第六章 非金屬材料

1、第六章第六章 非金屬材料非金屬材料6.16.1 高分子材料高分子材料6.26.2 陶瓷材料陶瓷材料6.36.3 復合材料復合材料本章僅作一般了解本章僅作一般了解 6.1 6.1 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，一般在高分子化合物（分子量大，一般在103107）天然高分子材料天然高分子材料 松香、天然纖維、蛋白質(zhì)、天然松香、天然纖維、蛋白質(zhì)、天然橡膠。橡膠。人工合成高分子材料人工合成高分子材料 塑料、合成橡膠、合成纖維塑料、合成橡膠、合成纖維（滌綸等）。（滌綸等）。高聚物結(jié)構(gòu)特點高聚物結(jié)構(gòu)特點 由一種或幾種簡單低分子化合物重復由一種或幾種簡單低分子化

2、合物重復連接而成鏈狀結(jié)構(gòu)。如聚乙烯、聚氯乙烯連接而成鏈狀結(jié)構(gòu)。如聚乙烯、聚氯乙烯分別由乙烯、氯乙烯聚合而成。分別由乙烯、氯乙烯聚合而成。分類分類 塑料、橡膠、纖維。塑料、橡膠、纖維。性能特點性能特點低強度低強度b b100MPa100MPa高彈性高彈性 如橡膠的彈性變形率為如橡膠的彈性變形率為1001000%1001000%，金屬一般為，金屬一般為1% 1% ；低彈性模量低彈性模量 塑料和橡膠分別為金屬的塑料和橡膠分別為金屬的 1/10 1/10 和和 1/1000 1/1000 。高耐磨性高耐磨性 比金屬好，如汽車外輪胎。比金屬好，如汽車外輪胎。高絕緣性高絕緣性低耐熱性低耐熱性低導熱性低導熱

3、性 是金屬的是金屬的1/100 1/1000 1/100 1/1000 高熱膨脹性高熱膨脹性 約為金屬的約為金屬的 310 310 倍倍高耐腐蝕性高耐腐蝕性 耐酸、堿等。耐酸、堿等。老化老化 受氧、光、熱、機械力等長時間作用后，性能逐漸惡化受氧、光、熱、機械力等長時間作用后，性能逐漸惡化。 二、工程塑料二、工程塑料組成組成合成樹脂合成樹脂 高分子化合物，如聚乙烯、酚醛塑料等。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、增塑、固化、潤滑、穩(wěn)定、著色填料或增強、增塑、固化、潤滑、穩(wěn)定、著色、阻燃劑等。、阻燃劑等。分類分類熱塑性塑料熱塑性塑料 加熱軟化，冷卻后又硬化成形，可反復進

4、加熱軟化，冷卻后又硬化成形，可反復進行。加工成型簡便，機械性能較好；耐熱行。加工成型簡便，機械性能較好；耐熱性和剛性較差。如聚乙烯性和剛性較差。如聚乙烯 熱固性塑料熱固性塑料 受熱固化后，不會再受熱軟化。機械性能受熱固化后，不會再受熱軟化。機械性能差；耐熱性和剛性較好。如酚醛樹脂、環(huán)差；耐熱性和剛性較好。如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂。氧樹脂。三、橡膠三、橡膠高彈性，變形量高彈性，變形量1001000%；彈性模數(shù)低，僅；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。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。如，丁苯橡膠、氯丁橡膠。

5、用途用途 輪胎，工業(yè)、生活及醫(yī)療用品。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，輻射等的耐高、低溫，耐酸、堿、油，輻射等的橡膠。橡膠。常用工程塑料常用工程塑料有機玻璃（有機玻璃（PMMA) 密度僅玻璃的一半，密度僅玻璃的一半，b=4250MPa ，比普通玻璃高比普通玻璃高718倍。用于透明件，裝飾件，絕緣件。倍。用于透明件，裝飾件，絕緣件。聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC） b = 3060 MPa ，使用溫度使用溫度-1555。硬。硬PVC 耐油、耐蝕耐油、耐蝕，用于化工管道，電器絕緣材料及電線絕緣層、套管。軟，用于化工管道，電器絕緣材料及電線絕緣層、套管。軟PVC

