1《金屬材料及熱處理》項(xiàng)目3：非金屬材料與新型材料知識(shí)點(diǎn)3.1：

認(rèn)識(shí)高分子材料122一、塑料《金屬材料及熱處理》

以樹脂為基材，按需要加入適當(dāng)助劑，組成配料，借助成型工具，可以在一定溫度和壓力下塑制成一定形狀和尺寸，經(jīng)冷卻變硬或在成型的溫度下交聯(lián)固化變硬，成為能保持這種形狀和尺寸的制品，這樣的材料稱為塑料。33一、塑料《金屬材料及熱處理》（1）合成樹脂

是由低分子化合物通過縮聚或加聚反應(yīng)合成的高分子化合物，如酚醛樹脂、聚乙烯等，是塑料的主要組成，也起粘接劑作用。

（2）添加劑

為改善塑料的性能而加入的其它組成主要有：

①填料或增強(qiáng)材料填料在塑料中主要起增強(qiáng)作用或降低成本。

②固化劑可使樹脂具有體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，成為較堅(jiān)硬和穩(wěn)定的塑料制品。

③增塑劑用以提高樹脂可塑性和柔性的添加劑。

④穩(wěn)定劑用以防止受熱、光等的作用使塑料過早老化。⑤著色劑使塑料制品具有美觀色彩并適合某些使用要求，通常在塑料中加入有機(jī)染料或無機(jī)顏料。

1塑料的組成44一、塑料《金屬材料及熱處理》1）質(zhì)輕、比強(qiáng)度高

塑料的密度為0.9～2.2g／cm3，只有鋼鐵的1／8～1／4。泡沫塑料的密度約0．01g／cm3。塑料的強(qiáng)度比金屬低，但比強(qiáng)度高。這對(duì)減輕機(jī)械產(chǎn)品的重量具有重要意義。2）化學(xué)穩(wěn)定性好

塑料能耐大氣、水、堿、有機(jī)溶劑等的腐蝕。例如，聚四氟乙烯在沸騰的“王水”中仍很穩(wěn)定。3）優(yōu)異的電絕緣性

塑料有良好的電絕緣性，介質(zhì)損耗小，其電絕緣性可與陶瓷、橡膠等絕緣材料相媲美。4）減摩、耐磨性好

塑料的硬度低于金屬，但多數(shù)塑料的摩擦系數(shù)小，有些塑料(如聚四氟乙烯、尼龍等)具有自潤(rùn)滑性。因此，塑料可用于制作在無潤(rùn)滑條件下工作的某些零件。5）消聲和吸振性好

塑料軸承和齒輪工作時(shí)平穩(wěn)無聲，大大減小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音材料。6）成形加工性好

塑料有注射、擠壓、模壓、澆塑等多種成形方法，且工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高。7）耐熱性差

多數(shù)塑料只能在100℃左右使用，少數(shù)品種可在200℃左右使用；易老化(因光、熱、載荷、水、堿、酸、氧等的長(zhǎng)期作用，使塑料變硬、變脆、開裂等現(xiàn)象，稱老化)；導(dǎo)熱性差，約為金屬的1／500；熱膨脹系數(shù)大，約為金屬的3至10倍。2塑料的特性55一、塑料《金屬材料及熱處理》

熱塑性塑料

聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、ABS塑料

熱固性塑料

酚醛塑料(PE)、環(huán)氧塑料(EP)3工程塑料的分類66一、塑料《金屬材料及熱處理》

熱塑性塑料

聚乙烯(PE）：按生產(chǎn)工藝不同，分為高壓聚乙烯、中壓聚乙烯和低壓聚乙烯。高壓聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性高，柔軟性、絕緣性、透明性、耐沖擊性好，宜吹塑成薄膜、軟管、瓶等。低壓聚乙烯質(zhì)地堅(jiān)硬，耐磨性、耐蝕性、絕緣性好，適宜制作化工用管道、槽，電線、電纜包皮，承載小的齒輪、軸承等；又因其無毒，可制作茶杯、奶瓶、食品袋等。聚氯乙烯(PVC)：分為硬質(zhì)和軟質(zhì)兩種。硬質(zhì)聚氯乙烯強(qiáng)度較高，絕緣性和耐蝕性好，耐熱性差，在－15～60℃溫度范圍使用，用于化工耐蝕的結(jié)構(gòu)材料，如輸油管、容器、離心泵、閥門管件等，用途很廣。軟質(zhì)聚氯乙烯強(qiáng)度低于硬質(zhì)聚氯乙烯，伸長(zhǎng)率大，絕緣性較好，在－15～60℃的溫度范圍使用。用于電線、電纜的絕緣包皮，農(nóng)用薄膜，工業(yè)包裝等。因其有毒，不能包裝食品。3工程塑料的分類77一、塑料《金屬材料及熱處理》

