7非金属材料及新型材料课件.ppt
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- 非金属材料 新型材料 课件
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1、目录非金属非金属材料材料高分子高分子材料材料塑料橡胶纤维胶结剂涂料陶瓷陶瓷普通陶瓷特殊陶瓷复合材料复合材料颗粒增强粒子增强层叠新型材料新型材料高温材料形状记忆材料超导材料第二节第二节 常用高分子材料常用高分子材料 一、工程塑料一、工程塑料 1.塑料的组成塑料的组成 塑料是以塑料是以有机合成树脂有机合成树脂为主要成分,再加入添加剂所组成的。为主要成分,再加入添加剂所组成的。(1)合成树脂合成树脂 是由低分子化合物通过是由低分子化合物通过缩聚缩聚或或加聚加聚反应合成的高分子化反应合成的高分子化合物,如酚醛树脂、聚乙烯等,是塑料的主要组成,也起粘结剂作用。合物,如酚醛树脂、聚乙烯等,是塑料的主要组成
2、,也起粘结剂作用。(2)添加剂添加剂 为改善塑料的性能而加入的其它组分,主要有以下几种:为改善塑料的性能而加入的其它组分,主要有以下几种:1)填料填料:改善性能并扩大使用范围改善性能并扩大使用范围 2)增塑剂增塑剂:提高树脂可塑性和柔软性提高树脂可塑性和柔软性 3)稳定剂稳定剂 :防止老化防止老化 4)固化剂固化剂 :较坚硬和稳定较坚硬和稳定 还有润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂和发泡剂等还有润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂和发泡剂等2.塑料的性能塑料的性能 (1)物理性能物理性能 密度小,不加任何填料或增强材料的塑料,其密度为密度小,不加任何填料或增强材料的塑料,其密度为0.852.20gc
3、m3,只有钢的,只有钢的1814;泡沫塑料更轻,密度为;泡沫塑料更轻,密度为0.020.20gcm3。电绝缘性好,介质损耗小,在电器、电机、无线电、电子工业方面应用。电绝缘性好,介质损耗小,在电器、电机、无线电、电子工业方面应用广泛。广泛。(2)化学性能化学性能 塑料一般能耐酸、碱、油、水及大气等的侵蚀,其中聚四氟乙塑料一般能耐酸、碱、油、水及大气等的侵蚀,其中聚四氟乙烯甚至能耐强氧化剂烯甚至能耐强氧化剂“王水王水”的侵蚀。因此,塑料广泛用于制造在腐蚀条件下的侵蚀。因此,塑料广泛用于制造在腐蚀条件下的零部件和化工设备。的零部件和化工设备。(3)力学性能力学性能 塑料的强度和弹性模量都很低。例如
4、,热塑性塑料的强度一般塑料的强度和弹性模量都很低。例如,热塑性塑料的强度一般为为50100MPa,热固性塑料一般为热固性塑料一般为3060 MPa,玻璃纤维增强尼龙,其强度,玻璃纤维增强尼龙,其强度也只有也只有200 MPa,相当于灰铸铁的强度。,相当于灰铸铁的强度。减摩性好减摩性好,塑料硬度虽低于金属,但,塑料硬度虽低于金属,但摩擦系数小摩擦系数小,如聚四氟乙烯自摩擦系,如聚四氟乙烯自摩擦系数只有数只有0.04;尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯等也都有较小的摩擦系数,因此有很好;尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯等也都有较小的摩擦系数,因此有很好的减摩性。另外,塑料还由于的减摩性。另外,塑料还由于自润滑性能好自润
