第十一章 非金属材料

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1、第第11章 非金属材料章 非金属材料 11.1 高分子材料高分子材料 高分子材料又称聚合物材料，是以聚合物为高分子材料又称聚合物材料，是以聚合物为 主加入多种添加剂经过加工后形成的制品。高分主加入多种添加剂经过加工后形成的制品。高分 子材料包括子材料包括天然高分子材料天然高分子材料和和合成高分子材料合成高分子材料。 11.1.1 高分子材料基础知识高分子材料基础知识 1. 高分子材料的概念高分子材料的概念 高分子材料是指以高分子材料是指以高分子化合物高分子化合物为主要组分为主要组分 的材料。的材料。 2. 高分子材料的合成高分子材料的合成 高分子化合物的分子量虽然很大，但它的化高分子化合物的分

2、子量虽然很大，但它的化 学组成一般并不复杂。它们都是由一种或几种简学组成一般并不复杂。它们都是由一种或几种简 单的低分子化合物重复连接而成。单的低分子化合物重复连接而成。 由单体聚合为高聚物的基本方法有两种，一种由单体聚合为高聚物的基本方法有两种，一种 是是加聚反应加聚反应；另一种是；另一种是缩聚反应。缩聚反应。 3. 高分子材料的分类高分子材料的分类 高分子材料种类繁多，按工艺性质可分为高分子材料种类繁多，按工艺性质可分为 塑塑 料、橡胶、胶黏剂及纤维料、橡胶、胶黏剂及纤维四类。四类。 塑料：塑料：热塑性热塑性塑料、塑料、热固性热固性塑料塑料 橡胶：橡胶：天然天然橡胶、橡胶、合成合成橡胶橡胶

3、 胶粘剂：胶粘剂：有机有机胶粘剂、胶粘剂、无机无机胶粘剂胶粘剂 纤维：纤维：天然天然纤维、纤维、化学化学纤维纤维 n4. 高分子化合物分子高分子化合物分子链链的几的几何形状和特点何形状和特点 （1）线形结构（）线形结构（2）支链形结构（）支链形结构（3）网）网体体形结构形结构 11.1.2 塑料塑料 n塑料塑料是指以是指以树脂树脂（天然、合成天然、合成）为主要成分，为主要成分，再再加加入其他入其他 添添加剂加剂，在在一一定温度与压力下定温度与压力下塑塑制制成成形形的材料或的材料或制品制品的的总总 称称。 n1塑料的组成塑料的组成 （1）树脂）树脂 树脂树脂是指是指受受热热时时有有软软化或化或熔

4、融范围熔融范围，在软在软化化时受外时受外 力作用下力作用下有有流动倾向流动倾向的高聚物。的高聚物。树脂树脂是组成塑料的是组成塑料的最最基本基本 成成份份，一般，一般树脂所占树脂所占的质量分的质量分数数为为3040。 （2）添）添加剂加剂 n填充填充剂剂提提高塑料的高塑料的力力学性学性能能或或电电性性能能并并降降低低 成本。成本。 增增塑剂塑剂提提高塑料的可塑性高塑料的可塑性和柔软和柔软性。性。 稳定稳定剂剂提提高塑料高塑料在在加工加工和使用中对和使用中对热、热、光光、 氧氧的的稳定稳定性。性。 润滑润滑剂剂提提高塑料高塑料在在加工成加工成形中形中的的流动流动性性和脱和脱 模模性。性。 固化剂固

5、化剂与树脂（与树脂（聚合物聚合物）起）起化学反应，化学反应，形形成成 不不溶溶不不熔熔的的交联网络结构交联网络结构。 着色着色剂剂赋予赋予塑料塑料各各种种色泽色泽。 n2. 塑料的分类塑料的分类 （1）按塑料的热性按塑料的热性能能分类分类 1）热塑性塑料热塑性塑料 2）热固性塑料热固性塑料 （2）按塑料的应按塑料的应用范围用范围分类分类 1）通用）通用塑料塑料 2）工工程程塑料塑料 3）特）特种塑料种塑料 3. 塑料的塑料的特特性性 与与金属材料金属材料相比相比，塑料，塑料具具有有密度小密度小、比强度比强度 高、化学高、化学稳定稳定性性好好、电绝缘电绝缘性性好好、减减振振、耐磨耐磨、 隔声隔声

6、性性能好能好、自自润滑润滑性性好好等等特特性。另性。另外外，塑料，塑料在在 绝绝热性、热性、透透光光性、工艺性性、工艺性能能、生产率生产率、加工成本、加工成本 低低等等方方面也面也比比一般金属材料一般金属材料优越优越。 4. 常常用用塑料的性塑料的性能能及应及应用用 n聚聚乙烯乙烯（PE）：优良优良的的耐蚀耐蚀性、性、绝缘绝缘性。性。低低压压聚聚乙烯乙烯：熔熔 点点、刚刚性、性、硬硬度和强度度和强度都都较较高。高。高高压压聚聚乙烯乙烯：柔软柔软性、性、伸伸 长率长率、冲击冲击强度和强度和透明透明性都性都较较好好。超超高分子质量聚高分子质量聚乙烯乙烯： 冲击冲击强度强度高、高、耐疲劳耐疲劳、耐磨