熱塑性塑料聚丙烯(PP）：密度小，是常用塑料中最輕的一種。強(qiáng)度、硬度、剛性、耐熱性均高于低壓聚乙烯，可在120℃以下長(zhǎng)期工作。絕緣性好，且不受濕度影響，無毒無味，但低溫脆性大，不耐磨，易老化，用于一般機(jī)械零件，如齒輪、耐蝕件（如泵葉輪、化工管道、容器）；絕緣件；電視機(jī)、收音機(jī)、電扇、電機(jī)罩等殼體；生活用具，醫(yī)療器械，食品和藥品包裝等。聚酰胺(PA)：俗稱尼龍或錦綸。強(qiáng)度、韌性、耐磨性、耐蝕性、吸振性、自潤(rùn)滑性、成形性好，摩擦系數(shù)小，無毒無味，可在100℃以下使用。蠕變值大，導(dǎo)熱性差，吸水性高，成形收縮率大。常用的有尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍1010等。用于制造耐磨、耐蝕的某些承載和傳動(dòng)零件，如軸承、機(jī)床導(dǎo)軌、齒輪、螺母及一些小型零件。也可用于制作高壓耐油密封圈，或噴涂在金屬表面作防腐、耐磨涂層，應(yīng)用較廣。3工程塑料的分類88一、塑料《金屬材料及熱處理》

熱塑性塑料聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)俗稱有機(jī)玻璃透光性、著色性、絕緣性、耐蝕性好，在自然條件下老化發(fā)展緩慢，可在－60～100℃使用。不耐磨，脆性大，易溶于有機(jī)溶劑中，硬度不高，表面易擦傷。用于航空、儀器、儀表、汽車中的透明件和裝飾件，如飛機(jī)窗、燈罩、電視和雷達(dá)屏幕，油標(biāo)、油杯、設(shè)備標(biāo)牌等。ABS塑料：是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)的三元共聚物。綜合力學(xué)性能好，尺寸穩(wěn)定性、絕緣性、耐水和耐油性、耐磨性好，長(zhǎng)期使用易起層。用于制造齒輪，葉輪，軸承，把手，管道，貯槽內(nèi)襯，儀表盤，轎車車身，汽車擋泥板，電話機(jī)、電視機(jī)、電機(jī)、儀表的殼體，應(yīng)用較廣。3工程塑料的分類99一、塑料《金屬材料及熱處理》

熱塑性塑料聚甲醛(POM)：耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、著色性、減摩性，絕緣性好，可在零下40℃～100℃長(zhǎng)期使用。加熱易分解，成形收縮率大。用于制造減摩、耐磨件及傳動(dòng)件，如軸承、滾輪、齒輪、絕緣件，化工容器，儀表外殼，表盤等，可代替尼龍和有色金屬。

聚四氟乙烯(F-4)也稱塑料王：有極強(qiáng)的耐蝕性，可抗王水腐蝕，絕緣性、自潤(rùn)滑性好，不吸水，摩擦系數(shù)小，可在－195～250℃使用，但價(jià)格較高。用于耐蝕、減摩、耐磨件，密封件，絕緣件，如高頻電纜、電容線圈架，化工用反應(yīng)器、管道等。3工程塑料的分類1010一、塑料《金屬材料及熱處理》

熱塑性塑料聚碳酸脂(PC）：強(qiáng)度高，韌性、尺寸穩(wěn)定性、透明性好，可在－60～120℃長(zhǎng)期使用。耐疲勞性不如尼龍和聚甲醛。用于制造齒輪、蝸輪、凸輪，電氣儀表零件，大型燈罩，防護(hù)玻璃，飛機(jī)擋風(fēng)罩，高級(jí)絕緣材料，用途很廣。