5、滑性能好,所以它适合于制造轴承、凸轮、,所以它适合于制造轴承、凸轮、密封圈等要求减摩性好的零件,特别对在无润滑和少润滑的摩擦条件下工作的密封圈等要求减摩性好的零件,特别对在无润滑和少润滑的摩擦条件下工作的零件尤为适合。零件尤为适合。3.常用工程塑料常用工程塑料 根据树脂的热性能根据树脂的热性能,分成热塑性塑料和热固体塑料分成热塑性塑料和热固体塑料 (1)热塑性塑料热塑性塑料 1)聚酰胺聚酰胺(PA):尼龙尼龙 2)ABS塑料塑料 3)聚甲醛聚甲醛(PQM)4)聚碳酸酯聚碳酸酯(PC)5)聚苯乙烯聚苯乙烯(PS)6)聚砜(聚砜(PSF)7)聚四氟乙烯()聚四氟乙烯(PTTE)8)有机玻璃)有机玻
6、璃 (2)热固体塑料)热固体塑料 1)酚醛塑料)酚醛塑料 2)环氧塑料)环氧塑料最鲜艳且成形性特好的塑料最鲜艳且成形性特好的塑料聚聚苯乙烯(苯乙烯(PS)特点:特点:极易染成鲜艳颜色、透明极易染成鲜艳颜色、透明度好,有光泽,可成型形突出,度好,有光泽,可成型形突出,电绝缘性好,刚性好,脆性大,电绝缘性好,刚性好,脆性大,户外长期使用易变黄变脆。户外长期使用易变黄变脆。应用应用:各类电器配件、壳体、一:各类电器配件、壳体、一般光学仪器、灯罩、玩具、建筑般光学仪器、灯罩、玩具、建筑广告装饰板、磁带盒、笔杆等广告装饰板、磁带盒、笔杆等强韧易成形的白色塑料强韧易成形的白色塑料ABS:丙烯腈(丙烯腈(A
7、crylonitrile)、丁二烯)、丁二烯(Butadiene)、苯乙烯)、苯乙烯(Styrene)特点:特点:综合性能好,价格低、坚综合性能好,价格低、坚韧、质硬且具刚性的材料。韧、质硬且具刚性的材料。应用应用:电视机、洗衣机、计算机:电视机、洗衣机、计算机等壳体;汽车上仪表盘、方向盘、等壳体;汽车上仪表盘、方向盘、挡泥板、手柄等,也可用于化工挡泥板、手柄等,也可用于化工管道、板材等管道、板材等塑料王塑料王聚四氟乙烯(聚四氟乙烯(PTEE或或F4)特点:特点:最优良的耐高、低温性能(最优良的耐高、低温性能(-260250),几乎不受任何化学品),几乎不受任何化学品腐蚀,化学稳定性超过玻璃、
8、陶瓷甚至腐蚀,化学稳定性超过玻璃、陶瓷甚至金、铂;摩擦系数最小,润滑性好,介金、铂;摩擦系数最小,润滑性好,介电损耗小,无味、无毒、不燃,有良好电损耗小,无味、无毒、不燃,有良好的生物相容性及抗血栓性。的生物相容性及抗血栓性。应用应用:不粘锅涂层、管道密封用生料带,:不粘锅涂层、管道密封用生料带,机械上减摩密封零件,电器上耐高频绝机械上减摩密封零件,电器上耐高频绝缘零件、以及强腐蚀场合设备内衬和零缘零件、以及强腐蚀场合设备内衬和零件。医用材料中人造血管、人工心脏等。件。医用材料中人造血管、人工心脏等。透明透明“金属金属”聚碳酸酯(聚碳酸酯(PC)特点:特点:优良的抗冲击性和透明度,优良的抗冲击
9、性和透明度,集刚、硬、韧、透明为一体的典集刚、硬、韧、透明为一体的典型塑料。阻燃性好,自熄性材料。型塑料。阻燃性好,自熄性材料。高温下易开裂。高温下易开裂。应用应用:光盘、灯罩、防护玻璃、:光盘、灯罩、防护玻璃、手机壳体、精密仪器中齿轮、相手机壳体、精密仪器中齿轮、相机零件、太空杯、餐具等。机零件、太空杯、餐具等。PC膜膜可用于录音(像)带。可用于录音(像)带。二、橡胶二、橡胶 1橡胶的组成橡胶的组成 橡胶是在使用温度范围内处于高弹态的高分子材料,在较小的载荷作用下橡胶是在使用温度范围内处于高弹态的高分子材料,在较小的载荷作用下能产生很大变形。当载荷卸除后又能很快恢复到原来状态,是常用的能产生
