第6章 材料應(yīng)用 2012年最新華東理工大學(xué)《材料概論》ppt合集(周達(dá)飛)(第二版)

材 料 概 論 6.1 結(jié)構(gòu)材料 6.2 包裝材料 6.3 建筑材料 6.4 功能材料 6.5 生物材料 6.6 化工材料 6.7 農(nóng)用材料 6.8 納米材料 6.9 復(fù)合材料 6.10 其他材料第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2包裝材料 6.2.1玻璃陶瓷包裝 6.2.2金屬包裝 6.2.3塑料包裝第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2包裝材料 產(chǎn)品包裝商品。 美國(guó)包裝協(xié)會(huì)認(rèn)為 “包裝是為產(chǎn)品的運(yùn)出和銷(xiāo)售的準(zhǔn)備行為 ”。 我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中包裝定義為： “為在流通過(guò)程中保護(hù)產(chǎn)品、方便儲(chǔ)運(yùn)、促進(jìn)銷(xiāo)售，按一定技術(shù)方法而采用的容器、材料及輔助物等的總體名稱(chēng)。也指為了達(dá)到上述目的而采用容器、材料和輔助物的過(guò)程中施加一定技術(shù)方法等的操作活動(dòng) ”。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2包裝材料 現(xiàn)代包裝種類(lèi)很多。 如按內(nèi)外層次分有內(nèi)包裝和外包裝； 按包裝功能分有防水包裝、防潮包裝、防霉包裝、防輻射包裝、防盜包裝、防偽包裝等； 按流通中作用分有工業(yè)包裝、商業(yè)包裝和消費(fèi)包裝等。 按包裝所用材料可分為：紙質(zhì)包裝，如紙板包裝、瓦楞紙包裝；木質(zhì)包裝，如木箱包裝、木桶包裝；玻璃包裝；陶瓷包裝；金屬包裝；塑料包裝，如塑料薄膜包裝、塑料容器包裝，以及復(fù)合材料包裝等。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2包裝材料 包裝材料的性能 物理性能：密度、吸濕性、阻隔性、導(dǎo)熱性、隔熱性、耐熱性等。 化學(xué)性能：包裝材料的化學(xué)性能中最重要的是化學(xué)穩(wěn)定性，即包裝材料受外界條件作用，在一定范圍內(nèi)，不易發(fā)生化學(xué)變化的性能?；瘜W(xué)穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在材料的抗老化、抗腐蝕等性質(zhì)上。 力學(xué)性能：包裝材料的力學(xué)性能，主要包括彈性、可塑性、強(qiáng)度、韌性與脆性等。 包裝材料的工藝性能：是指包裝材料在加工、使用過(guò)程中，便于成型或組裝的一些性能。如切削釘著性、可塑性、可鍛性、可焊性、可粘（縫）性、可涂覆印刷性等。幾種包裝材料性能比較示于表 6 4。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2包裝材料 木質(zhì)包裝是指以木材制品和人造木質(zhì)板材制成的包裝的統(tǒng)稱(chēng)。 主要容器有：木箱、木桶、木匣、木夾板、纖維板箱、膠合板箱，以及木制托盤(pán)等。 木質(zhì)包裝一般適用于大型的或較笨重的機(jī)械、五金交電，以及怕壓、怕甩的儀器、儀表等商品的外包裝等。從世界各國(guó)來(lái)看，包裝工業(yè)越發(fā)達(dá)，木質(zhì)包裝在整個(gè)包裝材料中的比重越低。 以紙與紙板為原料制成的包裝，統(tǒng)稱(chēng)為紙質(zhì)包裝。包括紙板箱、瓦楞紙箱、紙盒、紙袋、紙管、紙桶和其他包裝用紙等。 紙質(zhì)包裝應(yīng)用十分廣泛，不僅用于百貨、紡織、五金、電訊器材、家用電器等商品的包裝，還適用于食品、醫(yī)藥、軍工產(chǎn)品等的包裝。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.1玻璃陶瓷包裝 用模子吹制玻璃器皿起源于公元前，后傳到意大利，至 1 2世紀(jì)才建立起吹制玻璃器皿的作坊。 