機(jī)械基礎(chǔ)4-4非金屬材料

4-4非金屬材料非金屬材料種類繁多，在機(jī)械工程中常用的有工程塑料、橡膠、陶瓷、復(fù)合材料和膠粘劑。按照含碳的化合物來(lái)分為：

有機(jī)高分子材料：橡膠、塑料、膠粘

劑、涂料、潤(rùn)滑材

料等。

無(wú)機(jī)非金屬材料：陶瓷、玻璃、石棉、

石墨等一、工程塑料

工程塑料是一類以天然或合成樹(shù)脂為主要成分，在一定的溫度和壓力下塑制成型，并在常溫下保持其形狀不變的材料。天然樹(shù)脂主要來(lái)源于植物滲（泌）出物的無(wú)定形半固體或固體有機(jī)物。特點(diǎn)是受熱時(shí)變軟，可熔化，在應(yīng)力作用下有流動(dòng)傾向，一般不溶于水，而能溶于醇、醚、酮及其他有機(jī)溶劑。合成樹(shù)脂，是一種人工合成的一類高分子量聚合物。1、塑料的分類（1）、按照塑料受熱表現(xiàn)的行為分：

熱塑性塑料

熱固性塑料①、熱塑性塑料

定義：

是一類可以反復(fù)通過(guò)提高溫度使之軟化，降低溫度使之硬化的材料。

常用類型：尼龍（聚酰胺Nylon）、聚乙烯（

PE）、有機(jī)玻璃（PMMA）。

特點(diǎn)：加工成型簡(jiǎn)單，具有較高的力學(xué)性能，缺點(diǎn)為耐熱性和剛性差。

尼龍制品聚乙烯制品有機(jī)玻璃②、熱固性塑料

定義：加熱時(shí)軟化、然后固化成型，這一過(guò)程不能重復(fù)進(jìn)行。

特點(diǎn)：耐熱性高，受熱不易變形，價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低，強(qiáng)度一般不太好。

應(yīng)用類型：酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、氨基塑料等

酚醛樹(shù)脂也叫電木，又稱電木粉。在日常用語(yǔ)中又稱膠木，是較好的防火材料。原為無(wú)色或黃褐色透明物，市場(chǎng)銷售往往加著色劑而呈紅、黃、黑、綠、棕、藍(lán)等顏色，有顆粒、粉末狀。用做生產(chǎn)燈頭、開(kāi)關(guān)盒等電器產(chǎn)品。環(huán)氧樹(shù)脂是指分子中含有兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的一類聚合物的總稱。氨基樹(shù)脂是指含有氨基或酰氨基的化合物與甲醛反應(yīng)而生成的熱固性樹(shù)脂。（2）、按照習(xí)慣分類：

通用塑料

工程塑料

特種塑料①、通用塑料

常用：聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、酚醛塑料等。

用途：日常生活用品、包裝材料、和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用一般機(jī)械零件。聚氯乙烯是在光、熱作用下按自由基聚合反應(yīng)機(jī)理聚合而成的聚合物聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹(shù)脂。

酚醛塑料俗稱電木粉，是一種硬而脆的熱固性塑料。以酚醛樹(shù)脂為基材的塑料總稱為酚醛塑料，是最重要的一類熱固性塑料，廣泛用作電絕緣材料、家具零件、日用品、工藝品等。②、工程塑料

在工程結(jié)構(gòu)中用做結(jié)構(gòu)材料的塑料。

性能：具有較高的強(qiáng)度或具有耐高溫、耐腐蝕、耐輻射等特殊性能。

常用材料：聚酰胺（尼龍）、聚甲醛（POM）、ABS、有機(jī)玻璃等。聚甲醛(POM)熱塑性結(jié)晶聚合物。被譽(yù)為“超鋼”或者“賽鋼”，又稱聚氧亞甲基。ABS塑料是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三種單體的三元共聚物，三種單體相對(duì)含量可任意變化，制成各種樹(shù)脂。③、特種塑料

