4/7第一章常用非金屬材料第一節(jié)塑料材料塑料是一種用途廣泛的合成高分子材料，塑料集金屬的堅硬性、木材的輕便性、玻璃的透明性、陶瓷的耐腐蝕性，橡膠的彈性和韌性于一身，因此除了日常用品外，塑料更廣泛地應用于航空航天、醫(yī)療器械、石油化工、機械制造、國防、建筑等各行各業(yè)。一、塑料的分類塑料種類很多，投入生產的塑料大約有三百多種。1、根據塑料受熱后的性質不同分為熱塑性塑料和熱固性塑料<1）、熱塑性塑料分子結構都是線型結構，在受熱時發(fā)生軟化或熔化，可塑制成一定的形狀，冷卻后又變硬。在受熱到一定程度又重新軟化，冷卻后又變硬，這種過程能夠反復進行多次。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。熱塑性塑料成型過程簡單，能夠連續(xù)化生產，并且具有相當高的機械強度。<2）、熱固性塑料的分子結構是體型結構，在受熱時也發(fā)生軟化，可以塑制成一定的形狀，但受熱到一定的程度或加入少量固化劑后，就硬化定型，再加熱也不會變軟和改變形狀了。熱固性塑料加工成型后，受熱不再軟化，因此不能回收再用，如酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂等都屬于此類塑料。熱固性塑料成型工藝過程比較復雜，所以連續(xù)化生產有一定的困難，但其耐熱性好、不容易變形，而且價格比較低廉。2、根據塑料的用途不同分為通用塑料、工程塑料、<1）、通用塑料是指產量大、價格低、應用范圍廣的塑料，主要包括聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料五大品種。人們日常生活中使用的許多制品都是由這些通用塑料制成。<2）、工程塑料是可作為工程結構材料和代替金屬制造機器零部件等的塑料。例如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS樹脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜、等。工程塑料具有密度小、化學穩(wěn)定性高、機械性能良好、電絕緣性優(yōu)越、加工成型容易等特點，廣泛應用于汽車、電器、化工、機械、儀器、儀表等工業(yè)，也應用于宇宙航行、火箭、導彈等方面。<3）、特種塑料：一般指具有特種功能<如耐熱、自潤滑等），應用于特殊要求的塑料。如聚苯硫醚<PPS）、聚四氟乙烯<PTFE）等氟塑料、聚醚醚酮<PEEK）。聚四氟乙烯(PTFE，即塑料王>，具有的耐腐蝕、耐老化、低摩擦系數及不粘性、耐溫范圍廣、彈性好的特性，應用于制造耐腐蝕要求高，使用溫度高于100℃的密封件。應用在輸送腐蝕性氣體的輸送管、排氣管、蒸汽管，軋鋼機高壓油管，飛機液壓系統(tǒng)和冷壓系統(tǒng)的高中低壓管道，精餾塔、熱交換器，釜、塔、槽的襯里，閥門設備。二、塑料的特性1、塑料具有可塑性塑料的可塑性就是可以通過加熱的方法使固體的塑料變軟，然后再把變軟了的塑料放在模具中，讓它冷卻后又重新凝固成一定形狀的固體。塑料的這種性質也有一定的缺陷，即遇熱時容易軟化變形，有的塑料甚至用溫度較高的水燙一下就會變形，所以塑料制品一般不宜接觸開水。2、塑料具有彈性受到外力拉伸時，卷曲的分子就由柔韌性而被拉直，但一旦拉力取消后，它又會恢復原來的卷曲狀態(tài)，這樣就使得塑料具有彈性，例如聚乙烯和聚氯乙烯的薄膜制品。但是有些塑料是沒有彈性的。3、塑料具有較高的強度玻璃、陶瓷、木材等相比，還是具有比較高的強度及耐磨性。塑料可以制成機器上堅固的齒輪和軸承。4、塑料具有耐腐蝕性塑料既不像金屬那樣在潮濕的空氣中會生銹，也不像木材那樣在潮濕的環(huán)境中會腐爛或被微生物侵蝕，另外塑料耐酸堿的腐蝕。因此塑料常常被用作化工廠的輸水和輸液管道，建筑物的門窗等。5、塑料具有絕緣性塑料的分子鏈是原子以共價鍵結合起來的，分子既不能電離，也不能在結構中傳遞電子，所以塑料具有絕緣性。塑料可用來制造電線的包皮、電插座、電器的外殼等。三、常用塑料①聚氯乙烯<PVC）硬質聚氯乙烯的密度為1.38～1.43g/cm3，機械強度高，化學穩(wěn)定性好，使用溫度范圍一般在-15～+55℃之間，適宜制造塑料門窗、下水管、線槽等。②聚乙烯<PE）聚乙烯塑料在建筑上主要用于給排水管、衛(wèi)生潔具。③聚丙烯<PP）聚丙烯的密度在所有塑料中是最小的，約為0．90左右。聚丙烯常用來生產管材、衛(wèi)生潔具等建筑制品。