10、很大变形。当载荷卸除后又能很快恢复到原来状态,是常用的弹性材料弹性材料、密封材料密封材料、减震防震减震防震材料和材料和传动材料传动材料。2橡胶的性能橡胶的性能 由于使用条件不同,、对橡胶有不同的性能要求,如拉伸强度、抗撕裂强由于使用条件不同,、对橡胶有不同的性能要求,如拉伸强度、抗撕裂强度、耐磨性、弹性、伸长率、永久变形量、耐寒、耐高温、透气性等。其中最度、耐磨性、弹性、伸长率、永久变形量、耐寒、耐高温、透气性等。其中最重要的性能还是橡胶的重要的性能还是橡胶的高弹性高弹性和和强度强度。(1)高弹性能高弹性能:橡胶的:橡胶的弹性模量低弹性模量低,大约为,大约为1 MPa,而其它塑料纤维的弹性模,
11、而其它塑料纤维的弹性模量约量约2000 MPa以上。以上。变形量大变形量大,一般在,一般在1001000,而其它聚合物只有,而其它聚合物只有0.10.01。橡胶还具有很好的回弹性能,加天然橡胶回弹高度达。橡胶还具有很好的回弹性能,加天然橡胶回弹高度达7080。(2)强度:)强度:经硫化处理和炭黑处理后,其抗拉强度达到经硫化处理和炭黑处理后,其抗拉强度达到25-35MPa,并具有,并具有良好的耐磨性。良好的耐磨性。3.常用橡胶常用橡胶天然橡胶合成橡胶(1)天然橡胶天然橡胶天然橡胶是优良的电绝缘体,但耐热老化性和耐大气老化性较差,天然橡胶是优良的电绝缘体,但耐热老化性和耐大气老化性较差,不耐臭氧、
12、油和有机溶剂,且易燃。使用温度范围为不耐臭氧、油和有机溶剂,且易燃。使用温度范围为-70110,广泛用于作轮胎、胶带和胶管等。广泛用于作轮胎、胶带和胶管等。(2)合成橡胶合成橡胶具有类似橡胶性质的各种高分子化合物,种类很多。具有类似橡胶性质的各种高分子化合物,种类很多。硅橡胶硅橡胶:属于特种橡属于特种橡胶,耐高温胶,耐高温(300)、耐寒耐寒(-100),电绝缘,电绝缘性能优良;但抗拉强性能优良;但抗拉强度低,价格较贵。它度低,价格较贵。它可用来制造耐高温、可用来制造耐高温、耐寒或耐高温电绝缘耐寒或耐高温电绝缘制品等。制品等。氟橡胶:氟橡胶:属于特种橡胶,其属于特种橡胶,其特点是:耐高温和耐介
13、质腐特点是:耐高温和耐介质腐蚀性好,耐臭氧和耐大气老蚀性好,耐臭氧和耐大气老化性也较好;但加工性差,化性也较好;但加工性差,价格较贵。它使用温度范围价格较贵。它使用温度范围在在-50300,常用来制造,常用来制造高级密封件、高真空耐蚀件高级密封件、高真空耐蚀件等。等。丁苯橡胶:丁苯橡胶:耐磨、耐自耐磨、耐自然老化、耐臭氧性,但然老化、耐臭氧性,但加工性能不及天然橡胶。加工性能不及天然橡胶。天然橡胶和丁苯橡胶均天然橡胶和丁苯橡胶均属于属于通用橡胶通用橡胶,广泛用,广泛用于作轮胎、胶布、胶鞋、于作轮胎、胶布、胶鞋、胶管等制品。胶管等制品。第三节第三节 工业陶瓷工业陶瓷 陶瓷是各种无机非金属材料的通