是指具有特殊性能和特種用途的塑料，如耐高溫塑料、醫(yī)用塑料等。聚酰亞胺(PI)（耐高溫塑料）

長(zhǎng)期工作溫度在350℃以上,短期可達(dá)450℃,是目前工程塑料中耐高溫性最好的工程塑料,另外它的綜合性能也是其他特種工程塑料無(wú)法比擬的,被世人譽(yù)為“解決問(wèn)題的能手”.耐高溫材料一般就是PPS，LCP和高溫尼龍。PPS（聚苯硫醚）是260度；LCP（液晶聚合物，是一種新型的高分子材料）高的有300-350度的；高溫尼龍是260-290度；a、聚氯乙烯（PVC）用途：血袋、各種插管、導(dǎo)管、管路、人工腹膜等。特點(diǎn)：成本低、應(yīng)用范圍廣、易加工、良好的耐化學(xué)藥品性，力學(xué)性能：熱穩(wěn)定性差。b、聚碳酸酯（PC）用途：血液滲析過(guò)濾器、各種殼體、連接件、外科工具柄、氧氣罐、無(wú)針注射體系、灌注儀器、血液離心機(jī)碗和活塞。特點(diǎn)：韌性、強(qiáng)度、剛性和耐熱蒸汽消毒性好，透明度高。適用于注塑、熔接等成型工藝，易出現(xiàn)應(yīng)力開(kāi)裂。2、塑料的特性與用途

特性：質(zhì)輕，表面密實(shí)光滑。摩擦因數(shù)小，，防水，氣密，耐磨，吸振消聲性好，耐腐蝕性好，絕緣性好以及成型工藝簡(jiǎn)單。

用途：用做絕緣材料、建筑材料、工業(yè)結(jié)構(gòu)材料和零部件、日用品。

二、橡膠

橡膠是一種高分子材料。

特性：具有高的彈性，優(yōu)良的伸縮性能和儲(chǔ)蓄能量的能力，還有良好的耐磨性、隔音性和阻尼特性。橡膠可分為：

天然橡膠

人工橡膠1、天然橡膠

天然橡膠屬于天然樹(shù)脂，是從橡膠樹(shù)的漿汁中制取的。主要成份是聚異戊二烯。

特點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度和回彈性較好。但耐熱性、耐老化性、耐大氣老化性差，不耐臭氧、不耐油和有機(jī)溶劑，易燃燒。2、合成橡膠

合成橡膠是將石油或乙醇、乙炔、天熱氣體或其他產(chǎn)物經(jīng)過(guò)加工、提煉而獲得，并具有類似橡膠性質(zhì)的的合成產(chǎn)物。

常用：丁苯橡膠

氯丁橡膠

聚氨酯橡膠

硅橡膠

氟橡膠丁苯橡膠（SBR)，又稱聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理機(jī)構(gòu)性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡膠，有些性能如耐磨、耐熱、耐老化及硫化速度較天然橡膠更為優(yōu)良，可與天然橡膠及多種合成橡膠并用，廣泛用于輪胎、膠帶、膠管、電線電纜、醫(yī)療器具及各種橡膠制品的生產(chǎn)等領(lǐng)域，是最大的通用合成橡膠品種，也是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的橡膠品種之一。氯丁橡膠（Neoprene），又名氯丁二烯橡膠，新平橡膠。由氯丁二烯（即2-氯-1,3-丁二烯）為主要原料進(jìn)行α-聚合而生產(chǎn)的合成橡膠，被廣泛應(yīng)用于抗風(fēng)化產(chǎn)品、粘膠鞋底、涂料和火箭燃料。聚氨酯橡膠為聚合物主鏈上含有較多的氨基甲酸酯基團(tuán)的系列彈性體材料，實(shí)為聚氨基甲酸酯橡膠，簡(jiǎn)稱為聚氨酯橡膠或氨酯橡膠或聚氨酯彈性體。特性：具有硬度高、強(qiáng)度好、高彈性、高耐磨性、耐撕裂、耐老化、耐臭氧、耐輻射及良好的導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)，是一般橡膠所不能比的。

用途：塑膠場(chǎng)地等硅橡膠硅橡膠是指主鏈由硅和氧原子交替構(gòu)成，硅原子上通常連有兩個(gè)有機(jī)基團(tuán)的橡膠。硅橡膠耐低溫性能良好，可達(dá)零下73℃，仍能正常工作，耐熱性也較好，瞬時(shí)工作溫度可達(dá)300攝氏度。硅橡膠的透氣性好，氧氣透過(guò)率在合成聚合物中是最高的。此外，硅橡膠還具有生理惰性、不會(huì)導(dǎo)致凝血的突出特性，因此在醫(yī)用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

氟橡膠氟橡膠是指主鏈或側(cè)鏈的碳原子上含有氟原子的合成高分子彈性體。性能：優(yōu)異的耐熱性、抗氧化性、耐油性、耐腐蝕性和耐大氣老化性。

應(yīng)用：在航天、航空、汽車、石油和家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，是國(guó)防尖端工業(yè)中無(wú)法替代的關(guān)鍵材料。

