第十一章常用浓金属材料 Usual nonmetallic Materials 非金属材料包括除金属材料以外几乎所有的材料,主要有各类高分y 子材料(塑料、橡胶、合成纤维、部分胶粘剂等)、陶瓷材料(各种陶 器、瓷器、耐火材料、玻璃、水泥及近代无机非金属材料等)和各种复 合材料等。本章主要介绍高分子材料、陶瓷和复合材料。 工程材料仍然以金属材料为主,这大概在相当长的时间內不会改变 但近年来高分子材料、陶瓷等非金属材料的急剧发展,在材料的生产和 使用方面均有重大的进展,正在越来越多地应用于各类工程中。非金属 材料已经不是金属材料的代用品,而是一类独立使用的材料,有时甚至 是一种不可取代的材料
第十一章 常用非金属材料 Usual Nonmetallic Materials 非金属材料包括除金属材料以外几乎所有的材料，主要有各类高分 子材料（塑料、橡胶、合成纤维、部分胶粘剂等）、陶瓷材料（各种陶 器、瓷器、耐火材料、玻璃、水泥及近代无机非金属材料等）和各种复 合材料等。本章主要介绍高分子材料、陶瓷和复合材料。 工程材料仍然以金属材料为主，这大概在相当长的时间内不会改变。 但近年来高分子材料、陶瓷等非金属材料的急剧发展，在材料的生产和 使用方面均有重大的进展，正在越来越多地应用于各类工程中。非金属 材料已经不是金属材料的代用品，而是一类独立使用的材料，有时甚至 是一种不可取代的材料
第一节高分子材料 Polymers 髙分子材料又称为高聚物,通常,高聚物根据 机械性能和使用状态可分为橡胶、塑料、合成纤维 胶粘剂和涂料等五类。各类高聚物之间并无严格的 界限,同一高聚物,采用不同的合成方法和成型工 艺,可以制成塑料,也可制成纤维,比如尼龙就是 如此。而象聚氨酯一类的高聚物,在室温下既有玻 璃态性质,又有很好的弹性,所以很难说它是橡胶 还是塑料
第一节 高分子材料 Polymers 高分子材料又称为高聚物，通常，高聚物根据 机械性能和使用状态可分为橡胶、塑料、合成纤维、 胶粘剂和涂料等五类。各类高聚物之间并无严格的 界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工 艺，可以制成塑料，也可制成纤维，比如尼龙就是 如此。而象聚氨酯一类的高聚物，在室温下既有玻 璃态性质，又有很好的弹性，所以很难说它是橡胶 还是塑料
塑料 按照应用范围,塑料分为三种。 通用塑料 通用塑料主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑 料和氨基塑料等六大品种。这一类塑料的特点是产量大、用途广、价格 低,它们占塑料总产量的3/4以上,大多数用于日常生活用品。其中,以 聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯这四大品种用途最广泛。 (1)聚乙烯(PE) 生产聚乙烯的原料均来自于石油或天然气,它是塑料工业产量最大 的品种。聚乙烯的相对密度小(0.91~0.97),耐低温,电绝缘性能好, 耐蚀性好 (2)聚氯乙烯(PVC) 聚氯乙烯是最早工业生产的塑料产品之一,产量仅次于聚乙烯, 泛用于工业、农业和日用制品。聚氯乙烯耐化学腐蚀、不燃烧、成本低、 加工容易;但它耐热性差冲击强度较低,还有一定的毒性。聚氯乙烯要 用于制作食品和药品的包装,必须采用共聚和混合的方法改进,制成无 毒聚氯乙烯产品
一、塑料 按照应用范围，塑料分为三种。 ❖ 通用塑料 通用塑料主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑 料和氨基塑料等六大品种。这一类塑料的特点是产量大、用途广、价格 低，它们占塑料总产量的3/4以上，大多数用于日常生活用品。其中，以 聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯这四大品种用途最广泛。 （1）聚乙烯（PE） 生产聚乙烯的原料均来自于石油或天然气，它是塑料工业产量最大 的品种。聚乙烯的相对密度小（0.91～0.97），耐低温，电绝缘性能好， 耐蚀性好。 （2）聚氯乙烯（PVC） 聚氯乙烯是最早工业生产的塑料产品之一，产量仅次于聚乙烯，广 泛用于工业、农业和日用制品。聚氯乙烯耐化学腐蚀、不燃烧、成本低、 加工容易；但它耐热性差冲击强度较低，还有一定的毒性。聚氯乙烯要 用于制作食品和药品的包装，必须采用共聚和混合的方法改进，制成无 毒聚氯乙烯产品
