機(jī)械工程材料 第十一章 高分子材料

1、第十一章高分子材料第十一章高分子材料第一節(jié)工程塑料第一節(jié)工程塑料第二節(jié)工程橡膠第二節(jié)工程橡膠第一節(jié)工程塑料第一節(jié)工程塑料一、工程塑料概述一、工程塑料概述工程塑料工程塑料是指具有耐熱、耐寒及良好的力學(xué)、電氣、是指具有耐熱、耐寒及良好的力學(xué)、電氣、化學(xué)等綜合性能，可以作為結(jié)構(gòu)材料用來制造機(jī)器化學(xué)等綜合性能，可以作為結(jié)構(gòu)材料用來制造機(jī)器零件或工程構(gòu)件的塑料總稱。零件或工程構(gòu)件的塑料總稱。 塑料塑料是是以以樹脂樹脂為主要組分，加入各種添加劑，可塑制為主要組分，加入各種添加劑，可塑制成型的材料。成型的材料。 （一）塑料的組成和分類（一）塑料的組成和分類1.塑料的組成塑料的組成 由由樹脂樹脂和各種和各種添

2、加劑添加劑組成。組成。（1）樹脂）樹脂 樹脂是塑料的主要組分。樹脂是塑料的主要組分。對(duì)塑料性能起決定性作用。對(duì)塑料性能起決定性作用。樹脂分為樹脂分為天然樹脂天然樹脂和和合成樹脂。合成樹脂。 工業(yè)上常用的是工業(yè)上常用的是合成樹脂。合成樹脂。如聚乙烯如聚乙烯 、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、酚醛、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、酚醛樹脂等樹脂等 （2）添加劑）添加劑為改善塑料某些性能而必須加入的物質(zhì)稱為改善塑料某些性能而必須加入的物質(zhì)稱添加劑添加劑。 填料填料：增強(qiáng)作用；：增強(qiáng)作用； 增塑劑增塑劑：提高樹脂的可塑性和柔軟性；：提高樹脂的可塑性和柔軟性； 固化劑固化劑：使熱固性樹脂由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型

3、結(jié)：使熱固性樹脂由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié) 構(gòu)；構(gòu)； 穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑：防止塑料老化，延長其使用壽命；：防止塑料老化，延長其使用壽命； 潤滑劑潤滑劑：防止塑料加工時(shí)粘模具上：防止塑料加工時(shí)粘模具上, , 使制品光亮；使制品光亮； 著色劑著色劑：塑料制品著色。：塑料制品著色。 發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑、抗靜電劑等。發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑、抗靜電劑等。 2、塑料的分類、塑料的分類 l 按按樹脂受熱時(shí)行為樹脂受熱時(shí)行為可分為可分為熱塑性塑料熱塑性塑料和和熱固性塑熱固性塑料料。 l 按按使用范圍使用范圍可分為可分為通用塑料通用塑料、工程塑料工程塑料和和特種塑特種塑料料。(1)(1)通用塑料通用塑料產(chǎn)量大、價(jià)格低

4、、用途廣。產(chǎn)量大、價(jià)格低、用途廣。 (2)(2)工程塑料工程塑料力學(xué)性能高，耐熱、耐蝕性能好。力學(xué)性能高，耐熱、耐蝕性能好。是指具有某些特殊性能如耐高溫、耐腐是指具有某些特殊性能如耐高溫、耐腐蝕的塑料，這類塑料產(chǎn)量少，價(jià)格貴，只用于特蝕的塑料，這類塑料產(chǎn)量少，價(jià)格貴，只用于特殊需要的場(chǎng)合。殊需要的場(chǎng)合。 （二）塑料的特性（二）塑料的特性塑料的優(yōu)點(diǎn)塑料的優(yōu)點(diǎn)： 相對(duì)密度小相對(duì)密度小( (一般為一般為0.9 2.3)0.9 2.3)；耐蝕性、電絕緣；耐蝕性、電絕緣性、減摩、耐磨性好；有消音吸振性能性、減摩、耐磨性好；有消音吸振性能 。塑料的缺點(diǎn)塑料的缺點(diǎn)：剛性差剛性差( (為鋼鐵材料的為鋼鐵材料的

5、1/1001/10)1/1001/10)，強(qiáng)度低；耐熱性，強(qiáng)度低；耐熱性差、熱膨脹系數(shù)大（是鋼鐵的差、熱膨脹系數(shù)大（是鋼鐵的1010倍）、導(dǎo)熱系數(shù)小倍）、導(dǎo)熱系數(shù)小( (只只有金屬的有金屬的1/2001/600)1/2001/600)；蠕變溫度低、易老化。；蠕變溫度低、易老化。二、熱塑性工程塑料及應(yīng)用二、熱塑性工程塑料及應(yīng)用（一）聚烯烴類塑料（一）聚烯烴類塑料1、聚乙烯、聚乙烯(PE)可作為化工設(shè)備與貯罐的耐腐蝕涂層襯里、化工可作為化工設(shè)備與貯罐的耐腐蝕涂層襯里、化工耐腐蝕管道、閥件、襯套、耐腐蝕管道、閥件、襯套、滾動(dòng)軸承保持器滾動(dòng)軸承保持器等。等。還可以用來制造還可以用來制造小齒輪小齒輪、軸