三、復(fù)合材料

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料組合而成，二者保留了各自的優(yōu)點(diǎn)，得到單一材料無(wú)法比擬的綜合性能，是新型的工程材料。1、復(fù)合材料的特性a、比強(qiáng)度大（材料強(qiáng)度和密度的比值）；b、化學(xué)穩(wěn)定性好；c、減摩耐磨、自潤(rùn)滑性好；d、隔熱性、燒蝕性好；e、特殊的電、光、磁等性能；2、復(fù)合材料的分類

纖維復(fù)合材料

層疊復(fù)合材料

細(xì)粒復(fù)合材料

骨架復(fù)合材料（1）、纖維復(fù)合材料

纖維復(fù)合材料大部分是纖維和樹(shù)脂的復(fù)合。

根據(jù)所用的纖維和樹(shù)脂不同，可分為玻璃纖維復(fù)合、碳纖維、石墨纖維復(fù)合、晶須復(fù)合等。

玻璃鋼具有優(yōu)良的綜合性能，在航空、國(guó)防、汽車、化工等方面應(yīng)用廣泛。

碳纖維、石墨纖維復(fù)合材料的比強(qiáng)度高、線膨脹系數(shù)小、耐磨、自潤(rùn)滑性好，可用于航空、宇航、原子能工業(yè)中的壓氣機(jī)葉片，發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、軸瓦、齒輪以及眼睛鏡架、魚(yú)竿等。

晶須復(fù)合材料的強(qiáng)度特別高，用晶須與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合的層壓板，可用作渦輪葉片。玻璃鋼碳纖維、石墨纖維復(fù)合材料晶須復(fù)合材料（2）、層疊復(fù)合材料

層疊復(fù)合材料是把兩種以上不同材料層疊在一起。

如：玻璃復(fù)層是把兩層玻璃之間夾一層聚乙烯醇縮丁醛，做安全玻璃使用。

塑料復(fù)層則在普通鋼板或鋁材上復(fù)一層塑料，可提高其耐腐蝕性能，用于化工及食品工業(yè)，如鋁塑管材。

（3）、細(xì)粒復(fù)合材料

一般是粉料之間的復(fù)合。

金屬粒與塑料復(fù)合：如高含量鉛粉的塑料，可用作γ射線的罩屏及隔音材料。

銅粉加入氟塑料：可用作軸承材料。

陶瓷粒與金屬?gòu)?fù)合，如氧化金屬陶瓷，可用作高速切削刀具及高溫耐磨材料。（4）、骨架復(fù)合材料

包括多孔浸漬材料和夾層結(jié)構(gòu)材料。多孔材料浸漬低摩擦因數(shù)的油脂或氟塑料，可做軸承等。

夾層結(jié)構(gòu)材料質(zhì)輕，抗彎強(qiáng)度大，可制作大電機(jī)罩、門板及飛機(jī)機(jī)翼。四、膠粘劑

膠粘劑又稱粘結(jié)劑，它是能把相同和不同材料牢固地黏合在一起的物質(zhì)。它是以富有黏性的物質(zhì)為基礎(chǔ)，加入各種添加劑。

1、膠粘劑的特點(diǎn)

膠接與螺栓連接、鉚接、焊接相比具有如下特點(diǎn)：膠接處應(yīng)力分布均勻；重量輕，可膠接各種材料；膠接處表面光滑、平整，膠縫具有絕緣、密封、耐腐蝕等性能。2、膠粘劑的分類及用途

膠粘劑可分為天然和合成的兩大類。

常用合成膠粘劑分為：

環(huán)氧膠粘劑（萬(wàn)能膠）：廣泛應(yīng)用于船舶、機(jī)械、電子儀表、化工、宇航工業(yè)。

聚氨酯膠粘劑（烏利當(dāng)）：主要應(yīng)用于液氮和液氫容器等低溫設(shè)備的膠接。

特種膠粘劑:主要應(yīng)用于宇航、電子工業(yè)中具有特殊性能要求的零部件的膠接。

環(huán)氧膠粘劑502屬于單組分α－氰基丙烯酸乙酯膠水五、陶瓷

陶瓷是無(wú)機(jī)非金屬材料固體材料，一般可分為傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷兩大類。1、傳統(tǒng)陶瓷

是由黏土、長(zhǎng)石和石英等天然原材料，經(jīng)粉碎、成形和燒結(jié)制成。

用途：日用品、建筑、衛(wèi)生以及工業(yè)上的低壓和高壓電磁、耐酸、過(guò)濾制品。

2、特種陶瓷

是以各種人工化合物（如氧化物、氮化物等）制成的陶瓷，常見(jiàn)的有氧化鋁瓷、