課題：非金屬材料

授課時(shí)數(shù)：2

教學(xué)目的、要求：

1.熟悉塑料的組成、特性、成形方法及常用塑料

2.熟悉橡膠的組成、主要性能及常用橡膠材料

3.熟悉陶瓷的種類、性能及常用工業(yè)陶瓷

4.了解復(fù)合材料的性能及常用復(fù)合材料

教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：

塑料、陶瓷的組成、特性、成形方法及常用塑料、陶瓷；

教學(xué)過(guò)程：

（一）復(fù)習(xí)提問(wèn)

1.粉末冶金的特點(diǎn)與工藝

2、鋁鉆?類、鴇鈦鉆類硬質(zhì)合金的牌號(hào)、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途

（二）導(dǎo)入新課、授新課

笫11章非金屬材料

除金屬材料以外的所有工程材料，通稱非金屬材料。

11.1塑料

塑料是以合成樹(shù)脂為主要成分，加入適量的添加劑，在一定的溫度和壓力下塑

制成型的有機(jī)高分子材料。

一、塑料的組成

樹(shù)脂+添加劑

1.樹(shù)脂

樹(shù)脂是具有可塑性的高分子化合物的統(tǒng)稱。

樹(shù)脂在塑料中起粘結(jié)作用，它的種類、性能、數(shù)量決定了塑料的性能。樹(shù)脂的

品種不同，塑料的性能也就不一樣。塑料基本上都是以樹(shù)脂的名稱命名的，例如聚

氯乙烯塑料的樹(shù)脂就是聚氯乙烯。工業(yè)中用的樹(shù)脂主要是合成樹(shù)脂，如聚乙烯等。

2.添加劑

⑴填充劑填充劑或稱填料。加入填充劑的主要目的是彌補(bǔ)樹(shù)脂某些性能的

不足，以改善塑料的某些性能。

⑵增塑劑增塑劑是常用來(lái)增加塑料可塑性，改善可加工性，賦予制品柔軟

性的一種添加劑。常用的甲酸酯類化合物、磷酸酯類化合物和氯化石蠟等。

⑶固化劑凡是能和樹(shù)脂中的不飽和鍵或反應(yīng)基團(tuán)起作用，而使樹(shù)脂固化的

物質(zhì)，稱為固化劑(又稱硬化劑或變定劑、交聯(lián)劑、接觸劑等)。

(4)穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑又稱防老劑，其作用在于增強(qiáng)塑料對(duì)光、熱、氧等老化作

用的抵抗力，延長(zhǎng)制品的使用年限。常用的氧穩(wěn)定劑主要有胺類和酚類兩大類。

⑸潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑又稱脫模劑，它能防止塑料在成型過(guò)程中粘附模具或設(shè)備,

以使制品易于脫模且表面光潔。常用潤(rùn)滑劑是脂肪族化合物，如硬脂酸、硬脂酸皂

類。

(6)著色劑在塑料成形時(shí)常需要添加賦予制品色彩或特殊光學(xué)性能的著色

劑。

二、塑料的特性

1.優(yōu)點(diǎn)：

⑴質(zhì)輕

(2)比強(qiáng)度高

⑶優(yōu)異的電氣絕緣性能

⑷耐腐蝕性能好

⑸優(yōu)良的減摩、耐磨性能

(6)易加工成形

2.主要缺點(diǎn)

塑料的機(jī)械強(qiáng)度較低，特別是剛性差；不耐熱，除了一些特種塑料能耐,200°C

的高溫外，一般只能在100℃以下使用；此外，還有熱性極差、熱脹系數(shù)很大、易

老化、易燃燒等缺點(diǎn)。

三、常用塑料

按照塑料的成形工藝性能分，塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩類。

1.熱塑性塑料

(1)組成：

熱塑性塑料是以聚合樹(shù)脂或縮聚樹(shù)脂為基料，加如少量穩(wěn)定劑，潤(rùn)滑劑或增塑

劑，加或不加填料制取而成；其分子結(jié)構(gòu)主要是鏈狀的線型結(jié)構(gòu)。

(2)要工藝特點(diǎn)：

加熱時(shí)變軟，冷卻后變硬，再加熱又可變軟，可反復(fù)成形，具有可塑性，基本

性能不變，其制品使用溫度一般低于120°C。這類塑料的優(yōu)點(diǎn)是：容易加工成型，

而且具有一定的物理力學(xué)性能；缺點(diǎn)是：耐熱性和剛性都較差。

2.熱固性塑料

(1)特點(diǎn)