6、承軸承等；電纜包皮；食等；電纜包皮；食品包裝袋、奶瓶、食品容器。品包裝袋、奶瓶、食品容器。全塑球閥全塑球閥PE管材管材 2、聚氯乙烯、聚氯乙烯 （PVC）產(chǎn)量?jī)H次于產(chǎn)量?jī)H次于PE，是最早工業(yè)化生產(chǎn)的塑料品種之一。，是最早工業(yè)化生產(chǎn)的塑料品種之一。硬質(zhì)聚氯乙烯硬質(zhì)聚氯乙烯具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較好的耐蝕性。具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較好的耐蝕性。制品有管、板、棒、焊條、管件、離心泵、通風(fēng)機(jī)制品有管、板、棒、焊條、管件、離心泵、通風(fēng)機(jī)等。等。軟質(zhì)聚氯乙烯軟質(zhì)聚氯乙烯延伸率高，制品柔軟，并具有良好的延伸率高，制品柔軟，并具有良好的耐蝕性和電絕緣性，常制成薄膜，用于工業(yè)包裝、耐蝕性和電絕緣性，常制成薄膜，用于

7、工業(yè)包裝、農(nóng)業(yè)育秧和日用雨衣、臺(tái)布等，還可用于制作耐酸農(nóng)業(yè)育秧和日用雨衣、臺(tái)布等，還可用于制作耐酸堿軟管、電纜包皮、絕緣層等。堿軟管、電纜包皮、絕緣層等。3、聚丙烯、聚丙烯 （PP）聚丙烯聚丙烯具有優(yōu)良的電絕緣性能和耐蝕性能具有優(yōu)良的電絕緣性能和耐蝕性能，在，在常溫下能耐酸、堿，所以經(jīng)常常溫下能耐酸、堿，所以經(jīng)常制作成導(dǎo)線外皮制作成導(dǎo)線外皮。力學(xué)性能、耐熱性（可達(dá)力學(xué)性能、耐熱性（可達(dá)150）在通用熱塑料）在通用熱塑料中最高。中最高。 聚丙烯的聚丙烯的沖擊韌性差，耐低溫及抗老化性也差沖擊韌性差，耐低溫及抗老化性也差。聚丙烯可用于制作某些零部件，如法蘭、齒輪、聚丙烯可用于制作某些零部件，如法蘭、

8、齒輪、風(fēng)扇葉輪、泵葉輪、把手及殼體等，還可制作化風(fēng)扇葉輪、泵葉輪、把手及殼體等，還可制作化工管道、容器、醫(yī)療器械等。工管道、容器、醫(yī)療器械等。 4、聚苯乙烯（、聚苯乙烯（PS） 剛度大、耐蝕性好、電絕緣性好，缺點(diǎn)是抗沖擊剛度大、耐蝕性好、電絕緣性好，缺點(diǎn)是抗沖擊性差，易脆裂、耐熱性不高。性差，易脆裂、耐熱性不高。產(chǎn)量?jī)H次于產(chǎn)量?jī)H次于PE、PVC?？勺鳛楦鞣N儀表外殼、汽車燈罩、化工貯。可作為各種儀表外殼、汽車燈罩、化工貯酸槽等。酸槽等。（二）（二）ABS塑料塑料硬、韌、剛硬、韌、剛 的特性，綜合機(jī)械性能良好，同時(shí)尺寸的特性，綜合機(jī)械性能良好，同時(shí)尺寸穩(wěn)定，容易電鍍和易于成形，耐熱性較好，在穩(wěn)定，

9、容易電鍍和易于成形，耐熱性較好，在40的低溫下仍有一定的機(jī)械強(qiáng)度。的低溫下仍有一定的機(jī)械強(qiáng)度。 常用來制造齒輪、泵葉片、軸承、把手、管道、貯槽常用來制造齒輪、泵葉片、軸承、把手、管道、貯槽內(nèi)襯、電機(jī)外殼、儀表盤、蓄電池槽、水箱外殼、冷內(nèi)襯、電機(jī)外殼、儀表盤、蓄電池槽、水箱外殼、冷藏庫和冰箱襯里等。藏庫和冰箱襯里等。（三）其它熱塑性塑料（三）其它熱塑性塑料1、聚碳酸酯、聚碳酸酯 （PC） 譽(yù)稱譽(yù)稱透明金屬透明金屬，具有優(yōu)良的綜合性能。，具有優(yōu)良的綜合性能。具有強(qiáng)度高、剛具有強(qiáng)度高、剛性好、耐沖擊、耐磨和尺寸穩(wěn)定性好，是良好的摩擦傳動(dòng)性好、耐沖擊、耐磨和尺寸穩(wěn)定性好，是良好的摩擦傳動(dòng)零件材料，零件