玻璃陶瓷包裝容器是常用的包裝容器之一，盡管它們有易碎、易損、質(zhì)量過(guò)大等缺點(diǎn)，但由于其固有的特點(diǎn)，今天仍然是重要的包裝容器，特別是在食品、飲料的包裝方面需求量還在繼續(xù)上升。 玻璃與陶瓷包裝容器的造型多呈瓶、罐狀，其造型的多變性是任何包裝容器所不及的。 用玻璃與陶瓷容器包裝的食品、飲料，常常作為禮品饋贈(zèng)親友，因而玻璃與陶瓷包裝容器應(yīng)充分注意美化與裝飾。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.1.1玻璃包裝容器 玻璃包裝容器具有下列優(yōu)點(diǎn)： 化學(xué)穩(wěn)定性好，不會(huì)與被包裝的商品產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。 阻隔性、衛(wèi)生性與保存性好。 一般不會(huì)變形。 容易用蓋密封，開(kāi)封后仍可再度緊封。 可制成多種多樣形狀的容器，可著各種顏色。 原料豐富、成本低廉，酒瓶、飲料瓶還可重復(fù)使用。 廣泛用于酒類(lèi)、飲料、調(diào)味品、藥劑、注射劑、化妝品及文教用品的包裝。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.1.2陶瓷包裝容器 陶瓷容器在成型與焙燒時(shí)伴隨著不可避免的收縮與變形，尺寸誤差較大。 陶瓷容器的生產(chǎn)多為間歇式，生產(chǎn)效率低，陶瓷包裝容器一般不再回收復(fù)用，因而成本較高。 陶瓷容器耐沖擊性差，其外包裝和運(yùn)輸成本也較高。 陶瓷容器是以取之不盡的粘土及一些天然礦物、巖石為原料，材料費(fèi)用最低。 陶瓷材料耐熱性、耐火性與隔熱性比玻璃好，且耐酸和耐藥性能優(yōu)良，瓷器無(wú)吸水性，陶器吸水性也很低，陶瓷容器透氣性極低，歷經(jīng)多年不變形、不變質(zhì)，因此，在化學(xué)與食品工業(yè)中作為包裝容器仍是很普遍的。 我國(guó)一些地方風(fēng)味的醬菜、調(diào)味品，至今仍然采用古色古香、鄉(xiāng)上氣息濃厚的陶器包裝，尤其是我國(guó)一些高檔名酒，采用瓷器包裝最近又風(fēng)靡起來(lái)。圖 6 5所示陶瓷瓶典型結(jié)構(gòu)。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.2金屬包裝 金屬包裝是指以黑鐵皮、白鐵皮、馬口鐵等鋼材與鋼板，以及鋁箔、鋁合金等制成的各種包裝容器。如金屬罐、桶、盒、軟管，鋼瓶，噴霧罐等。金屬包裝材料是傳統(tǒng)包裝材料之一。 我國(guó)早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，就采用了青銅制作各種容器。 1809年，一個(gè)名叫尼古拉 阿佩爾的法國(guó)人發(fā)明食品用罐，但他當(dāng)時(shí)用的是玻璃罐。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.2金屬包裝 1814年，一位英國(guó)商人發(fā)明馬口鐵容器，開(kāi)創(chuàng)了金屬包裝的新歷史。 20世紀(jì)初，發(fā)明了用鋼桶來(lái)取代木桶，成為世界貿(mào)易中使用最廣泛的運(yùn)輸包裝容器之一，在 20世紀(jì) 50年代，美國(guó)實(shí)現(xiàn)了鋁質(zhì)二片罐的工業(yè)化生產(chǎn)，稍后，又發(fā)明了鋁質(zhì)易開(kāi)蓋。易開(kāi)蓋和鋁罐以及馬口鐵罐的巧妙結(jié)合，把金屬容器的發(fā)展推向一個(gè)新的高峰。 在我國(guó)，金屬包裝容器的發(fā)展相當(dāng)快。迄今，我國(guó)金屬容器行業(yè)已發(fā)展成為品種基本齊全的、在整個(gè)包裝行業(yè)中舉足輕重的大行業(yè)。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.2金屬包裝 用在包裝上且形成規(guī)模的金屬材料主要有：黑色金屬的薄鋼板、鍍鋅薄鋼板、鍍錫薄鋼板等；有色金屬的鋁板、鋁合金板和鋁箔等。 