在受熱時(shí)軟化或血熔，可塑制成型，隨著進(jìn)一步加熱，能硬化成不溶、不熔的

塑料制品。

(2)常見(jiàn)的熱固性塑料

酚醛樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚脂、聚硅醛樹(shù)脂制得的塑料，以及

聚酰亞胺等。其主要優(yōu)點(diǎn)是耐熱性高，在負(fù)荷作用下不易變形，缺點(diǎn)是用作單組分

塑料時(shí)性硬旦脆。

四、塑料的成形方法

1.注射成形

2.擠出成形

3.壓制成形

<1)模壓法

(2)層壓法

4.吹塑成形

5.澆鑄成形

11.2橡膠和膠粘劑

一、橡膠

橡膠是一種具有高彈性的有機(jī)高分子材料。它的分子量大(一般都在兒十萬(wàn)到

一百萬(wàn)左右)、分子間引力小、分子鏈柔順，在很寬的溫度范同內(nèi)(-50℃?150℃)具

有獨(dú)特的高彈性，是區(qū)別于其他高分子材料的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

1.橡膠的組成

(1)生膠。

(2)配合劑

(3)增強(qiáng)材料

2.橡膠的主要性能

⑴高彈性

⑵較高的強(qiáng)度、優(yōu)良的伸縮性和優(yōu)異的儲(chǔ)存能力

⑶具有耐磨、隔音、絕緣等性能

⑷易老化

3.常用橡膠材料

(1)天然橡膠

(2)合成橡膠

①丁苯橡膠(SBR)

②順丁橡膠(BR)

(3)特種橡膠

二、膠粘劑

膠粘劑乂稱粘合劑、粘結(jié)劑，它是一種能把各種材料緊密地膠接在一起的物質(zhì)，

簡(jiǎn)稱為膠。

1.特點(diǎn)：

具有重量輕、強(qiáng)度高、粘接面應(yīng)力分布均勻，密封性好等優(yōu)點(diǎn)，但接頭耐熱性

差、易老化。

2.常用膠粘劑：

環(huán)氧膠粘劑、改性酚醛膠粘劑、聚氨酯膠粘劑、丙烯酸酣膠粘劑、無(wú)機(jī)膠粘劑。

11.3陶瓷材料

陶瓷是以無(wú)機(jī)非金屬材料為原料和經(jīng)高溫工藝處理所合成的材料，是經(jīng)原料粉

碎、壓制成形、高溫?zé)Y(jié)而成。

一、陶瓷的分類

按性能：分為普通陶瓷和特種陶瓷。

1.普通陶瓷

普通陶瓷乂稱傳統(tǒng)陶瓷，其原料是天然的硅酸鹽礦物，如粘土、長(zhǎng)石、石英等。

這類陶瓷又稱硅酸鹽陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、絕緣陶瓷、化工陶瓷等。

2.特種陶瓷

特種陶瓷又稱近代陶瓷，其原料是人工提煉的，即純度較高的金屬氧化物、碳

化物、氮化物等。特種陶瓷具有一些獨(dú)特的性能，可滿足工程結(jié)構(gòu)的特殊需要。

二、陶瓷的性能

1.力學(xué)性能

力學(xué)性能是陶瓷材料最重要的性能，結(jié)合鍵和晶體構(gòu)造決定了陶瓷具有很高的

抗壓強(qiáng)度和硬度，而抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度則很低，這是陶瓷材料的最重要的力學(xué)特

征，也是陶瓷的最大弱點(diǎn)。

2.熱性能

陶瓷的熔點(diǎn)很高，大多在2000℃以上，有很高的抗氧化性，高溫強(qiáng)度好，抗

蠕變能力強(qiáng)，適宜作高溫材料。

3.化學(xué)性能

陶瓷的組織結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，不但在室溫下不會(huì)氧化，即使在1000°C以上的高