10、材料， 如軸承、齒輪、齒條、蝸輪，也可做金剛砂磨輪粘結(jié)劑。如軸承、齒輪、齒條、蝸輪，也可做金剛砂磨輪粘結(jié)劑。在航空及宇航工業(yè)中，是一種不可缺少的制造信號(hào)燈、擋在航空及宇航工業(yè)中，是一種不可缺少的制造信號(hào)燈、擋風(fēng)玻璃，座艙罩、帽盔等的重要材料。風(fēng)玻璃，座艙罩、帽盔等的重要材料。 2、有機(jī)玻璃、有機(jī)玻璃 （PMMA）是目前最好的透明材料，透光率是目前最好的透明材料，透光率92%以上，比普通玻璃好。以上，比普通玻璃好。用于制造具有一定透明度和強(qiáng)度的零件，如油標(biāo)、油杯、用于制造具有一定透明度和強(qiáng)度的零件，如油標(biāo)、油杯、化學(xué)鏡片、設(shè)備標(biāo)牌、透明管道、飛機(jī)、船舶、汽車的座化學(xué)鏡片、設(shè)備標(biāo)牌、透明管道、飛機(jī)

11、、船舶、汽車的座窗和儀器儀表部件、電氣絕緣材料以及各種文具、生活用窗和儀器儀表部件、電氣絕緣材料以及各種文具、生活用品等。品等。3、聚甲醛、聚甲醛 （POM） 具有優(yōu)良的綜合性能，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到具有優(yōu)良的綜合性能，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到70MPa，可在可在104以下長期使用，脆化溫度以下長期使用，脆化溫度-40，吸水，吸水性極小，尺寸穩(wěn)定性高，但熱穩(wěn)定性差，遇火會(huì)性極小，尺寸穩(wěn)定性高，但熱穩(wěn)定性差，遇火會(huì)燃燒，在大氣中暴曬還會(huì)老化。燃燒，在大氣中暴曬還會(huì)老化。聚甲醛塑料價(jià)格低廉，性能優(yōu)于尼龍，可代替有聚甲醛塑料價(jià)格低廉，性能優(yōu)于尼龍，可代替有色金屬和合金，并逐步取代尼龍制作軸承、襯套色金屬和合金，并逐

12、步取代尼龍制作軸承、襯套等。等。用量最大的是汽車工業(yè)。用量最大的是汽車工業(yè)。4、聚酰胺、聚酰胺 （PA，又稱尼龍或錦綸），又稱尼龍或錦綸）是目前機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類工程塑料。是目前機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類工程塑料。機(jī)械強(qiáng)度很高，耐磨減摩，自潤滑性能好，而且機(jī)械強(qiáng)度很高，耐磨減摩，自潤滑性能好，而且耐油、耐蝕、消聲、減振。耐油、耐蝕、消聲、減振。大量用于制造小型零件，代替非鐵（有色）金屬大量用于制造小型零件，代替非鐵（有色）金屬及其合金。尼龍易吸水，吸水后性能和尺寸變化及其合金。尼龍易吸水，吸水后性能和尺寸變化大。大。5、聚四氟乙烯、聚四氟乙烯 （F-4、PTFE）俗稱俗稱氟塑料、塑料王

13、氟塑料、塑料王，商品名稱，商品名稱特氟隆特氟隆。聚四氟。聚四氟乙烯具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性，故有乙烯具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性，故有“塑料之王塑料之王”之稱。具有非常優(yōu)良的耐高、低溫性能，缺點(diǎn)是強(qiáng)之稱。具有非常優(yōu)良的耐高、低溫性能，缺點(diǎn)是強(qiáng)度低。度低。 主要用來制作化工機(jī)械上的各種零部件，如管道、主要用來制作化工機(jī)械上的各種零部件，如管道、反應(yīng)器、活門、閥門、泵等，還廣泛用于高頻電子反應(yīng)器、活門、閥門、泵等，還廣泛用于高頻電子儀器的絕緣，還可用來制作各種墊圈、閥座、閥瓣、儀器的絕緣，還可用來制作各種墊圈、閥座、閥瓣、軸承、活塞環(huán)等。軸承、活塞環(huán)等。 三、熱固性工程塑料及應(yīng)用三、熱固性工程塑料及應(yīng)用（

