)在各類基層上，施工方便。它對 塑料地板無溶解或溶脹作用，能保證塑 料地板粘結(jié)后的平整程度，并有一定的 耐熱性、耐水性和儲存穩(wěn)定性。常用的 塑料地板膠粘劑有聚醋酸乙烯類、合成 橡膠類、聚氨酯類、環(huán)氧樹脂類等。 (三)瓷磚、大理石膠粘劑 1AH03大理石膠粘劑 AH03大理石膠粘劑是由環(huán)氧樹脂等 多種高分子合成材料組成的基材，再添 加適量的增稠劑、乳化

14、劑、防腐劑、交 聯(lián)劑及填料等配制成單組分白色的膏狀 膠粘劑。它具有粘結(jié)強(qiáng)度高、耐水、耐 氣候、使用方便等特性，適用于大理石 、花崗石、馬賽克、陶瓷面磚等與水泥 基層的粘結(jié)。 (三)瓷磚、大理石膠粘劑 2TAM型通用瓷磚膠粘劑 TAM型通用瓷磚膠粘劑是以水泥為基材、用聚 合物改性材料等摻加而成的一種白色或灰色粉 末。在使用時只需加水即能獲得粘稠的膠漿。 它具有耐水、耐久性好，操作方便，價格低廉 等特點。TAM型通用瓷磚膠粘劑適用于在混凝 上、砂漿基層和石膏板的表面粘貼瓷磚、馬賽 克、天然和人造石材等塊料。用這種膠粘劑在 瓷磚固定5min以后再旋轉(zhuǎn)90。而不會影響它的 粘結(jié)強(qiáng)度。 (三)瓷磚、大理

15、石膠粘劑 3.TAG型瓷磚勾縫劑 TAG型瓷磚勾縫劑是一種粉末狀的物 質(zhì)，有各種顏色，能與各種類型的瓷磚 相適應(yīng)，是瓷磚膠粘劑的配套材料，能 保證勾縫寬度在3mm以下是不開裂。它 具有良好的耐水性，在諸如游泳池等有 防水要求的瓷磚勾縫中是一種理想的勾 縫材料。 (三)瓷磚、大理石膠粘劑 4.TAS型高強(qiáng)度耐水瓷磚膠粘劑 TAS型高強(qiáng)度耐水瓷磚膠粘劑是一種雙組分的高強(qiáng) 度耐水瓷磚膠粘劑，具有耐水、耐氣候以及耐多種化 學(xué)物質(zhì)侵蝕等特點，可用于廚房、浴室、衛(wèi)生間等場 所的瓷磚粘貼。它的強(qiáng)度較高，室溫28d后，其抗剪強(qiáng) 度大于2.0MPa，可在混凝土、鋼材、玻璃、木材等材 料的表面粘貼墻面磚和地面磚。

16、 另外還有一種SG8407膠粘劑，可改善水泥砂漿的 粘結(jié)力，提高水泥砂漿的防水性能，適用于在水泥砂 漿、混凝土等基層表面上粘貼瓷磚、馬賽克等材料。 (四)玻璃、有機(jī)玻璃類專用膠粘劑 1AE丙烯酸酯膠 AE丙烯酸酯膠是五色透明粘稠液體，可在室溫條件 下快速固化，一般在48h內(nèi)即可完成固化。固化后它 的透光率和光線的折射系數(shù)與有機(jī)玻璃材料基本相同 。AE丙烯酸酯膠無毒、操作簡便、粘結(jié)力強(qiáng)，在有機(jī) 玻璃之間使用這種膠粘劑后，其抗剪強(qiáng)度大于6.2MPa 。它有AE01型和AE02型兩種類型。AE0l型適用 于有機(jī)玻璃、ABS塑料、丙烯酸酯類共聚物等材料的 粘結(jié)。AE02型適用于有機(jī)玻璃、無機(jī)玻璃和玻璃鋼 等的粘結(jié)。 (四)玻璃、有機(jī)玻璃類專用膠粘劑 2聚乙烯醇縮丁醛膠粘劑 聚乙烯醇縮丁醛膠粘劑是以聚乙烯醇 在酸性催化劑存在的情況下與丁醛發(fā)生 反應(yīng)生成的。它具有粘結(jié)力強(qiáng)、抗水、 耐潮和耐腐蝕性良好等特點。玻璃在粘 結(jié)后的透光率、耐老化性能和耐沖擊性 能較好，適用