聚砜(PSF)：強(qiáng)度、硬度、成形溫度高，抗蠕變、尺寸穩(wěn)定性、絕緣性好，可在－100～150℃長(zhǎng)期使用。不耐有機(jī)溶劑和紫外線。用于制造耐熱件，絕緣件，減摩、耐磨件，高強(qiáng)度件，如凸輪，精密齒輪、真空泵葉片、儀表殼體和罩，汽車護(hù)板，電子器件等。3工程塑料的分類1111一、塑料《金屬材料及熱處理》熱固性塑料酚醛塑料(PF)俗稱電木：強(qiáng)度、硬度、絕緣性、耐蝕性、尺寸穩(wěn)定性好，工作溫度＞100℃，脆性大，耐光性差，只能模壓成形，價(jià)格低。用于制造儀表外殼，燈頭、燈座、插座，電器絕緣板，耐酸泵，剎車片，電器開關(guān)，水潤(rùn)滑軸承等。氨基塑料俗稱電玉：顏色鮮艷，半透明如玉，絕緣性好，長(zhǎng)期使用溫度＜80℃，耐水性差。用于制造裝飾件、絕緣件，如開關(guān)、插頭、旋鈕、把手、燈座、鐘表外殼等。環(huán)氧塑料(EP)俗稱萬(wàn)能膠：強(qiáng)度、韌性、絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性好，能防水、防潮、防霉，可在—80～155℃長(zhǎng)期使用，成形工藝簡(jiǎn)便，成形后收縮率小，粘結(jié)力強(qiáng)。用于制造塑料模具、儀表和電器零件、電子元件及線圈及用于涂覆、包封和修復(fù)機(jī)件。3工程塑料的分類1212《金屬材料及熱處理》橡膠的分類1

按照原料的來源，橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠兩大類。合成橡膠主要有七大品種：丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、異戊橡膠、丁基橡膠、乙丙橡膠和丁腈橡膠。習(xí)慣上按用途將合成橡膠分成兩類：性能和天然橡膠接近，可以代替天然橡膠的通用橡膠和具有特殊性能的特種橡膠。

二、橡膠1313《金屬材料及熱處理》常用橡膠2種類名稱（代號(hào)）σb/MPaδ/%使用溫度t/℃回彈性耐磨性耐堿性耐酸性耐油性耐老化用

途

舉

例通用橡膠天然橡膠（NR）17～35650～900-70～110好中好差差

輪胎、膠帶、膠管丁苯橡膠（SBR）15～20500～600-50～140中好中差差好輪胎、膠板、膠布、膠帶、膠管順丁橡膠（BR）18～25450～800-70～120好好好差差好輪胎、v帶、耐寒運(yùn)輸帶、絕緣件氯丁橡膠（CR）25～27800～1000-35～130中中好中好好電線(纜)包皮，耐燃膠帶、膠管，汽車門窗嵌條，油罐襯里丁腈橡膠（NBR）15～30300～800-35～175中中中中好中耐油密封圈、輸油管、油槽襯特種橡膠聚氨酯橡膠（UR）20～35300～800-30～80中好差差好

耐磨件、實(shí)心輪胎、膠輥氟橡膠（FPM）20～22100～500-50～300中中好好好好高級(jí)密封件，高耐蝕件，高真空橡膠件硅橡膠4～1050～500-100～300差差好中差好耐高、低溫制品和絕緣件二、橡膠1414《金屬材料及熱處理》橡膠制品的組成3

人工合成用以制膠的高分子聚合物稱為生膠。生膠要先進(jìn)行塑練，使其處于塑性狀態(tài)，再加入各種配料，經(jīng)過混練成型、硫化處理，才能成為可以使用的橡膠制品。配料主要包括：

(1)硫化劑

變塑性生膠為彈性膠的處理即為硫化處理，能起硫化作用的物質(zhì)稱硫化劑。常用的硫化劑有硫磺、含硫化合物、硒、過氧化物等。

(2)硫化促進(jìn)劑

胺類、胍類、秋蘭姆類、噻唑類及硫脲類物質(zhì)，可以起降低硫化溫度、加速硫化過程的作用，稱為硫化促進(jìn)劑。

(3)補(bǔ)強(qiáng)填充劑

為了提高橡膠的機(jī)械性能，改善其加工工藝性能，降低成本，常加入填充劑，如碳黑、陶土、碳酸鈣、硫酸鋇、氧化硅、滑石粉等。二、橡膠1515三、常用復(fù)合材料《金屬材料及熱處理》1616三、常用復(fù)合材料《金屬材料及熱處理》1玻璃鋼(1)熱固性玻璃鋼

