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《工程材料与热加工基础》 第八章 常用非金属材料 机械工程系 金工教研室 《工程材料与热加工基础》——程晓宇 第八章 常用非金属材料 非金属材料指工程材料中除金属材料以外的其 他一切材料。 非金属材料的原料来源广泛，自然资源丰富， 成形工艺简单，具有一些特殊性能，应用日益 广泛，已成为机械工程材料中不可缺少的重要 组成部分。 在机械工程中常用的非金属材料主要包括高分 子材料、陶瓷材料和复合材料 《工程材料与热加工基础》——程晓宇 学习要点： 1．高分子材料（高聚物）是通过聚合反应以低分子 化合物结合形成的。聚合反应分为加聚反应和缩聚反 应。 2．塑料主要由合成树脂和添加剂组成。 3．常用塑料及其在生产中的用途。 4．工业陶瓷的特点及用途。 5．复合材料的特点及分类。 《工程材料与热加工基础》——程晓宇 8.1 高分子材料 高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。高 分子化合物是指相对分子质量分子量很大的化合 物，其分子量一般在5000以上 。 高分子化合物包括有机高分子化合物和无机高分子化 合物两类。有机高分子化合物又分为天然的和合成 的。 机械工程中使用的高分子材料主要是人工合成的有机 高分子聚合物（简称高聚物），例如塑料、合成橡 胶、合成纤维、涂料和胶接剂等。 高聚物是通过聚合反应以低分子化合物结合形成的高 分子材料 《工程材料与热加工基础》——程晓宇 聚合反应 1.加聚反应 由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应. 例如乙烯加聚成聚乙烯；单体为两种或两种以上的则为共加 聚，例如ABS工程塑料就是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单 体共聚合成的。 2.缩聚反应 是由一种或多种单体相互作用而连接成高聚物的反应 这 种反应同时析出新的低分子副产物。 酚醛树脂电木、聚酰胺尼龙、环氧树脂等都是缩聚反应 产物。 《工程材料与热加工基础》——程晓宇 8.1.1 塑料 1．塑料的组成 塑料是以合成树脂为主要成分，加入一些用来 改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成的高分子材 料。树脂的种类、性能、数量决定了塑料的性能，因 此，塑料基本上都是以树脂的名称命名的，例如聚氯 乙烯塑料的树脂就是聚氯乙烯。工业中用的树脂主要 是合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。 《工程材料与热加工基础》——程晓宇 添加剂的种类较多，常用的主要有以下几种： （1）填料 填料可使塑料具有所要求的性能，且能降低成本。 用木屑、纸屑，石棉纤维、玻璃纤维等有机材料作填料，可增 加塑料强度，例如酚醛树脂中加入木屑即是俗称的电木。用高 岭土、滑石粉、氧化铝、石墨、铁粉、铜粉和铝粉等无机物为 填料，可使塑料具有较高的耐热性、导热性、耐磨性、耐蚀性 等。 （2）增塑剂 增塑剂用以增加树脂的可塑性、柔软性、流动 性，降低脆性。常用的增塑剂有磷酸酯类化合物、甲酸酯类化 合物和氯化石蜡等。 （3）稳定剂防老化剂 稳定剂可增加塑料对光、热、氧等老化 作用的抵抗力，延长塑料的寿命。常用的稳定剂有硬脂酸盐、 环氧化合物等。 （4）润滑剂 加入少量润滑剂可改善塑料成形时的流动性和脱 模性，使制品表面光滑美观。常用的润滑剂有硬脂酸等。 除上述添加剂外，还有固化剂、发泡剂、抗静电剂、稀释剂、 阻燃剂、着色剂等。 《工程材料与热加工基础》——程晓宇 2.塑料的特性 1质轻、比强度高 塑料的密度为0.9～2.2g／cm3，只有钢铁的 1／8～1／4。泡沫塑料的密度约0．01g／cm3。塑料的强度比金属 低，但比强度高。这对减轻机械产品的重量具有重要意义。 2化学稳定性好 塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐蚀。例 如，聚四氟乙烯在沸腾的“王水”中仍很稳定。 3优异的电绝缘性 塑料有良好的电绝缘性，介质损耗小，其电绝 缘性可与陶瓷、橡胶等绝缘材料相媲美。 4减摩、耐磨性好 塑料的硬度低于金属，但多数塑料的摩擦系数 小，有些塑料如聚四氟乙烯、尼龙等具有自润滑性。因此，塑料 可用于制作在无润滑条件下工作的某些零件。 5消声和吸振性好 塑料轴承和齿轮工作时平稳无声，大大减小了 噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音材料。 6成形加工性好 塑料有注射、挤压、模压、浇塑等多种成形方 法，且工艺简单，生产率高。 7耐热性差 多数塑料只能在100℃左右使用，少数品种可在 200℃左右使用；易老化因光、热、载荷、水、碱?⑺帷⒀醯鹊某?期作用，使塑料变硬、变脆、开裂等现象，称老化；导热性差，约 为金属的1／500；热膨胀系数大，约为金属的3至10倍。 《工程材料与热加工基础》——程晓宇 3．常用塑料 1热塑性塑料 ①聚乙烯PE 按生产工艺不同，分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚 乙烯。高压聚乙烯化学稳定性高，柔软性、绝缘性、透明性、 耐冲击性好，宜吹塑成薄膜、软管、瓶等。低压聚乙烯质地坚 硬，耐磨性、耐蚀性、绝缘性好，适宜制作