14、称。陶瓷可分为陶瓷是各种无机非金属材料的通称。陶瓷可分为普通陶瓷普通陶瓷(传统陶瓷传统陶瓷)和和特种特种陶瓷陶瓷(近代陶瓷近代陶瓷)两大类。其生产过程较复杂,但两大类。其生产过程较复杂,但基本工艺基本工艺是是原料的制备原料的制备、坯料的、坯料的成成型型和制品的和制品的烧结烧结三大步骤三大步骤。一、工业陶瓷的性能一、工业陶瓷的性能 1.力学性能:力学性能:塑性差;塑性差;抗拉强度较低,但抗压强度较高;抗拉强度较低,但抗压强度较高;陶瓷的陶瓷的硬度高硬度高(在(在1500HV以上),而淬火钢为以上),而淬火钢为500800HV,高聚物最硬也,高聚物最硬也不超过不超过20HV。2化学性能:化学性能:
15、陶瓷对酸、碱、盐等腐蚀性很强的介质均有较强的抗蚀能力,与有色金属的陶瓷对酸、碱、盐等腐蚀性很强的介质均有较强的抗蚀能力,与有色金属的银、铜等熔体也不发生作用。银、铜等熔体也不发生作用。3功能特性功能特性 (1)光学性能光学性能 如固体激光器材料、光导纤维材料、光存储材料等如固体激光器材料、光导纤维材料、光存储材料等 (2)磁学性能:磁学性能:以氧化铁为主要成分(如以氧化铁为主要成分(如Fe3O4、CuFe2O4、MgFe2O4)的磁性氧化物,可)的磁性氧化物,可作磁性陶瓷材料,在录音磁带、唱片、电子束偏转线圈、变压器铁心等方面有着作磁性陶瓷材料,在录音磁带、唱片、电子束偏转线圈、变压器铁心等方
16、面有着广泛的应用。广泛的应用。(3)电学性能电学性能 电阻率非常高。电阻率非常高。如如A12O3可作电器工业的可作电器工业的绝缘材料绝缘材料;氧化锡为;氧化锡为半导体半导体;铁电;铁电陶瓷陶瓷(钛酸钡钛酸钡BaTiO3等具有极高的等具有极高的介电常数介电常数,可用来制作较小的电容器,可用来制作较小的电容器。(4)热学性能热学性能 陶瓷材料熔点高,大多在陶瓷材料熔点高,大多在2000以上以上 具有比金属材料高得多的具有比金属材料高得多的耐热性耐热性;导;导热能力远低于金属材料,它常作为热能力远低于金属材料,它常作为高温绝热材料高温绝热材料。多孔或泡沫陶瓷可用作。多孔或泡沫陶瓷可用作-120-24
17、0的隔热材料。陶瓷的线膨胀系数比高聚物低,比金属更低,一般的隔热材料。陶瓷的线膨胀系数比高聚物低,比金属更低,一般在在10-510-6K。二、常用工业陶瓷二、常用工业陶瓷 1.普通陶瓷普通陶瓷普通陶瓷质地普通陶瓷质地坚硬坚硬,有良好的,有良好的抗氧化性抗氧化性、耐蚀性和绝缘性耐蚀性和绝缘性,生产工艺简单、成本低;但强度低,通常使用温度为生产工艺简单、成本低;但强度低,通常使用温度为1200左右。普通陶左右。普通陶瓷广泛应用于日用、电气、化工、建筑等部门,如装饰瓷、餐具、绝缘子、瓷广泛应用于日用、电气、化工、建筑等部门,如装饰瓷、餐具、绝缘子、耐蚀容器、管道等。耐蚀容器、管道等。2特种陶瓷特种陶
18、瓷 (1)氧化铝陶瓷:氧化铝陶瓷:熔点熔点(2050)高、热强度高、抗氧化,故耐热性好,室高、热强度高、抗氧化,故耐热性好,室温下硬度仅次于金刚石,抗拉强度比普通陶瓷大温下硬度仅次于金刚石,抗拉强度比普通陶瓷大56倍,而且热硬性也很倍,而且热硬性也很高,可达高,可达1200。氧化铝陶瓷广泛用于制造氧化铝陶瓷广泛用于制造高速切削刀具高速切削刀具、量块、量块、拉丝模拉丝模、高温器皿高温器皿、坩埚、热电偶套管、内燃机坩埚、热电偶套管、内燃机火花塞火花塞等。等。(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷;主要用于制作各种泵的耐蚀与耐磨的密封环、高温轴承、;主要用于制作各种泵的耐蚀与耐磨的密封环、高温轴承、热电偶套管、
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