▼分類：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂和有機(jī)硅樹脂等。

▼特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)

成形工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐蝕性能好；缺點(diǎn)

彈性模量低(1/5～1/10結(jié)構(gòu)鋼)、耐熱度低(≤250℃)、易老化。樹脂改性改善性能：酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂混溶的玻璃鋼即有良好粘接性,又降低了脆性，還保持了耐熱性,也具有較高的強(qiáng)度。

▼用途：機(jī)器護(hù)罩、車輛車身、絕緣抗磁儀表、耐蝕耐壓容器和管道及各種

形狀復(fù)雜的機(jī)器構(gòu)件和車輛配件。

1717三、常用復(fù)合材料《金屬材料及熱處理》1玻璃鋼(2)熱塑性玻璃鋼

▼分類：以熱塑性樹脂為粘接劑的玻璃纖維增強(qiáng)材料，如尼龍、ABS、聚苯

乙烯等。

▼特點(diǎn)：強(qiáng)度不如熱固性玻璃鋼,但成形性好、生產(chǎn)率高，且比強(qiáng)度不低。

▼用途：尼龍66玻璃鋼

剛度、強(qiáng)度、減摩性好，作軸承、軸承架、齒輪等精密件、電工件、汽車儀表、前后燈等

ABS玻璃鋼

化工裝置、管道、容器、

聚苯乙烯玻璃鋼

汽車內(nèi)裝、收音機(jī)機(jī)殼、空調(diào)葉片等

聚碳酸酯玻璃鋼

耐磨、絕緣儀表等1818三、常用復(fù)合材料《金屬材料及熱處理》2碳纖維樹脂復(fù)合材料▼特點(diǎn)：碳是六方結(jié)構(gòu)的晶體(石墨)，共價(jià)鍵結(jié)合，比玻璃纖維強(qiáng)度更高，彈性模量也高幾倍;高溫低溫性能好;很高的化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和低的摩擦系數(shù)，是很理想的增強(qiáng)劑；脆性大，與樹脂的結(jié)合力不如玻璃纖維，表面氧化處理可改善其與基體的結(jié)合力。▼類別與應(yīng)用：碳纖維環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和聚四氟乙烯等得到廣泛應(yīng)用，如：宇宙飛船和航天器的外層材料，人造衛(wèi)星和火箭的機(jī)架、殼體，各精密機(jī)器的齒輪、軸承以及活塞、密封圈，化工容器和零件等。

1919三、常用復(fù)合材料《金屬材料及熱處理》3硼纖維樹脂復(fù)合材料▼特點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度都很高(優(yōu)于鋁合金、鈦合金)，且蠕變小、硬度和彈性模量高，疲勞強(qiáng)度很高，耐輻射及導(dǎo)熱極好（硼纖維比強(qiáng)度與玻璃纖維相近；比彈性模量比玻璃纖維高5倍；耐熱性更高）。▼類別與應(yīng)用：硼纖維環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂等復(fù)合材料多用于航空航天器、宇航器的翼面、儀表盤、轉(zhuǎn)子、壓器機(jī)葉片、螺旋漿葉的傳動(dòng)軸等。2020三、常用復(fù)合材料《金屬材料及熱處理》4金屬陶瓷▼組成及分類：金屬（通常為鈦、鎳、鈷、鉻等及其合金）和陶瓷（通常為氧化物、碳化物、硼化物和氮化物等)組成的非均質(zhì)材料，是顆粒增強(qiáng)型的復(fù)合材料。金屬和陶瓷按不同配比組成工具材料（陶瓷為主）、高溫結(jié)構(gòu)材料（金屬為主）和特殊性能材料。

▼性能及應(yīng)用：氧化物金屬陶瓷多以鉻為粘接金屬，熱穩(wěn)定性和抗氧化能力較好,韌性高，做高速切削工具材料，還可做高溫下工作的耐磨件,如噴嘴、熱拉絲模以及耐蝕環(huán)規(guī)、機(jī)械密封環(huán)等。2121三、常用復(fù)合材料《金屬材料及熱處理》5纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料▼類別：

纖維材料：硼纖維，碳化硅纖維，氧化鋁纖維以及高強(qiáng)度金屬絲等；

基體材料：鋁及鋁合金，鎂合金、鈦合金和鎳合金等。▼特點(diǎn)及應(yīng)用：強(qiáng)度高、比模量高和耐高溫，

適合于作航天飛