溫下也不會(huì)氧化。

三、常用工業(yè)陶瓷

1.普通陶瓷

普通陶瓷是以粘土類及其他天然礦物原料經(jīng)過(guò)粉碎加工、成形、燒成等過(guò)程制

成的一種多晶、多相（晶相、玻璃相和氣相）的硅酸鹽陶瓷材料。

普通陶瓷的特點(diǎn)具有質(zhì)地堅(jiān)硬、不氧化、不導(dǎo)電、耐腐蝕、成本低，加工成形

好，強(qiáng)度低等特點(diǎn)。廣泛使用于電氣、化工、建筑和紡織行業(yè)。

2.氧化鋁陶瓷

氧化鋁陶瓷又叫高鋁陶瓷，主要成分是AbCh和SiCh。ALO3含量越高，性能

越好，但工藝復(fù)雜，成本高。氧化鋁瓷的原料是工業(yè)氧化鋁，所以成分和雜質(zhì)含量

容易控制，加入少量外加劑后，制坯、燒結(jié)。

3.氮化硅陶瓷

氮化硅陶瓷是新型工程陶究材料，氮化硅陶瓷室溫強(qiáng)度不高，可是高溫強(qiáng)度較

高，高溫蠕變小，特別加入適量SiC之后，抗高溫蠕變性顯著提高。

4.碳化硅陶瓷

SiC陶瓷是共價(jià)鍵性極強(qiáng)的化合物，在高溫狀態(tài)下仍保持高的鍵合強(qiáng)度，高溫

強(qiáng)度大、抗蠕變、耐磨、熱膨脹系數(shù)小、熱穩(wěn)定性好，耐腐蝕性優(yōu)良，是良好的高

溫結(jié)構(gòu)材料。

5.氮化硼陶瓷

氮化硼陶瓷有良好的高溫絕緣性（2000C時(shí)仍絕緣）、耐熱性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)

穩(wěn)定性、白潤(rùn)滑性，能抗多數(shù)熔融金屬侵蝕，硬度低，可進(jìn)行切削加工。

11.4復(fù)合材糕

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同物質(zhì)組合而成的一種多相

固體材料。

一、復(fù)合材料的性能

1.比強(qiáng)度和比模量高

2.抗疲勞性能好

3.減振能力強(qiáng)

4.高溫性能好

5.斷裂安全性高

此外，復(fù)合材料的減摩性、耐蝕性以及工藝性能也都較好。

二、常用復(fù)合材料

1.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

⑴玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(俗稱玻璃鋼)

①熱塑性玻璃鋼

熱塑性玻璃鋼以玻璃纖維為增強(qiáng)劑，熱塑性樹(shù)指為粘結(jié)劑。這種玻璃鋼用于制

作軸承、齒輪、儀表盤(pán)、收音機(jī)殼體等。

②熱固性玻璃鋼

熱固性玻璃鋼以玻璃纖維為增強(qiáng)劑，熱固性樹(shù)脂為粘結(jié)劑。其密度小，耐蝕

性、絕緣性、成形性好，比強(qiáng)度高于銅合金和鋁合金，甚至高于某些合金鋼。例如

汽車(chē)車(chē)身，直升飛機(jī)旋翼，氧氣瓶，輕型船體，耐海水腐蝕件，石油化工管道和閥

門(mén)等。

(2)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

這種復(fù)合材料與玻璃鋼相比，其抗拉強(qiáng)度高，彈性模量是玻璃鋼的4?6倍。

玻璃鋼在300°C以上，強(qiáng)度會(huì)逐漸下降，而碳纖維的高溫強(qiáng)度好。

碳纖維復(fù)合材料適于制作齒輪、高級(jí)軸承、活塞、密封環(huán)，化工零件和容器,

飛機(jī)渦輪葉片，宇宙飛行器外形材料，天線構(gòu)架，衛(wèi)星、火箭機(jī)架，發(fā)動(dòng)機(jī)殼體,

導(dǎo)彈鼻錐等。

2.層疊復(fù)合材料

層疊復(fù)合材料是由兩層或兩層以上不同材料復(fù)合而成。

（I）雙層金屬?gòu)?fù)合材料

雙層金屬?gòu)?fù)合材料是最簡(jiǎn)單的復(fù)合材料。如化工設(shè)備上采用包鈦鋼來(lái)代替全鈦

材料制造容器，既發(fā)揮鈦抗腐蝕、抗磨蝕和抗污垢等性能，又節(jié)約鈦的用量，降低

制造成本。

（2）三層復(fù)合材料

用于生產(chǎn)中的SF型的三層復(fù)合材料是以鋼板為基體，燒結(jié)鋼網(wǎng)或多孔青銅為

中間層，用聚四氟乙烯或聚甲醛塑料為表層的一種自潤(rùn)滑材料。

（3）夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由兩層薄面強(qiáng)的面板（或稱蒙皮），中間夾著輕面弱的芯子組

成。面板與芯子用膠接或焊接連在一起