金屬包裝材料其優(yōu)點(diǎn)有：優(yōu)良的機(jī)械性能、優(yōu)良的阻隔性能、良好的加工性、裝潢美觀性好、回收處理性好、衛(wèi)生性較好。 金屬包裝材料不足之處：化學(xué)穩(wěn)定性較差，在酸、堿、鹽和濕空氣的作用下，易于銹蝕，這在一定程度上限制了它的使用范圍。此缺點(diǎn)彌補(bǔ)的方法是采用涂料。經(jīng)濟(jì)性較差。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.2.1金屬包裝容器 金屬包裝容器主要有 : 金屬罐 金屬桶 金屬箱 金屬?lài)婌F容器 鋁箔袋 金屬軟管等產(chǎn)品第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.3塑料包裝 包裝用的高分子材料主要是塑料，塑料用于包裝，是包裝工業(yè)的一個(gè)重大改革。與傳統(tǒng)包裝材料相比，塑料具有質(zhì)量輕、透明度高、強(qiáng)度大、易加工、耐腐蝕性?xún)?yōu)異、包裝效率高、有利于包裝工業(yè)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.3.1包裝用材料與塑料包裝特點(diǎn) 塑料包裝主要有一般包裝和食品包裝兩類(lèi)。 包裝用塑料材料：主要有聚乙烯（ PE）、聚丙烯（ PP）、聚苯乙烯（ PS）、聚氯乙烯（ PVC）、聚酰胺（ PA，俗稱(chēng)尼龍）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（ PET，俗稱(chēng)聚酯）、聚碳酸酯（PC）、聚偏二氯乙烯（ PVDC）、聚乙烯醇（ PVA）及乙烯醋酸乙烯共聚物（ EVA）等。 包裝塑料用量在塑料中占首位，約占全部熱塑性塑料產(chǎn)量的1/3。塑料包裝材料主要制品有薄膜（袋）、中空容器（瓶、罐、桶等）、周轉(zhuǎn)箱、片材成型容器、泡沫塑料、編織袋、打包帶、合成紙等。塑料包裝約占包裝材料的四分之一，僅次于紙品包裝，其中又以薄膜為最主要。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.3.1包裝用材料與塑料包裝特點(diǎn) 塑料包裝特點(diǎn)： 性能優(yōu)越：塑料在良好的機(jī)械強(qiáng)度，良好的阻隔性與滲透性，良好的透明性和外觀色澤，優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性（耐蝕性）和衛(wèi)生性。 生產(chǎn)成本低廉 塑料原料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉。 儲(chǔ)運(yùn)與使用方便 塑料的密度一般在 1.0g/cm3左右，而玻璃在2.3 3.0g/cm3，金屬密度則更大。從使用方便來(lái)說(shuō)，食品、飲料的軟包裝是典型代表。軟包裝一般不需特別的開(kāi)啟工具，只要撕個(gè)口或插進(jìn)一根塑料管便能取食和飲用。 一般的塑料包裝材料主要缺點(diǎn)是耐熱性較差，使用溫度低于100C，經(jīng)受不了高溫消毒和蒸煮。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.3.2塑料容器 按內(nèi)裝物形態(tài)來(lái)分，可分為液體容器，固體（粉粒的、或碎片狀的）容器及氣體容器等。 按容器形態(tài)來(lái)分，可分為剛性容器（如瓶、罐、箱、盒、盆、桶和杯等），和柔性容器（即軟包裝，如塑料袋、編織袋、網(wǎng)袋等）。 按功能來(lái)分，則有保溫容器、防潮容器、耐壓容器、周轉(zhuǎn)箱等。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.3.4塑料薄膜與軟包裝 軟包裝用的材料，塑料薄膜的應(yīng)用才真正確立了軟包裝的地位。用于包裝的塑料薄膜有： PE薄膜、 PP薄膜、 PVC薄膜、聚酯薄膜、尼龍薄膜等。 按薄膜的制造方法和結(jié)構(gòu)可分為：?jiǎn)螌幽ず蛷?fù)合薄膜。