14、一）酚醛塑料（一）酚醛塑料(PF)具有較高的強(qiáng)度和硬度、耐熱性、耐磨性、耐蝕性及具有較高的強(qiáng)度和硬度、耐熱性、耐磨性、耐蝕性及良好的絕緣性。良好的絕緣性。主要用于制造齒輪、軸承等結(jié)構(gòu)件和各種電氣絕緣主要用于制造齒輪、軸承等結(jié)構(gòu)件和各種電氣絕緣零件，可用來做涂料、膠粘劑和日常生活用的電木零件，可用來做涂料、膠粘劑和日常生活用的電木制品（制品（插頭、開關(guān)、電話機(jī)外殼插頭、開關(guān)、電話機(jī)外殼等），也可制作汽等），也可制作汽車的剎車片，化學(xué)工業(yè)用耐酸泵，紡織工業(yè)用無聲車的剎車片，化學(xué)工業(yè)用耐酸泵，紡織工業(yè)用無聲齒輪及制作玻璃鋼、模壓塑料等。齒輪及制作玻璃鋼、模壓塑料等。 （二）環(huán)氧塑料（二）環(huán)氧塑料(E

15、P)以環(huán)氧樹脂為基，加入各種添加劑經(jīng)固化處理形以環(huán)氧樹脂為基，加入各種添加劑經(jīng)固化處理形成的熱固性塑料。有成的熱固性塑料。有“萬能膠萬能膠”之稱。之稱。具有比強(qiáng)度高、耐熱性、耐蝕性、絕緣性及加工具有比強(qiáng)度高、耐熱性、耐蝕性、絕緣性及加工成型性好的特點(diǎn)。成型性好的特點(diǎn)。 主要用于制作塑料模具、精密量具、電子儀器的主要用于制作塑料模具、精密量具、電子儀器的抗振護(hù)封的整體結(jié)構(gòu)以及電氣、電子元件、線圈的抗振護(hù)封的整體結(jié)構(gòu)以及電氣、電子元件、線圈的灌封，還可用作清漆、澆鑄塑料、層壓塑料及電絕灌封，還可用作清漆、澆鑄塑料、層壓塑料及電絕緣材料等。緣材料等。 （三）有機(jī)硅塑料（三）有機(jī)硅塑料有機(jī)硅樹脂的熱穩(wěn)

16、定高，耐高溫老化和耐熱性很有機(jī)硅樹脂的熱穩(wěn)定高，耐高溫老化和耐熱性很好，具有優(yōu)良的電絕緣性，特別是高溫下電絕緣好，具有優(yōu)良的電絕緣性，特別是高溫下電絕緣性好，耐稀酸、稀堿、耐有機(jī)溶劑，主要用于壓性好，耐稀酸、稀堿、耐有機(jī)溶劑，主要用于壓制工作溫度達(dá)制工作溫度達(dá)180200的電絕緣零件。的電絕緣零件。 第二節(jié)第二節(jié) 工程橡膠工程橡膠一、橡膠材料概述橡膠橡膠是以高分子化合物為基礎(chǔ)的、具有顯著高彈是以高分子化合物為基礎(chǔ)的、具有顯著高彈性的材料。以性的材料。以生膠生膠為原料加入適量的為原料加入適量的配合劑配合劑而形而形成的高分子彈性體。成的高分子彈性體。（一）橡膠的組成和分類（一）橡膠的組成和分類1.

17、1.橡膠的組成橡膠的組成生膠生膠橡膠主要組分橡膠主要組分，是決定橡膠制品性能的關(guān)鍵因素。，是決定橡膠制品性能的關(guān)鍵因素。 配合劑配合劑 提高和改善橡膠制品的各種性能而加入的物質(zhì)。提高和改善橡膠制品的各種性能而加入的物質(zhì)。主要有主要有硫化劑（相當(dāng)于固化劑）硫化劑（相當(dāng)于固化劑）、防老劑防老劑、軟化劑軟化劑、著色劑著色劑等。等。 2.橡膠的分類橡膠的分類 按原料來源：按原料來源：天然橡膠天然橡膠和和合成橡膠；合成橡膠；按應(yīng)用范圍：按應(yīng)用范圍：通用橡膠通用橡膠與與特種橡膠。特種橡膠。通用橡膠通用橡膠是指用于制造輪胎、工業(yè)用品、日是指用于制造輪胎、工業(yè)用品、日常用品的量大面廣的橡膠。常用品的量大面廣的橡膠。特種橡膠特種橡膠是指用于制造在特殊條件（高溫、是指用于制造在特殊條件（高溫、低溫、酸、堿、油、輻射等）下使用的零部件低溫、酸、堿、油、輻射等