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1、材料环：材料环：物质从一种形式转变为另外一种形式、声声不息的过程可以看作是一个循 环圈，我们将之称为材料环：原料的制取预加工工程化生产制品服务期 丢弃/回收 维修：维修：是服役期内的补充制造过程 在很多生产过程中，先是将原材料制成一定规格、一定尺寸的预制件预制件或零件。以下 材料可分别预制成： 1.橡胶管材、片材、皮带、垫圈 2,塑料管材、板材、薄膜 3.金属带钢、角钢、工字钢、钢板、齿轮、垫圈、螺钉、螺母 单体单体经过加成缩合或者聚合缩合得到高分子材料： 1.聚乙烯-乙烯 2.聚苯乙烯-苯乙烯 3.尼龙 66-己二酸和己二胺 4.尼龙 610-己 二酸和癸二胺 5.尼龙 6 是己内酰胺的开环
2、产物 6.酰胺基之间是芳环芳香尼龙 6. 聚酯-对苯二甲酸和乙二醇酯 材料分作四大类材料分作四大类：金属、陶瓷、聚合物和复合材料 黑色金属黑色金属：钢铁又被总称为黑色金属，包括铸铁、钢与其他铁合金。碳含量：钢不超过 2 铸铁 24 有色金属有色金属：主要包括铝、铜、镍、镁、钛和锌。占有色金属总量 90 热固性和热塑性塑料的区别：热固性和热塑性塑料的区别：二者最本质的区别就是分子构造的区别：热塑性分子 构造是非网络的，即线形链或支化链，可以在热或溶剂作用下具有流动性；而热固 性是网络构造。（热塑性塑料）在热活溶剂作用下会变成粘稠的液体，降低温度活 脱去溶剂后就会变成固体，所以热塑性塑料可以反复加
3、工成型。热塑性塑料既可以 是结晶性的，又可以是非结晶性的。（热固性塑料）加热后即发生固化，固化后分 子形成三维交联网络，不能再次回收加工利用。热固性塑料都是非结晶的 韧性韧性：材料在塑性变形过程中吸收能量的能力称为韧性。韧性可以用应力应变曲 线下的面积来度量。 疲劳极限：疲劳极限：在一应力以下，无论应力变化多少周，材料也不会破坏的这一应力 疲劳强度：疲劳强度：材料维持某一周数而不破坏的应力 蠕变蠕变：材料在恒定应力下随时间缓慢塑性形变的过程。影响蠕变断裂的因素：应力、 温度、时间 硬度的测定方法比较硬度的测定方法比较 1.布氏法：压痕面积大，能反映较大范围内材料各组分组成相的综合性能，适合于
4、像灰铸铁和轴承合金这样具有粗大组成相的材料。2.维氏法：测量范围较宽，精度 较布氏高，压痕过小，测试时间过长。3.努氏法：同样压力下压痕比维氏法小，适 用于测极薄材料，丝、带等细长材料。4.肖氏法：操作简便，测量迅速，压痕小， 携带方便，可现场测试；精度较低，两种弹性模量不同的材料不能比较，用于检验 轧辊的质量和大型工件，如机床床面、导轨、曲轴、大齿轮等的硬度。 聚合物和弹性体的硬度一般用邵氏硬度计测定。 线胀系数线胀系数：每度温度升高产生的应变。线胀系数与金属的熔点有关：熔点越高，线 胀系数越低。而金属的熔点又反映了金属键键能的强弱：键能越强，线胀系数越小。键能和线胀系数之间的关系键能和线胀
5、系数之间的关系：由共价键或离子键构成的材料线胀系数最小；金属由 金属键结合，线胀系数居中；聚合物大分子间主要是范德华力，线胀系数最高。 热导率：热导率：就是热流能与温度梯度的比例系数，是热能在材料内部流动能力的度量。 金属材料的热导率较高，无机非金属材料与高分子材料的热导率较低，可作绝热材 料。 温度升高对金属和半导体电阻率的影响温度升高对金属和半导体电阻率的影响：金属随温度升高使原子振动能增加，给电 子的通过增加了困难，即使电子的“平均自由路径”变短。电子自由路径是值电子 在晶体结构中运动不与正离子碰撞或不互相发生碰撞的平均距离。显然，平均自由 路径越短，电子运动越困难，电阻率越高。而在半导
6、体材料中，温度升高使材料内 载流子的数目增加，电阻率降低。 极化：极化：将原子或分子置于电场下，会发生电子云中心的位移，即电荷的重新分布， 这一现象称为极化。非极性分子的极化仅有电子云的偏移引起，故称为电子极化。 非共价键分子如果极性键的排列不对称，就会在分子中产生一个偶极，分子中正电 与负电的中心不重合，因此分子在电场中发生转动：带负电的一端指向阳极，带正 电的一端指向阴极，这一效应称为偶极极化。离子极化：在电场作用下，晶格中的 离子发生位移。 超导体超导体：一些晶体冷却到绝对零度就变成超导体，此时电阻为零。 1.1.软磁材料软磁材料：H 值（磁场强度）很小，B 值（磁流密度）很大。磁滞环面