單層膜有吹塑薄膜、流延薄膜、雙向拉伸薄膜等；復(fù)合薄膜有紙塑復(fù)合型、塑塑復(fù)合型、紙鋁塑復(fù)合型等。 按包裝的方法和作用來(lái)分類(lèi)，又可分為真空包裝、收縮包裝、可蒸煮包裝、拉伸包裝等用的薄膜。 用于軟包裝袋的主要有塑料小包裝袋、塑料重包裝袋、塑料編織袋及塑料網(wǎng)袋等。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.2.3.5泡沫塑料與緩沖塊 泡沫塑料是一種以氣體填充的塑料材料。它有較大的可壓縮性、緩沖性、在防震、防破碎包裝中起重要作用。同時(shí)，由于空氣的熱傳導(dǎo)性很小，且又被封閉于塑料中而不能對(duì)流，所以泡沫塑料是一種隔熱、保溫、隔音性能非常優(yōu)良的材料，在冰箱、雪柜、冷藏庫(kù)、冷凍集裝箱等方面廣為應(yīng)用，火車(chē)客車(chē)車(chē)箱、房屋建筑也用它來(lái)作隔熱、保溫、隔音材料。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.6化工材料 6.6.1化工設(shè)備對(duì)材料的一般要求 6.6.2金屬材料的使用 6.6.3無(wú)機(jī)非金屬材料的使用 6.6.4高分子材料的使用第六章 材 料 應(yīng) 用 6.6化工材料 化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，除與原材料的開(kāi)拓、生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)相關(guān)外，生產(chǎn)技術(shù)裝備的研究和開(kāi)發(fā)是一個(gè)關(guān)鍵的因素。 化工材料是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)技術(shù)的手段與保證。化工生產(chǎn)技術(shù)裝備主要包括各種容器（反應(yīng)器、塔器、交換器、干燥器及貯槽等）、各種管道（管材、管件、閥門(mén)、泵等）。而影響各種化工設(shè)備使用效果和壽命主要因素就是所用材料的性能。 化工生產(chǎn)的工藝條件越來(lái)越苛刻，由此對(duì)制造設(shè)備的材料提出了許多新的要求。 有些化工產(chǎn)品生產(chǎn)腐蝕性很大，因此 ， 腐蝕與防腐的問(wèn)題研究已成為各部門(mén)重要課題。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.6.1化工設(shè)備對(duì)材料的一般要求（下頁(yè)續(xù)） 不同性質(zhì)的化工設(shè)備對(duì)所需材料要求不同，根據(jù)設(shè)備使用場(chǎng)合不同，介質(zhì)、溫度、壓力等不同，對(duì)材料的要求是不同的?；ぴO(shè)備材料選用的一般原則為： 耐介質(zhì)的腐蝕性好：材料抵抗周?chē)橘|(zhì)對(duì)其腐蝕破壞的能力稱(chēng)材料的耐腐蝕性，耐腐蝕性不是材料的一個(gè)固定不變的特性，而且隨材料的工作條件而改變。 機(jī)械性能好：機(jī)械強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、斷裂韌性。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.6.1化工設(shè)備對(duì)材料的一般要求（續(xù)上頁(yè)） 耐溫性：除考慮溫度對(duì)腐蝕的影響外，更要考慮機(jī)械性能的變化，反映高溫下材料機(jī)械性能的重要指標(biāo)是材料蠕變和蠕變極限，低溫下則主要考慮脆裂。 制造加工性好：金屬材料的可焊接性、可鍛造性、可鑄造性、可切削性、可熱處理性、可沖壓性能等；無(wú)機(jī)非金屬材料的可注漿性、可擠壓性、可澆鑄性、可壓制性等；高分子材料的可壓制性、可壓延性、可焊接性、可切削性等。 物理性能：密度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、熔點(diǎn)、線膨脹系數(shù)等。 