(3)聚苯乙烯(PS) 聚苯乙烯是三十年代的老产品,目前是产量仅次于前两者的塑料品 种。它有很好的加工性能,其薄膜具有优良的电绝缘性,常用于电器零 件;它的发泡材料相对密度小(0.33),有良好的隔音、隔热、防震性 能,广泛应用于仪器的包装和隔音材料。聚苯乙烯易加入各种颜料制成 色彩鲜艳的制品,用来制造玩具和各种日用器皿 (4)聚丙烯(PP) 聚丙烯工业化生产较晚,但因其原料易得,价格便宜,用途广泛, 所以产量剧增。它的优点是相对密度小,是塑料中最轻的,而它的强度、 刚度、表面硬度都比PE塑料大;它无毒,耐热性也好,是常用塑料中唯 能在水中煮沸、经受消毒温度(130℃C的品种。但聚丙烯的粘合性、 染色性、印刷性均差,低温易脆化,易受热、光作用而变质,且易燃, 收缩大。聚丙烯有优良的综合性能,目前主要用于制造各种机械零件, 如法兰、齿轮、接头、把手、各种化工管道、容器等,它还被广泛用于 制造各种家用电器外壳和药品、食品的包装等
（3）聚苯乙烯（PS） 聚苯乙烯是三十年代的老产品，目前是产量仅次于前两者的塑料品 种。它有很好的加工性能，其薄膜具有优良的电绝缘性，常用于电器零 件；它的发泡材料相对密度小（0.33），有良好的隔音、隔热、防震性 能，广泛应用于仪器的包装和隔音材料。聚苯乙烯易加入各种颜料制成 色彩鲜艳的制品，用来制造玩具和各种日用器皿。 （4）聚丙烯（PP） 聚丙烯工业化生产较晚，但因其原料易得，价格便宜，用途广泛， 所以产量剧增。它的优点是相对密度小，是塑料中最轻的，而它的强度、 刚度、表面硬度都比PE塑料大；它无毒，耐热性也好，是常用塑料中唯 一能在水中煮沸、经受消毒温度（130℃）的品种。但聚丙烯的粘合性、 染色性、印刷性均差，低温易脆化，易受热、光作用而变质，且易燃， 收缩大。聚丙烯有优良的综合性能，目前主要用于制造各种机械零件， 如法兰、齿轮、接头、把手、各种化工管道、容器等，它还被广泛用于 制造各种家用电器外壳和药品、食品的包装等
工程塑料 工程塑料是指能作为结构材料在机械设备和工程结构中使用的塑料。 它们的机械性能较好,耐热性和耐腐蚀性也比较好,是当前大力发展的 塑料品种。这类塑料主要有:聚酰胺、聚甲醛、有机玻璃、聚碳酸酯、 ABS塑料、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。 (1)聚酰胺(PA) 聚酰胺又叫尼龙或锦纶,是最先发现能承受载荷的热塑性塑料,在 机械工业中应用比较广泛。它的机械强度较髙,耐磨、自润滑性好,而 且耐油、耐蚀、消音、减震,大量用于制造小型零件,代替有色金属及 其合金。 (2)聚甲醛(POM) 甲醛是没有侧链、高密度、高结晶性的线型聚合物,性能比尼龙好, 但耐候性较差。聚甲醛按分子链化学结构不同分为均聚甲醛和共聚甲醛 聚甲醛广泛应用于汽车、机床、化工、电器仪表、农机等
❖ 工程塑料 工程塑料是指能作为结构材料在机械设备和工程结构中使用的塑料。 它们的机械性能较好，耐热性和耐腐蚀性也比较好，是当前大力发展的 塑料品种。这类塑料主要有：聚酰胺、聚甲醛、有机玻璃、聚碳酸酯、 ABS塑料、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。 （1）聚酰胺（PA） 聚酰胺又叫尼龙或锦纶，是最先发现能承受载荷的热塑性塑料，在 机械工业中应用比较广泛。它的机械强度较高，耐磨、自润滑性好，而 且耐油、耐蚀、消音、减震，大量用于制造小型零件，代替有色金属及 其合金。 （2）聚甲醛（POM） 甲醛是没有侧链、高密度、高结晶性的线型聚合物，性能比尼龙好， 但耐候性较差。聚甲醛按分子链化学结构不同分为均聚甲醛和共聚甲醛。 聚甲醛广泛应用于汽车、机床、化工、电器仪表、农机等