7、积相对较 小，可通过反复改变外磁场方向不断被磁化与消磁，由于磁性易于消除以及磁性损 耗能量很小，这种材料常用作变压器铁芯、电磁铁等。 2.2.硬磁材料（永磁铁）硬磁材料（永磁铁）：在生产过程中便获得磁性，不能被消磁，具有很大的磁滞 环。 影响结晶度的因素：影响结晶度的因素：一切结构规整的聚合物分子链在适当条件小都可以结晶，结晶 度的高低取决于分子链规整的程度以及外部条件。结构规整性包括化学规整性和立构规整性。1.化学规整性：化学规整性：指链的化学结构和构造的规整性。从组成的角度看应 该是均聚物链，如果是共聚链就不够规整；从几何角度看应为线形链，有支化就不 能算是规整。但一定程度的共聚和支化还是
8、容许的。2.立构规整性：立构规整性：是指构型的规 整性。全同立构与间同立构的分子链具有规整性，能够结晶。无规立构的聚合物一 般不能结晶。但如果聚合物链上侧基尺寸较小，对旋光立构的要求不少那么严格， 均可结晶。 高密度聚乙烯高密度聚乙烯基本上为线形分子，结晶度高，熔点为 136；而低密度聚乙烯低密度聚乙烯的分 子链有较高的支化度，结晶度低，熔点只有 110。低密度聚乙烯适用于薄膜，纸 张的涂层，导线包裹等非结构应用，而高密度聚乙烯则应用于注射制品、容器、地 下管线等。 ABSABS：即丙烯腈、丁二烯与苯乙烯的三元共聚物。具有较高的韧性和良好的加工流 动性 氟塑料氟塑料：聚四氟乙烯是化学稳定性最高
9、的塑料，具有塑料王之称。可以耐任何酸碱 及氧化剂。聚四氟乙烯的分子结构具有光滑的表面，所以它是最好的防沾材料，许 多食品与卫生器具都用它作防沾表面处理。聚四氟乙烯的流动性能差，不能进行熔 体加工而只能烧结成型 PETPET 纤维就是涤纶、尼龙的学名是聚酰胺纤维就是涤纶、尼龙的学名是聚酰胺热塑性塑料：热塑性塑料：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯(PVC)、苯乙烯系塑料、氟 塑料、尼龙（PA）、聚酯(PU)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺（PI） 热固性塑料：热固性塑料：酚醛、不饱和聚酯 热固性塑料主要加工方法：热固性塑料主要加工方法：注射成型、压制成型、浇铸；热塑性塑料热塑性塑料：挤出成型、
10、 注射成型、压延 注射加工方法的优点注射加工方法的优点：是制造单件制品的最方便方法，使用最多的是热塑性塑料。 同挤出一样，可以向模具中注射一种物料，也可以从两个机筒注射两种物料。注射 成型可以与发泡过程同时进行。反应注射是注射成型的一个变种，物料在模具中反 应、固化、成型，发泡过程自动形成一个压力，而反应热又自动加速固化反应，使 整个反应成型过程在短时间内结束，最适合制造大型制品，如汽车保险杠，仪表盘 等。 天然橡胶天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯。优点：强度高、弹性大、抗氧化性能好；缺点： 不耐老化，易受光、氧、热的侵害。 硫化的作用：硫化的作用：橡胶与硫磺作用的过程称为硫化。加入硫磺后，在邻
11、近分子链的双键 之间形成硫链，使材料发生了交联。交联将使聚戊二烯分子链用化学键连在一起提 高了强度，同时控制了分子间的滑移，产生了巨大弹性，同时降低了双键的数量， 提高了抗氧化性能 合成橡胶合成橡胶：1.丁苯橡胶是丁二烯与苯乙烯的无规共聚物，可以根据苯乙烯含量调节 强度与弹性，性能接近天然橡胶、价格低廉，主要应用是轮胎，还用于导管、垫圈、 传送带等。2.丁晴橡胶是丁二烯与丙烯晴的共聚物，优异的耐油性，专门用于石油 产品的传送与密封。3.氯丁橡胶是氯化丁二烯的聚合物，优点是耐候性、耐光照和 耐溶剂，缺点是电绝缘性差，多用于汽车上的垫圈与导管。4.顺丁橡胶是顺式聚丁 二烯的聚合物，性能与天然橡胶相