其他要求：價(jià)格、來(lái)源、設(shè)備或零件裝、拆、清理、修理方便等方面的因素第六章 材 料 應(yīng) 用 6.6.2金屬材料的使用 6.6.2.1碳鋼 碳鋼即碳素結(jié)構(gòu)鋼，可分為普通碳素鋼與優(yōu)質(zhì)碳素鋼兩種。 一般化工設(shè)備用鋼，首先要求保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度，因此高等級(jí)碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼及低合金鋼應(yīng)用較多。 此外，壓力設(shè)備用鋼和鍋爐用鋼還要求有良好的塑性，且要求鋼的質(zhì)地均勻，無(wú)時(shí)效傾向，因此一般都選用雜質(zhì)和有害氣體含量較低的低碳鎮(zhèn)靜鋼。 碳鋼存在著不少缺點(diǎn)。首先碳鋼綜合機(jī)械性能不是很高：如強(qiáng)度高的碳鋼，往往韌性較低；韌性好的碳鋼，則強(qiáng)度較差。其次，碳鋼在熱處理淬火的過(guò)程中容易變形，開(kāi)裂。此外，碳鋼耐腐蝕、耐磨、耐熱性較差。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.6.2.2合金鋼 普通合金鋼：與碳鋼相比，機(jī)械強(qiáng)度大大提高，且耐熱性、耐蝕性及低溫性能也有所改善，普通低合金鋼按特性可分為強(qiáng)度鋼、耐蝕鋼、高溫用鋼及低溫用鋼。 合金結(jié)構(gòu)鋼：合金結(jié)構(gòu)鋼的淬透性好，淬火、回火以后可在較大截面上得到較好的性能，強(qiáng)度高，熱處理變形小。因此，應(yīng)用于機(jī)械制造中的重要零件。合金結(jié)構(gòu)鋼有：合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼等。 特殊性能鋼：特殊性能鋼是指具有特殊的物理性能、化學(xué)性能的鋼。屬于這種類(lèi)型的鋼主要有不銹鋼、耐熱鋼等。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.6.2.3鑄鐵 含碳量 2.06的鐵碳合金稱(chēng)鑄鐵。 常用的鑄鐵為普通灰口鑄鐵。由于普通灰口鑄鐵中石墨（碳）可以傳遞壓力，并且能吸收振動(dòng)起避震作用。石墨還有一定的潤(rùn)滑作用，使普通灰口鑄鐵具有較好的耐壓、耐震和耐磨性，且有好的鑄造性能，價(jià)格比鋼便宜，因此鑄鐵的應(yīng)用也很廣泛。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.6.2.4有色金屬 化工設(shè)備中應(yīng)用的有色金屬主要有：銅、鋁、鉛、鈦以及它們的合金。 銅與銅合金的最大特點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)高，常用于制造換熱表面、深冷設(shè)備。 鋁與鋁合金的特點(diǎn)是密度小、質(zhì)輕、塑性好；導(dǎo)熱、導(dǎo)電性好。常用于制造化工設(shè)備中熱交換設(shè)備、深冷設(shè)備中液空吸附過(guò)濾器、分餾塔、耐濃硝酸貯槽、管道、泵、閥門(mén)及各種內(nèi)襯等。 鉛及其合金：不適宜單獨(dú)做化工設(shè)備，主要制造設(shè)備內(nèi)襯等。 鈦及其合金具有高的耐熱性、耐許多介質(zhì)及優(yōu)良的機(jī)械性能，但價(jià)格較貴。常用于制造高溫下耐腐蝕設(shè)備。第六章 材 料 應(yīng) 用 6.6.3無(wú)機(jī)非金屬材料的使用 6.6.3.1化工陶瓷 化工陶瓷產(chǎn)品有塔、貯槽、容器、泵、閥門(mén)、旋塞、反應(yīng)器、攪拌器和管道、管件等。 具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，除氫氟酸、熱磷酸外，在各種有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸、氯化物及溴化物等強(qiáng)氧化性介質(zhì)中均耐蝕。 性脆、沖擊韌性差