(3)聚碳酸酯 聚碳酸酯是新型热塑性工程塑料,品种很多,工程上常用的是芳香 族聚碳酸酯,其综合性能很好,近年来发展很快,产量仅次于尼龙。聚 碳酸酯的化学稳定性也很好,能抵抗日光、雨水和气温变化的影响,它 的透明度高,成型收缩率小,制件尺寸精度高,广泛应用于机械、仪表 电讯、交通、航空、光学照明、医疗器械等方面。如波音747飞机上就 有2500个零件用聚碳酸酯制造,其总重量达二吨。 (4)ABS塑料 ABs是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种组元所组成,三个单体量可 以任意变化,制成各种品级的树脂。ABS具有三种组元的共同性能,丙 烯腈使其耐化学腐蚀,有一定的表面硬度,丁二烯使其具有韧性,苯乙 烯使其具有热塑性苏联的加工特性,因此ABS是具有“坚韧、质硬、刚 性”的材料。ABS塑料性能好,而且原料易得,价格便宜,所以在机械 加工、电器制造、纺织、汽车、飞机、轮船、化工等工业中得到广泛应 用
（3）聚碳酸酯 聚碳酸酯是新型热塑性工程塑料，品种很多，工程上常用的是芳香 族聚碳酸酯，其综合性能很好，近年来发展很快，产量仅次于尼龙。聚 碳酸酯的化学稳定性也很好，能抵抗日光、雨水和气温变化的影响，它 的透明度高，成型收缩率小，制件尺寸精度高，广泛应用于机械、仪表、 电讯、交通、航空、光学照明、医疗器械等方面。如波音747飞机上就 有2500个零件用聚碳酸酯制造，其总重量达二吨。 （4）ABS塑料 ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种组元所组成，三个单体量可 以任意变化，制成各种品级的树脂。ABS具有三种组元的共同性能，丙 烯腈使其耐化学腐蚀，有一定的表面硬度，丁二烯使其具有韧性，苯乙 烯使其具有热塑性苏联的加工特性，因此ABS是具有“坚韧、质硬、刚 性”的材料。ABS塑料性能好，而且原料易得，价格便宜，所以在机械 加工、电器制造、纺织、汽车、飞机、轮船、化工等工业中得到广泛应 用
(5)聚苯醚(PPO) 聚苯醚是线型、非结晶的工程塑料,具有很好的综合性能。它的最大特点是 使用温度宽(-190°℃~190°℃),达到热固性塑料的水平;它的耐摩擦磨损性 能和电性能也很好,还具有卓越的耐水、蒸汽性能。所以聚苯醚主要用作在较高 温度下工作的齿轮、轴承、凸轮、泵叶轮、鼓风机叶片、水泵零件、化工用管道 阀门以及外科医疗器械等。 (6)聚砜(PSF) 聚砜是分子链中具有硫键的透明树脂,具有良好的综合性能,它耐热性、抗 蠕变性好,长期使用温度为150℃C~174°℃C,脆化温度为-100°C。广泛应用于电 器、机械设备、医疗器械、交通运输等。 (7)聚四氟乙烯(F-4) 聚四氟乙烯是氟塑料中的一种,具有很好的耐高、低温,耐腐蚀等 性能。聚四氟乙烯几乎不受任何化学药品的腐蚀,它的化学稳定性超过 了玻璃、陶瓷、不锈钢,甚至金、铂,俗称“塑料王”。由于聚四氟乙 烯的使用范围广,化学稳定性好,介电性能优良,自润滑和防粘性好, 所以在国防、科研和工业中占有重要地位
（5）聚苯醚（PPO） 聚苯醚是线型、非结晶的工程塑料，具有很好的综合性能。它的最大特点是 使用温度宽（－190℃～190℃），达到热固性塑料的水平；它的耐摩擦磨损性 能和电性能也很好，还具有卓越的耐水、蒸汽性能。所以聚苯醚主要用作在较高 温度下工作的齿轮、轴承、凸轮、泵叶轮、鼓风机叶片、水泵零件、化工用管道、 阀门以及外科医疗器械等。 （6）聚砜（PSF） 聚砜是分子链中具有硫键的透明树脂，具有良好的综合性能，它耐热性、抗 蠕变性好，长期使用温度为150℃～174℃，脆化温度为－100℃。广泛应用于电 器、机械设备、医疗器械、交通运输等。 （7）聚四氟乙烯（F－4） 聚四氟乙烯是氟塑料中的一种，具有很好的耐高、低温，耐腐蚀等 性能。聚四氟乙烯几乎不受任何化学药品的腐蚀，它的化学稳定性超过 了玻璃、陶瓷、不锈钢，甚至金、铂，俗称“塑料王”。由于聚四氟乙 烯的使用范围广，化学稳定性好，介电性能优良，自润滑和防粘性好， 所以在国防、科研和工业中占有重要地位