7、耐磨。低低压压聚聚乙烯乙烯：硬管硬管、板板材、材、 绳索绳索、管道管道、阀件阀件、齿轮齿轮、轴承轴承。高高压压聚聚乙烯乙烯：塑料：塑料薄膜薄膜、 软软管管。超超高高压压聚聚乙烯乙烯：减减磨磨、耐磨件耐磨件及及传传动动件件 n聚聚丙烯丙烯（PP）:密度小密度小，强度强度、刚刚性、性、硬硬度度、耐耐热性热性均优均优 于于聚聚乙烯乙烯，可，可在在100左右左右使用使用。优良优良的的耐蚀耐蚀性、性、良良好好的的 高高频频绝缘绝缘性，不性，不受受湿湿度度影响影响，但低，但低温温发脆发脆，不，不耐磨耐磨，较易较易 老老化化齿轮齿轮、泵叶轮泵叶轮、法、法兰兰、把手把手、接、接头头、仪表盒仪表盒、壳壳体、体、

8、 化工化工管道管道、杀菌容器杀菌容器和和医疗器械等医疗器械等。 n聚聚氯乙烯氯乙烯（PVC）:优良优良的的耐腐蚀耐腐蚀性性和电绝缘和电绝缘性。性。硬硬聚聚氯乙氯乙 烯烯：强度强度高、可高、可在在1560使用使用。软软聚聚氯乙烯氯乙烯：强度强度低、低、 伸长率伸长率大，大，耐腐蚀耐腐蚀性性和电绝缘和电绝缘性性较较低，低，易老易老化，化，耐耐热性热性和和 热热稳定稳定性性差差。在在7580变变软软，超过超过180开始开始分分解薄板解薄板、 薄膜薄膜、耐酸碱耐酸碱软软管管及及电线电线、电电缆包皮缆包皮、绝缘绝缘层层、密密封件封件。 聚聚氯乙烯泡沫氯乙烯泡沫塑料：塑料：隔隔热、热、隔声隔声、防振防振和

9、各和各种种衬垫等衬垫等。 n聚聚苯苯乙烯乙烯（PS）:具具有有良良好好的的耐耐热热蚀蚀、电绝缘电绝缘性性和和透透光光 性，性，刚刚性大，性大，着色着色性性好好。抗抗冲击冲击性性差差、易脆易脆裂裂、耐耐热性不热性不 高，高，最最高高使用温度使用温度不不超过超过80透明件透明件、装饰装饰件件、各各种种仪表仪表 外外壳壳、化工、化工贮贮酸酸槽槽及及电电工工绝缘绝缘材料。材料。 nABS塑料塑料：坚韧坚韧、质、质硬硬、刚刚性性好好齿轮齿轮、泵叶泵叶、轴承轴承、转转向向 盘盘、电电信信器器材、材、仪器仪表仪器仪表外外壳等壳等。 n聚聚酰胺酰胺（PA）:坚韧坚韧、耐磨耐磨、耐疲劳耐疲劳、耐耐油油、抗霉抗霉

10、 菌菌、吸水吸水性大性大柴油柴油机机液液压压泵齿轮泵齿轮、水水泵叶轮泵叶轮、风风 扇扇叶轮叶轮及及螺钉螺钉、螺母螺母、垫垫圈圈、高、高压密压密封封圈圈、输油输油 管管 n聚四聚四氟氟乙烯乙烯（F4）：很高的很高的耐耐热性热性和和耐耐寒寒性，性， 长长期期使用温度范围使用温度范围195250。极极低的低的摩檫系摩檫系数数 （0.04）；优良优良的化学的化学稳定稳定性，几性，几乎乎能能耐耐所所有化有化 学学药药品品的的腐蚀腐蚀；良良好好的的电电性性能能耐蚀泵耐蚀泵、反应、反应器器、 过过滤滤板板、各各类类管管子、子、阀阀门门、接、接头头；减减摩摩自自润滑润滑轴轴 承承、活塞环活塞环等等。 11.1

11、.3 橡胶橡胶 1橡胶的组成橡胶的组成 橡胶是以橡胶是以生生胶胶为基体并加为基体并加入入适适量量配配合剂合剂制制成的高分成的高分 子材料。子材料。 2橡胶的橡胶的特点特点及应及应用用 橡胶的橡胶的特点特点：高高弹弹性、性、良良好好的的耐磨耐磨性性、隔声隔声性性和和阻尼阻尼特特性。性。 缺缺点点：易老易老化化 应应用用：机机械械制制造造中中的的密密封件封件、减减振防振件振防振件；电电气气工工业业中中的的各各种种导导 线线、电电缆缆的的绝缘绝缘件等件等；具具有有耐耐辐射辐射、防振防振、制动制动、导导电电、导磁导磁等等 特特性的橡胶性的橡胶制品制品。 n橡胶的橡胶的保护保护 橡胶橡胶失去弹失去弹性的

