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第6章 非金属材料 非金属材料是指所有金属以外的材料。包含 高分子材料：塑料等； 陶瓷材料：工程陶瓷等； 复合材料：金属基复合材料等； 其他非金属材料：木头、玻璃等。 6.1 高分子材料 6.1.1 概述 高分子化合物包括有机高分子化合物和无机高分子化合物两大类，有机高分子又有合成的和天然的。 工程中使用的有机高分子材料主要是人工合成的高分子聚合物，简称高聚物。 以高分子化合物为主要组成部分的材料就称为高分子材料(或聚合物材料、高聚物材料)。主要有塑料和橡胶两类。 (1)有机高分子材料的性能特点 比强度高； 高弹性和低弹性模量； 高耐磨性和低硬度； 电绝缘性优良； 耐热性差：氟橡胶也仅能用于300℃以下； 膨胀系数大； 化学稳定性高，耐碱、酸、盐腐蚀。 ①玻璃态 温度低于Tg(玻璃化温度)时，高聚物像玻璃那样处于非晶态的固体，称为玻璃态。 特性：有一定刚度、只发生微量弹性变形。 例子：塑料。 ②高弹态 当温度处于Tg和Tf(黏流化温度)之间时，高聚物处于高弹态。 特性：能发生较大可逆形变（高弹形变）。 例子：橡胶。 ③黏流态 当温度升高到Tf(黏流化温度)时，高聚物成为流动的黏液，这种状态叫黏流态。 特性：可以通过喷丝、吹塑、挤压、模铸等方法进行加工。 注意：应力、温度、冷却方式和模具形状影响组织和性能。 6.1.2 工程塑料 塑料是一种以合成树脂为主要成分的高分子有机化合物，其原材料主要来自石油及其副产品。 ①塑料的组成 塑料由(合成)树脂和各种添加剂组成。 塑料添加剂主要有填充剂(或增强剂) 、增塑剂、固化剂(即硬化剂) 、稳定剂(又称防老化剂) 、润滑剂、着色剂、发泡剂、阻燃剂等。 ②塑料的特性 ◆重量轻、比强度高 ◆耐蚀性好 ◆电绝缘性能好 ◆减振、耐磨、隔音性能好 ◆生产效率高、成本低 (2)塑料的分类 按使用范围分通用塑料和工程塑料。 按树脂热性能分热塑性塑料和热固性塑料。 组成聚合物的低分子化合物，称为单体。 聚合物的分子为很长的链条，称为分子链。 大分子链中重复结构单元，称为链节。 碳原子链：高分子化合物中，由碳原子组成的、长的骨架。也称之为碳链。 聚合度：大分子链中链节的重复次数。用n来表示。 高分子链的几何形状 线形 支链形 交联形(体形或网形) 1 聚乙烯（PE） 热塑性通用塑料，产量最大，有高/中/低压PE三种。 优点：来源丰富，价格低廉 低压PE密度大,，质地硬，电绝缘性好 高压PE密度小，质地软。 缺点：容易发生环境应力开裂现象。 应用：低压PE用来制作管道、阀门等。 高压PE用来制作薄膜、软管等。 2 聚氯乙烯（ PVC） 热塑性通用塑料，产量很大。 有硬质、软质和发泡PVC三种。 优点：化学稳定性高、绝缘性好、阻燃耐磨、消声减震、成本低廉、加工容易。 缺点：耐热性差、冲击强度低、有一定毒性。 应用：管道、护套线包皮、冰箱填充隔热剂。 3 聚四氟乙烯（PTFE） 热塑性工程塑料，俗称“塑料王”。 优点：极优越的化学稳定性（强酸、强碱、强氧化剂中均不受腐蚀）、热稳定性高、使用温度宽广（-180～250℃）、摩擦系数极低（只有0.04）且有自润滑性、优越的绝缘性。 缺点：强度较低，加工成型性差（不能象一般热塑性塑料成形）、成本高。 PTFE的应用 化工耐蚀管道、阀门等 机械行业的自润滑轴承、垫圈、活塞环等 高频电子仪器的绝缘等 医学上代替血管、人工心肺装置等 4 酚醛塑料（PF） 热固性工程塑料，俗称“电木”。 酚醛树脂加添加剂制成。 优点：强度高、刚度大、耐热性好、绝缘性好、耐酸腐蚀、摩擦系数低、制件尺寸稳定。 缺点：不耐强碱腐蚀。 应用：齿轮、凸轮、轴承、开关等电绝缘器件等。 5 环氧塑料（EP） 热固性工程塑料，俗称“万能胶”。 由环氧树脂加增塑剂、固化剂、填料等制成。 优点：突出的尺寸稳定性和耐久性、强度高、耐酸碱腐蚀、良好的电绝缘性等。 缺点：固化剂有毒、成本高。 应用：层压塑料、绝缘器件、粘结剂等。 (3)塑料的成型加工 ◆注射成型 ◆挤出成型 ◆浇铸成型 ◆吹塑成型 ◆模压成型 6.1.3 合成橡胶 (1)橡胶的组成 橡胶是以生胶为主要成分，添加各种配合剂和增强材料制成的。 常用的配合剂有：硫化剂、硫化促进剂、活化剂、填充剂、增塑剂、防老化剂等。 (2)橡胶的性能 橡