第十三章非金屬材料

1、13.1 13.1 高分子材料高分子材料13.2 13.2 陶瓷材料陶瓷材料13.3 13.3 復(fù)合材料復(fù)合材料第十三章第十三章 非金屬材料非金屬材料第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料高分子材料一、概述一、概述主要成分主要成分 高分子化合物（分子量大，一般在103107）天然高分子材料 松香、天然纖維、蛋白質(zhì)、天然橡膠。人工合成高分子材料 塑料、合成橡膠、合成纖維（滌綸等）。高分子材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高分子材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 由一種或幾種簡(jiǎn)單低分子化合物重復(fù)連接而成鏈狀結(jié)構(gòu)。如聚乙烯、聚氯乙烯分別由乙烯、氯乙烯聚合而成。分類(lèi)分類(lèi) 塑料、橡膠、纖維、涂料、膠粘劑。性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)低強(qiáng)度低強(qiáng)度b100MPa高彈性高彈性

2、如橡膠的彈性變形率為1001000%，金屬一般為1% ；低彈性模量低彈性模量 塑料和橡膠分別為金屬的 1/10 和 1/1000 。高耐磨性高耐磨性 比金屬好，如汽車(chē)外輪胎。高絕緣性高絕緣性低耐熱性低耐熱性低導(dǎo)熱性低導(dǎo)熱性 是金屬的1/100 1/1000 高熱膨脹性高熱膨脹性 約為金屬的 310 倍高耐腐蝕性高耐腐蝕性 耐酸、堿等。老化老化 受氧、光、熱、機(jī)械力等長(zhǎng)時(shí)間作用后，性能逐漸惡化。 二、工程塑料二、工程塑料組成組成 合成樹(shù)脂合成樹(shù)脂 高分子化合物，如聚乙烯、酚醛塑料等。 添加劑添加劑 填料或增強(qiáng)、增塑、固化、潤(rùn)滑、穩(wěn)定、著 色、阻燃劑等。分類(lèi)分類(lèi) 熱塑性塑料熱塑性塑料 加熱軟化，冷

3、卻后又硬化成形，可反復(fù)進(jìn) 行。加工成型簡(jiǎn)便，機(jī)械性能較好；耐熱性 和剛性較差。如聚乙烯。 熱固性塑料熱固性塑料 受熱固化后，不會(huì)再受熱軟化。機(jī)械性能 差；耐熱性和剛性較好。如酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂。常用工程塑料常用工程塑料有機(jī)玻璃（有機(jī)玻璃（PMMA)PMMA) 密度僅玻璃的一半，b=4250MPa ，比普通玻璃高718倍。用于透明件，裝飾件，絕緣件。聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC） b = 3060 MPa ，使用溫度-1555。硬PVC 耐油、耐蝕，用于化工管道，電器絕緣材料及電線(xiàn)絕緣層、套管。軟PVC 富有彈性，用作非食品包裝薄膜。聚丙烯聚丙烯 PPPP 剛性大, 重量輕，耐熱（-3512

4、1 ），絕緣性?xún)?yōu)越。用于機(jī)械零件（法蘭，齒輪），化工容器、管道，電器外殼等。ABSABS塑料塑料 硬、韌、剛的混合特性較好；容易電鍍。用于 零件（齒輪，泵葉輪, 軸承等, 電機(jī)、儀表 外殼，管道，汽車(chē)零件及車(chē)身。聚酰胺（聚酰胺（PA, PA, 尼龍）尼龍） 耐磨, 減摩性及韌性好。耐蝕, 無(wú) 毒。用于耐磨, 耐蝕的承載轉(zhuǎn)動(dòng)零件（齒輪, 軸承, 螺釘和螺母等小型零件）。酚醛樹(shù)脂（酚醛樹(shù)脂（PFPF） 如熱固性酚醛樹(shù)脂（膠木）, 耐磨、性 脆；絕緣性好（不小于10KV）；耐熱、不耐 堿。用于電器插座，開(kāi)關(guān)，電話(huà)機(jī)，儀表盒； 汽車(chē)剎車(chē)片, 內(nèi)燃機(jī)曲軸皮帶輪, 齒輪, 耐酸 泵等；日用非食物器皿。三、

5、橡膠三、橡膠 高彈性，變形量1001000%；彈性模數(shù)低，僅1MN /m 。天然橡膠天然橡膠 耐油和耐溶劑性差，易老化，不耐高溫。合成橡膠合成橡膠 如，丁苯橡膠、氯丁橡膠。用途用途 輪胎，工業(yè)、生活及醫(yī)療用品。特種橡膠特種橡膠 耐高、低溫，耐酸、堿、油，輻射等的橡膠。四、膠粘劑四、膠粘劑 粘性的樹(shù)脂或橡膠 + 添加劑，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的焊、鉚及螺紋連接 。第二節(jié)第二節(jié) 陶瓷材料陶瓷材料陶瓷陶瓷 用天然或人工合成的粉狀化合物，經(jīng)過(guò)成型和高溫?zé)?結(jié)制成，由無(wú)機(jī)非金屬化合物（硅酸鹽等）構(gòu)成的多 相固體材料。性能性能力學(xué)性能力學(xué)性能 剛性、硬度、脆性大，抗壓強(qiáng)度大，抗拉強(qiáng)度、 塑韌性低。 物理、化學(xué)性能物理、