12、仿，但价格稍高，只作为其他橡胶的添加剂，改 善滞后性与耐臭氧性质。5.丁基橡胶的主要成分是异丁烯，含少量的异戍二烯，具 有极佳的空气阻隔性和耐臭氧性质，广泛用于制作充气内胎。6.乙丙橡胶主要是乙 烯与丙烯的共聚物，具有优异的耐候性，抗老化性与电绝缘性，缺少耐溶剂性。7. 硅橡胶实际上是无机聚合物，具有极高的热稳定性，用于印刷工业。 嵌段共聚物：嵌段共聚物：由化学结构不同的链段交替聚合而成的线型共聚物。最熟知的线性或 星形的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS） 增强纤维各自的特性增强纤维各自的特性：1.硼纤维：用硼纤维增强的聚合物复合材料有具有比铝还轻 的质量、比钢还高的强度和刚度，产物直
13、径 100-140m，相对密度 2.32.6，拉伸 强度 3.65GPa,模量 400GPa，在航空、航天行业中仍然有较大市场，但价格高。2. 碳化硅纤维：产物直径 140m，密度 3Mg/m3，拉伸强度 2.8-4.6GPa,模量 400GPa，价格比硼纤维和碳纤维都低。3.碳纤维：有优异的抗蠕变和耐疲劳性能， 并有突出的热稳定性，导热性能超过大部分金属，仅次于铝，不存在内应力问题， 不需要退火。直径 0.008mm-0.01mm,拉伸强度 1.72GPa-3.1GPa,模量 193- 517GPa。4.芳香尼龙：高韧性、高模量、高强度、低密度。5.陶瓷纤维：氧化物、 碳化物、氮化物都可以制
14、成连续纤维和不连续纤维，强度高，使用温度高，陶瓷纤 维多用于金属基复合材料。6.玻璃纤维：E 玻璃：价格低，可以在较低温度下操作， 用于电气场合；S 玻璃：高强度。7.金属纤维：金属很少作为聚合物的增强材料。 其在聚合物基复合材料中最大应用是制造夹心材料中的蜂窝结构，最常用的是铝。碳纤维与石墨纤维的区别碳纤维与石墨纤维的区别：碳纤维和石墨纤维之间无严格的分界线，区别仅在于碳 化程度及石墨化程度的高低。为区别两种纤维，人们作出约定：凡碳含量在 92%95%之间，模量在 344GPa 以下的为碳纤维，碳含量在 99%以上，模量在 344GPa 以上的为石墨纤维。另一种方法是根据热解的温度，在 13
15、00C 左右热解的 为碳纤维，在 1900C 以上热解的为石墨纤维（石墨纤维的模量高） 高性能类热固性树脂基高性能类热固性树脂基可分为三类：中温型、高温型、中温高强型。中温型代表是 酚醛酚醛：其加工比较困难，在固化时产生缩合水，造成气孔，降低材料强度。但酚醛 树脂耐温性强，具有良好的炭化强度（即炭化后仍具有强度），燃烧时很少发烟， 很少释放有害气体。用于制造飞机内壁，火箭上重要的烧蚀材料，如尖锥、喷管、 发动机外壳等。 树脂基复合材料的加工特点树脂基复合材料的加工特点：1.模面成型：手工涂敷只需简单模具，现场施工，室 温固化；喷涂模塑法可大大加快涂敷速度，混合过程与浸润过程同时发生，室温固 化
16、，适合制造大型制品，如船体、浴缸。2.模压成型：特别适合制造大型热塑性制 品，因为热塑性塑料熔体粘度大，温度高，不适宜手工成型。真空成型：省却了昂 贵的金属模具。3.缠绕成型：缠绕法能得到最高的比强度，达到最高的玻璃纤维含 量（85%），缠绕制品都是对内径有要求而对外径无限制的。4.挤拉成型：适合生 产固定截面的制品，截面可以是任意形状。5.纤维编织：如果纤维是单轴取向的， 平行于纤维方向的强度和模量极高，而垂直于纤维方向的性质很差。为适应不同的 受力情况，可以将不同取向的纤维迭合在一起，至少可以保证在两维上各向同性， 为了得到三维上各向同性，需要预先将纤维编织，使之在三维方向上的取向均等。 热冲击及影响因素：热冲击及影响因素：指材料经历温度突变。因素：弹性模量、线胀系数、热导率、 拉伸强度、断裂韧性、陶瓷的孔隙率、颗粒尺寸。对热冲击性而言，热导率越大越 好，线胀系数越小越好。 冷等静压的特点冷等静压的特点：可以比较方便的提高成型压力；由于坯体各向受压力均匀，其密 度高而且均匀，烧成收缩小，因而不易变形；模具方便，寿命长，成本