(8)有机玻璃(PMMA) 有机玻璃的化学名称是“聚甲基丙烯酸甲酯”。它是目前最好的透 明材料,透光率达到92%以上,比普通玻璃好,且相对密度小(1.18), 仅为玻璃的一半。有机玻璃有很好的加工性能,常用来制作飞机的座舱、 弦舱,电视和雷达标图的屏幕,汽车风挡,仪器和设备的防护罩,仪表 外壳,光学镜片等。有机玻璃的缺点是耐磨性差,也不耐某些有机溶剂。 令特种塑料 具有某些特殊性能,满足某些特殊要求的塑料。这类塑料产量少 价格贵,只用于特殊需要的场合,如医用塑料等
（8）有机玻璃（PMMA） 有机玻璃的化学名称是“聚甲基丙烯酸甲酯”。它是目前最好的透 明材料，透光率达到92%以上，比普通玻璃好，且相对密度小（1.18）， 仅为玻璃的一半。有机玻璃有很好的加工性能，常用来制作飞机的座舱、 弦舱，电视和雷达标图的屏幕，汽车风挡，仪器和设备的防护罩，仪表 外壳，光学镜片等。有机玻璃的缺点是耐磨性差，也不耐某些有机溶剂。 ❖ 特种塑料 具有某些特殊性能，满足某些特殊要求的塑料。这类塑料产量少， 价格贵，只用于特殊需要的场合，如医用塑料等
、橡胶 令橡胶是具有髙弹性的轻度交联的线型高聚物,它们在很宽的温度范围内 处于高弹态。一般橡胶在-40%C~80℃C范围内具有高弹性,某些特种橡 胶在一100°℃C的低温和200°C高温下都保持高弹性。橡胶的弹性模数很低, 只有1MNm2,在外力作用下变形量可达100%~1000%,外力去除又很 快恢复原状。橡胶有优良的伸缩性,良好的储能能力和耐磨、隔音、绝 缘等性能,广泛用于制作密封件、减振件、传动件、轮胎和电线等制品
二、橡胶 ❖ 橡胶是具有高弹性的轻度交联的线型高聚物，它们在很宽的温度范围内 处于高弹态。一般橡胶在－40℃～80℃范围内具有高弹性，某些特种橡 胶在－100℃的低温和200℃高温下都保持高弹性。橡胶的弹性模数很低， 只有1MN/m2，在外力作用下变形量可达100%～1000%，外力去除又很 快恢复原状。橡胶有优良的伸缩性，良好的储能能力和耐磨、隔音、绝 缘等性能，广泛用于制作密封件、减振件、传动件、轮胎和电线等制品
三、合成纤维 凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料 称为纤维,包括有天然纤维和化学纤维。 涤纶又叫的确良,高强度、耐磨、耐蚀、易洗快干,是很好的衣 料。 尼龙在我国称为锦纶,强度大、耐磨性好、弹性好,主要缺点是 耐光性差。 腈纶在国外称为奥纶、开司米纶,它柔软、轻盈、保暖,有人造 羊毛之称。 维纶的原料易得,成本低,性能与棉花相似且强度高,缺点是弹 性较差,织物易皱。 丙纶是后起之秀,发展快,纤维以轻、牢、耐磨著称,缺点是可 染性差,日晒易老化 氯纶难燃、保暖、耐晒、耐磨,弹性也好,由于染色性差,热收 缩大,限制了它的使用
三、合成纤维 凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料 称为纤维，包括有天然纤维和化学纤维。 涤纶又叫的确良，高强度、耐磨、耐蚀、易洗快干，是很好的衣 料。 尼龙在我国称为锦纶，强度大、耐磨性好、弹性好，主要缺点是 耐光性差。 腈纶在国外称为奥纶、开司米纶，它柔软、轻盈、保暖，有人造 羊毛之称。 维纶的原料易得，成本低，性能与棉花相似且强度高，缺点是弹 性较差，织物易皱。 丙纶是后起之秀，发展快，纤维以轻、牢、耐磨著称，缺点是可 染性差，日晒易老化。 氯纶难燃、保暖、耐晒、耐磨，弹性也好，由于染色性差，热收 缩大，限制了它的使用