6、化學(xué)性能 熔點(diǎn)高、高溫下不易氧化，但不耐溫度的 急劇變化。耐蝕性、絕緣性好。分類(lèi)及用途分類(lèi)及用途 玻璃玻璃 工業(yè)（光學(xué)，電工，儀表，實(shí)驗(yàn)室用）、建筑、日用 玻璃。普通陶瓷普通陶瓷 日用，建筑衛(wèi)生，電器（絕緣），化工等用途。特種陶瓷特種陶瓷 氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼 陶瓷、氧化物陶瓷等，用于電容器，壓電，磁 性，電光，高溫零件等。金屬陶瓷金屬陶瓷 工具（硬質(zhì)合金），耐熱零件等。 第三節(jié)第三節(jié) 復(fù)合材料復(fù)合材料一、概述一、概述 復(fù)合材料復(fù)合材料 兩種（以上）性質(zhì)不同的材料組合而成 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) 比強(qiáng)度和比剛度高 ，減磨性、耐蝕性好，但塑 韌性較低。 103kg/m3 b MN

7、/m2 E 103MN/m2 b/103E/鋼鋼7.8 1010 206 129 26 鋁鋁2.8 461 74 165 26 鈦鈦4.5 942 112 209 25 玻璃鋼玻璃鋼2.0 1040 39 520 20 碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂1.45 1472 137 1015 95 硼纖維鋁硼纖維鋁2.65 981 196 370 74結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 基體增強(qiáng)相 基體基體 非金屬基（樹(shù)脂、橡膠、陶瓷），金屬基（如，鋼）。增強(qiáng)相增強(qiáng)相 纖維，陶瓷或金屬顆粒、夾層。纖維纖維 玻璃、碳、棉、麻、石棉、硼、碳化硅等纖維。分類(lèi)分類(lèi)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 增強(qiáng)相：無(wú)機(jī)纖維 基體：樹(shù)脂、塑料、橡

8、膠或金屬顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料 增強(qiáng)相粒子：陶瓷、金屬 基體：樹(shù)脂、金屬層狀復(fù)合材料：層狀復(fù)合材料：由兩層或兩層以上不同材料復(fù)合而成。實(shí)例實(shí)例 玻璃鋼玻璃鋼 玻璃纖維增強(qiáng)塑料鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金 陶瓷顆粒增強(qiáng)鈷輪胎輪胎 纖維增強(qiáng)橡膠鋼筋混凝土鋼筋混凝土 陶瓷基復(fù)合材料多孔性鐵基和青銅基自潤(rùn)滑襯套多孔性鐵基和青銅基自潤(rùn)滑襯套 夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料 碳纖維/鋁錫合金二、常見(jiàn)復(fù)合材料二、常見(jiàn)復(fù)合材料 玻璃鋼玻璃鋼 增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑 玻璃纖維（主要是SiO2），比強(qiáng)度和比模量高， 耐 蝕，絕緣。粘結(jié)劑（基體）粘結(jié)劑（基體）熱固性的酚醛、環(huán)氧樹(shù)脂，熱塑性的聚脂。性能（與基體相比）性能（與基體相

9、比） ( 比 ) 強(qiáng)度，疲勞性能，韌性，蠕變 抗力高。用途用途 軸承，軸承架，齒輪，車(chē)身。碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑 碳纖維 ( 石墨 ) ，強(qiáng)度和彈性模量高，且 2000以上保持不變；-180不變脆。 粘結(jié)劑（基體）粘結(jié)劑（基體） 環(huán)氧樹(shù)脂，酚醛樹(shù)脂，聚四氟乙烯。性能（與基體相比）性能（與基體相比） 強(qiáng)度，疲勞性能，韌性，耐蝕，蠕變 抗力高。用途用途 火箭外殼 ，齒輪，軸承，活塞，密封圈，化工容器。硼纖維樹(shù)脂復(fù)合材料硼纖維樹(shù)脂復(fù)合材料增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑 硼纖維, b=27503140MPa，E=382392MPa（4倍于玻纖）?；w基體 環(huán)氧樹(shù)脂等。性能性能 抗壓、剪切和疲勞強(qiáng)度高，蠕變小，硬度和彈性模量高，耐輻射, 化學(xué)