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非金属材料 一、有机高分子材料 二、陶瓷材料 三、复合材料 * * 一、有机高分子材料 现代材料科学和工程的发展已进入了人工合成材料新时期，而人工合成高分子材料则有了一个多世纪的发展历史，因此其对材料的发展有着深刻而长远的影响。自1872年最早发现酚醛树脂，并将其成功用于电气和仪器仪表等工业中以来，高分子材料由于其独特的性能特点而得到了迅速的发展和广泛的应用。到目前为止，已发展成塑料、橡胶、合成纤维三大合成结构材料以及油漆，胶粘剂等组成的庞大的材料群体，其发展较传统材料更为迅速，应用更快，效率更高。 何为高分子材料呢？它是指以高分子化合物为主要成分的所有材料，而一般来说高分子化合物的分子量应在1000以上，有的可达几万到几十万。实际上，高分子化合物应包括作为生命和食物基础的生物大分子（包括蛋白质、DNA、生物纤维素、生物胶等）和工程聚合物两大类，而工程聚合物又包括人工合成的（塑料、纤维和橡胶等）和天然的（橡胶、毛及纤维素等）材料。这里要讲述的材料，主要包括大多数应用于机械、电子、化工和建筑等工业中的人工合成塑料、橡胶和有机纤维等高分子材料。 高分子化合物的组成 高分子化合物的分子量虽然很大，但其化学组成却相对简单。 组成高分子化合物的元素主要是C、H、O、N、Si、S、P等少数几种元素。 所有的高分子却是由一种或几种简单的结构单元通过共价键连接并不断重复而形成。 以聚乙烯为例，它是由许多乙烯小分子连接起来形成大分子链其中只包含C和H两种元素，即： nCH2 = CH2→~CH2-CH2~CH2-CH2~CH2-CH2~→ [CH2-CH2]n 高分子材料按性能和用途分类为 塑料：在常温下有一定形状，强度较高，受力后能发生一定变形的聚合物。 橡胶：在常温下具有很高弹性，即受到很小载荷即可发生很大变形甚至达原长的十余倍，而去除外力后又可恢复原状的聚合物。 纤维：在室温下材料的轴向强度很大，受力后变形很小，且在一定温度范围内力学性能变化不大的聚合物。 塑料、橡胶和纤维这三大合成材料之间其实也没有严格的界限，严格区分也很难，有时同一种高分子化合物可用不同的方法加工成不同种类的产品。 3、塑料 3.1塑料的组成 工程上所用的塑料，其成分都是以各种各样的树脂为基础可加入其他添加剂制成的。 树脂：是塑料的主要成分，它决定塑料的主要性能并且其他添加剂的加入及作用的发挥都是以树脂为中心作用的，故绝大多数塑料都以相应的树脂来命名的。 添加剂：是以改善材料的某种性能而加入的。添加剂的作用和类型主要包括： (1) 改善塑料工艺性能：如增塑剂、固化剂、发泡剂和催化剂等。 (2) 改善使用性能：如增塑剂、稳定剂、填料、滑润剂、着色剂、阻燃剂、静电剂等等。 1.2塑料的分类 按热性能分类 热塑性塑料：该类材料加热后软化或熔化，冷却后硬化成型，且这一过程可反复进行。 常用的材料有： 聚乙烯、聚丙烯、ABS塑料等。 (2) 热固性塑料：材料成型后，受热不变形软化，但当加热至一定温度则会分解。 故只可一次成型或使用。 如环氧树脂等材料。 按使用性能分 工程塑料：可用作工程结构或机械零件的一类塑料，它们一般有较好的稳定的机械性能，耐热耐蚀性较好，且尺寸稳定性好。 如ABS、尼龙、聚甲醛等。 (2) 通用塑料：主要用于日常生活用品的塑料。其产量大，成本低，用途广，占塑料总产量的3/4以上。 (3) 特种塑料：具有某些特殊的物理化学性能的塑料如耐高温，耐蚀，光学等性能塑料。其产量少，成本高，只用于特殊场合。 如聚四氟乙烯（PTFE）的润滑耐蚀和电绝缘性；有机硅树脂的耐温性（可在200~300℃长期使用） 塑料原料通常的状态可为粉末，颗粒或液体。使用这些状态的原料，热塑性塑料可以用注射、挤出、吹塑等工艺制成管、棒、板和不同厚度的薄膜，泡沫或其他各种状态的零件；而热固性塑料则可以用模压、层压、浇铸等工艺制成层压板、管、棒以及各种形状的零件。 1.3常见工程塑料的性能特点和用途 ㈠聚烯烃塑料 聚烯烃塑料的原料来源于石油天然气，原料丰富，因此一直是塑料工业中产量最大的品种，用途也十分广泛。 聚乙烯（PE）：结构最简单的塑料 聚乙烯塑料无嗅、无毒、化学稳定性好、相对密度小（0.91~0.97），耐低温、电绝缘性好。高压聚乙烯质软，主要用于制造薄膜；低压聚乙烯质硬，可用于制造一些零件。 聚乙烯产品缺点是：强度、刚度、硬度低；蠕变大，耐热性差，且容易老化。但若通过辐射处理，使分子链间适当交联，其性能会得到一定的改善。 (2) 聚氯乙烯（PVC）：全能的塑料 是最早使用的塑料