6、富有彈富有彈性，用作非食品包裝薄膜。性，用作非食品包裝薄膜。聚丙烯聚丙烯 PP 剛性大剛性大, 重量輕，耐熱（重量輕，耐熱（-35121 ），絕緣性優(yōu)越。用于機械零），絕緣性優(yōu)越。用于機械零件（法蘭，齒輪），化工容器、管道，電器外殼等。件（法蘭，齒輪），化工容器、管道，電器外殼等。ABS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, 軸承等軸承等, 電機、儀表外殼，管道，汽車零件及車身。電機、儀表外殼，管道，汽車零件及車身。聚酰胺（聚酰胺（PA, 尼龍）尼龍） 耐磨耐磨, 減摩性及韌性好。耐蝕減摩性及韌性好。耐蝕

7、, 無毒。用于耐磨無毒。用于耐磨, 耐蝕的承耐蝕的承載轉(zhuǎn)動零件（齒輪載轉(zhuǎn)動零件（齒輪, 軸承軸承, 螺釘和螺母等小型零件）。螺釘和螺母等小型零件）。酚醛樹脂（酚醛樹脂（PF） 如熱固性酚醛樹脂（膠木）如熱固性酚醛樹脂（膠木）, 耐磨、性脆；絕緣性好（不小耐磨、性脆；絕緣性好（不小于于10KV）；）；耐熱、不耐堿。用于電器插座，開關(guān)，電話機，儀表盒；耐熱、不耐堿。用于電器插座，開關(guān)，電話機，儀表盒；汽車剎車片汽車剎車片, 內(nèi)燃機曲軸皮帶輪內(nèi)燃機曲軸皮帶輪, 齒輪齒輪, 耐酸泵等；日用非食物器皿。耐酸泵等；日用非食物器皿。6.2 6.2 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)用

8、天然或人工合成的粉狀化合物，經(jīng)過成型和高溫燒結(jié)制成，由無機非金屬過成型和高溫燒結(jié)制成，由無機非金屬化合物（硅酸鹽等）構(gòu)成的多相固體材化合物（硅酸鹽等）構(gòu)成的多相固體材料料性能性能力學性能力學性能 剛性、硬度、脆性大，抗壓強度剛性、硬度、脆性大，抗壓強度 大，抗拉強度、塑韌性低。大，抗拉強度、塑韌性低。 熔點高、高溫下不易氧化，但不耐溫度的急劇變?nèi)埸c高、高溫下不易氧化，但不耐溫度的急劇變化化。耐蝕性、絕緣性好。耐蝕性、絕緣性好。分類及用途分類及用途普通陶瓷普通陶瓷 日用，建筑衛(wèi)生，電器（絕緣），化日用，建筑衛(wèi)生，電器（絕緣），化工等用途。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

9、陶氧化鋁陶瓷、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。，磁性，電光，高溫零件等。電子陶瓷電子陶瓷 電子產(chǎn)品、敏感元件等。電子產(chǎn)品、敏感元件等。6.3 6.3 復合材料復合材料一、概述一、概述復合材料復合材料 兩種（以上）性質(zhì)不同的材料組合而成兩種（以上）性質(zhì)不同的材料組合而成性能特點性能特點 比強度和比剛度高比強度和比剛度高 ，減磨性、耐蝕性好，減磨性、耐蝕性好，但塑韌性較低。但塑韌性較低。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 基體增強相基體增強相 基體基體 非金屬基（樹脂、橡膠、陶瓷），金屬基非金屬基（樹脂、橡膠、陶瓷），

10、金屬基（如，鋼）。（如，鋼）。增強相增強相 纖維，陶瓷或金屬顆粒、夾層。纖維，陶瓷或金屬顆粒、夾層。纖維纖維 玻璃、碳、棉、麻、石棉、硼、碳化硅等玻璃、碳、棉、麻、石棉、硼、碳化硅等纖維。纖維。 103kg/m3 b MN/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)氧樹脂碳纖維環(huán)氧樹脂1.45 1472 137 1015 95 硼纖維鋁硼纖維鋁2.65 981 196 370 74實例實例 玻璃鋼玻璃鋼 玻璃纖維