12、性的主要主要原因原因是是氧氧化、化、光光辐射辐射和和热热影响影响和和机机械械 疲劳疲劳作用作用。 在在橡胶及橡胶及其制品其制品的非工的非工作作期间期间应应尽尽量量使其使其处处于于松弛松弛状状态态， 避免日晒雨淋避免日晒雨淋，避免避免与与酸酸、碱碱、汽油汽油、油油脂脂及有机及有机溶溶剂接剂接 触触；在在存放存放橡胶及橡胶及其制品时其制品时要要远离远离热热源源，保存环境保存环境温度温度要要 尽尽量量保持保持在在335之间之间，湿湿度度要要尽尽量量保持保持在在5080 之间之间。 n3. 常常用用橡胶橡胶 常常用用橡胶橡胶品品种、性种、性能能及应及应用用 化工化工器械衬器械衬里里、高、高级级密密封件

13、封件、 高高真空真空胶胶件件 优良优良的的耐蚀耐蚀性、性、耐耐油油性、性、耐老耐老化性及化性及耐耐高高温温性性 能能。但。但耐耐寒寒性性较差较差、加工性、加工性能能不不好好、价格价格 昂贵昂贵 氟氟橡胶橡胶 胶胶辊辊、散散热热件件、绝缘绝缘件件抗撕裂抗撕裂性、性、耐老耐老化性、化性、耐耐水水性性均较均较好好。但。但力力学学 性性能能较较低低 乙丙乙丙橡胶橡胶 油箱油箱、耐耐油油胶胶管管、密密封垫封垫圈圈、 印刷印刷胶胶辊辊、耐耐油油运运输输带带 及及减减振振制品制品 耐磨耐磨性、性、耐耐热性、热性、耐老耐老化性、化性、耐耐水水性都性都较较好好。 但但耐耐寒寒性、性、电绝缘电绝缘性、性、耐酸耐酸

14、性性均较差均较差 丁腈丁腈橡胶橡胶 电线电线、电电缆缆的的包皮包皮、胶、胶管管、 输输送带送带等等 具具有有良良好好的的力力学性学性能能、耐耐油油性、性、耐磨耐磨性、性、耐耐热热 性、性、耐耐燃烧燃烧性、性、耐老耐老化性化性等等。但。但耐耐寒寒性性较较 差差，密度密度较较大，成本大，成本较较高高 氯氯丁丁橡胶橡胶 胶胶管管、减减振器振器、刹车刹车皮皮碗碗、 鞋底鞋底等等 是是唯唯一的一的弹弹性高性高于于天然橡胶的合成橡胶。但天然橡胶的合成橡胶。但抗抗 撕裂撕裂性性差差，加工性，加工性能能较差较差 顺丁顺丁橡胶橡胶 轮轮胎胎、胶、胶带带、胶、胶管管、胶、胶布布及及 生生活活用品用品 较较好好的的

15、耐磨耐磨性、性、耐耐热性、热性、耐老耐老化性、化性、价格价格便便 宜宜，可，可与与天然橡胶天然橡胶混混合合使用使用 丁丁本橡胶本橡胶 用用途途主要性主要性能能名名 称称 11.1.4 纤维纤维 n凡凡能能保持保持长长度比度比本本身直径达身直径达100倍倍的的均均匀条匀条状状或或丝丝状状的高的高 分子材料分子材料均均成为成为纤维纤维。纤维。纤维包包括括天然纤维天然纤维和和化学纤维化学纤维。 n目前得到目前得到工工业业生产生产并并能能满足满足以以上上使用使用性性能能的纤维有的纤维有 n（1）锦纶锦纶纤维纤维 （2）涤纶涤纶纤维纤维 （3）腈纶腈纶纤维纤维 （4）丙丙纶纶 （5）凯夫拉凯夫拉（Kevlar）纤维纤维 11.1.5 胶粘剂胶粘剂 n能能把把两两个个固体材料固体材料表面表面粘合粘合在在一一起起，并，并在结在结合合处处具具有有足够足够 的的强度强度的物质的物质称称为为胶粘剂胶粘剂，又又称称粘合剂。粘合剂。作作为胶粘剂为胶粘剂必须必须 具具备备以以下下三个条三个条件件： n 在在粘粘结结过过程中程中胶粘剂胶粘剂能润能润是是被被粘材料，并粘材料，并具具有一有一定定的的 流动流动性，性，容易容易涂涂刷刷在在被被胶物胶物表面表面。 n 在在一一定定的的条条件件（温度（温度、压力和时压力和时间间）下能）下能凝凝固成固成坚坚