④聚苯乙烯<PS）EPS：可發(fā)性聚苯乙烯發(fā)泡，泡沫板。聚苯乙烯為無色透明類似玻璃的塑料。聚苯乙烯在建筑中主要用來生產泡沫隔熱材料、透光材料等制品。⑤改性聚苯乙烯塑料ABS<3）ZrO2陶瓷①性能：高強且耐熱性好，導熱率高；室溫下是絕緣體，但在1000℃以上變?yōu)閷w。②應用：用于離子導電材料<電極），傳感及敏感元件及1800℃以上的高溫發(fā)熱體，還可用于熔煉Pt、Pd、Rh等合金的坩堝。3）非氧化物工程陶瓷<1）氮化硅<Si3N4）陶瓷是目前強度最高的陶瓷，并具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和耐磨性。①性能：穩(wěn)定性極好，除氫氟酸外能耐各種酸堿腐蝕，可抵抗熔融有色金屬的侵蝕；氮化硅硬度很高，摩擦系數小<只有0.1~0.2，相當于加油的金屬表面），耐磨性減摩性好<自潤滑性好）；很好的抗熱震性。②應用：，耐磨材料；耐腐蝕的零件<密封環(huán)，高溫軸承）；燃氣輪機葉片；冶金容器和管道；精加工刀具。<2）碳化硅<SiC）陶瓷①性能：最大特點是高溫強度高，在1400℃時抗彎強度仍達(500-600>MPa；且其導熱性好，僅次于BeO陶瓷，熱穩(wěn)定性耐蝕性耐磨性也很好。②應用：主要可用于制作火箭尾噴管的噴嘴、爐管、熱電偶套管，以及高溫軸承、高溫熱交換器、密封圈和核燃料的包封材料等。<2）氮化硼陶瓷A、六方氮化硼①性能：與石墨結構、性能相似，故又稱“白石墨”，具有良好的耐熱導熱性，是理想的散熱和高溫絕緣材料；化學穩(wěn)定性好，具有極好的自潤滑性，其硬度較低，可進行機械加工，作成各種結構的零件。②應用：一般用作熔煉半導體材料坩堝和高溫容器，半導體散熱絕緣件，高溫潤滑軸承和玻璃成型模具等。B、立方氮化硼為立方結構，結構緊密，硬度與金剛石接近，是優(yōu)良的耐磨材料，常用于制作刀具。第三節(jié)復合材料復合材料是由兩種或兩種以上化學性質不同的組分人通過工合成的材料。一類相為基體，起粘結作用，另一類為增強相，是一種多相材料。一、復合材料分類1、按結構分：金屬基復合材料、高分子基復合材料、陶瓷基復合材料。2、按性能分：功能復合材料、結構復合材料。3、按增強相分：顆粒增強復合材料、纖維增強復合材料<玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、SiC纖維等）、層狀增強復合材料。二、復合材料特點1、比強度和比模量大；碳纖維和環(huán)氧樹脂組成的復合材料，其比強度是鋼的7倍，比彈性模量比鋼大3倍。2、耐疲勞性能比較高；例如、碳纖維一聚樹脂復合材料的疲勞極限是抗拉強度的70％－80％，而金屬材料的疲勞極限只有抗拉強度的40％－50％。3、減震性能好；4、耐高溫性能好；高溫強度和彈性模量均較高；例如、LC4鋁合金，在400℃時，彈性模量接近于零，抗拉強度值也從室溫時的500MPa降至30—50MPa。而碳纖維或硼纖維增強組成的復合材料，在400℃時，強度和彈性模量可保持接近室溫下的水平。5、斷裂安全性好；斷裂時應力迅速重新分布，載荷由未斷裂的纖維承擔起來。6、其它性能特點還具有良好的化學穩(wěn)定性、隔熱性、燒蝕性以及特殊的電、光、磁等性能。三、復合材料應用1、顆粒增強復合材料：主要應用于高硬度高耐磨的工具和耐磨零件。3、碳化硅顆粒增強鋁基復合材料<SiCP/Al）：制造大功率發(fā)動機的活塞、連桿；制造火箭、導彈構件構件；理想的精密儀表中高尺寸穩(wěn)定性材料。4、熱塑性玻璃鋼與熱固性玻璃鋼：工程結構。5、碳纖維-樹脂復合材料：主要應用于航空航天、汽車工業(yè)及化學工業(yè)中。6、硼纖維-樹脂復合材料：主要用于航空航天和軍事工業(yè)。7、碳化硅纖維-樹脂復合材料：主要用于航空航天工業(yè)。8、長纖維增強金屬基復合材料：應用航天航空，先進武器和汽車領域。9、鋁基、鎂基復合材料：主要用作高性能的結構材料；10、鈦基耐熱合金及金屬間化合物基復合材料：主要用于制造發(fā)動機零件；11、銅基和鉛基復合材料：特殊導體和電極材料。12、氧化鋁短纖維增強鋁基復合材料：在汽車制造等行業(yè)獲得廣泛應用。13、碳化硅晶須增強鋁基復合材料：航天航空等高技術領域的先進的復合材料。14、短纖維增強金屬基復合材料：用于航空航天航海和軍事等部門。15、晶須增強金屬基復合材料：制造飛機的支架，加強筋，擋板和推桿，導彈上的光學儀器平臺，慣導器件等。16、長纖維增強陶瓷基復合材料目前用于增強陶瓷材料的長纖維主要是碳纖維