11、增強塑料玻璃纖維增強塑料鎢鈷類硬質(zhì)合金鎢鈷類硬質(zhì)合金 陶瓷顆粒增強鈷陶瓷顆粒增強鈷輪胎輪胎 纖維增強橡膠纖維增強橡膠鋼筋混凝土鋼筋混凝土 陶瓷基復合材料陶瓷基復合材料多孔性鐵基和青銅基自潤滑襯套多孔性鐵基和青銅基自潤滑襯套 夾層結(jié)構(gòu)夾層結(jié)構(gòu)復合材料復合材料碳纖維碳纖維/鋁錫合金鋁錫合金二、常見復合材料二、常見復合材料 玻璃鋼玻璃鋼增強劑增強劑 玻璃纖維（主要是玻璃纖維（主要是SiOSiO2 2），），比強度和比強度和比模量高，耐蝕，絕緣。比模量高，耐蝕，絕緣。粘結(jié)劑粘結(jié)劑（基體）（基體）熱固性的酚醛、環(huán)氧樹脂，熱固性的酚醛、環(huán)氧樹脂，熱塑性的聚脂。熱塑性的聚脂。性能性能（與基體相比）（與基體相

12、比） ( ( 比比 ) ) 強度，疲勞性強度，疲勞性能，韌性，蠕變抗力高。能，韌性，蠕變抗力高。用途用途 軸承，軸承架，齒輪，車身。軸承，軸承架，齒輪，車身。碳纖維樹脂復合材料碳纖維樹脂復合材料增強劑增強劑 碳纖維碳纖維 ( ( 石墨石墨 ) ) ，強度和，強度和彈性模量高，且彈性模量高，且20002000以上保持不變；以上保持不變；- -180180不變脆。不變脆。 粘結(jié)劑粘結(jié)劑（基體）（基體） 環(huán)氧樹脂，酚醛樹環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，聚四氟乙烯。脂，聚四氟乙烯。性能性能（與基體相比）（與基體相比） 強度，疲勞性強度，疲勞性能，韌性，耐蝕，蠕變抗力高。能，韌性，耐蝕，蠕變抗力高。用途用途 火箭外

13、殼火箭外殼 ，齒輪，軸承，活，齒輪，軸承，活塞，密封圈，化工容器。塞，密封圈，化工容器。硼纖維樹脂復合材料硼纖維樹脂復合材料 增強劑增強劑 硼纖維硼纖維, b=27503140MPa，E=382392MPa（4倍于玻纖）。倍于玻纖）?；w基體 環(huán)氧樹脂等。環(huán)氧樹脂等。性能性能 抗壓、剪切和疲勞強度高，蠕變小，抗壓、剪切和疲勞強度高，蠕變小，硬度和彈性模量高，耐輻射硬度和彈性模量高，耐輻射, 化學穩(wěn)定化學穩(wěn)定（水（水, 有機溶劑有機溶劑, 燃料燃料, 潤滑劑）潤滑劑）, 導熱性能導熱性能和導電性能好。和導電性能好。用途用途 航空和宇航材料。航空和宇航材料。硼纖維金屬復合材料硼纖維金屬復合材料 增強劑增強劑 硼纖維硼纖維, b=27503140MPa，E=382392MPa（4倍于玻纖）。倍于玻纖）。 基體基體 鋁鎂及其合金，鈦及其合金。鋁鎂及其合金，鈦及其合金。性能性能 如鋁基復合材料的強度、彈性如鋁基復合材料的強度、彈性模量、疲勞極限高于高強鋁合金，比強度模量、疲勞極限高于高強鋁合金，比強度高于鋼和鈦合金高于鋼和鈦合金 。用途用途 航空、火箭航空、火箭 。of 6.1of 6.1，2 2，3 & Chapter 63 & Chapter 6名詞概念名詞概念