陶瓷材料

陶瓷材料有高温化学稳定性、超硬的特点和极好的耐腐蚀性能。

（ 1 ）陶瓷材料的分类。陶瓷一般分为普通陶瓷和新型陶瓷两大类。

（ 2 ）常用陶瓷材料。在工程中常用的陶瓷有电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、结构陶瓷和耐酸陶瓷等。

高分子材料

1 ．高分子材料的基本概念

高分子材料具有较高的强度，良好的塑性，较强的耐腐蚀性能，很好的绝缘性和重量轻等优良性能。高分子材料一般分天然和人工合成两大类。通常根据机械性能和使用状态将工程高分子材料分为塑料、橡胶和合成纤维三大类。

常见的加聚树脂有聚乙烯（ PE ）、聚氯乙烯（ PVC ）、聚苯乙烯（ PS ）、 ABS 树脂、聚醋酸乙烯（ PVAC ）、聚丙烯（ PP ）和聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA ）等。

2 ．高分子材料的基本性能及特点

（ 1 ）质轻。

（ 2 ）比强度高。

（ 3 ）有良好的韧性。

（ 4 ）减摩、耐磨性好。

（ 5 ）电绝缘性好。

（ 6 ）耐蚀性。

（ 7 ）导热系数小。

（ 8 ）易老化。

（ 9 ）易燃。

（ 10 ）耐热性。

（ 11 ）刚度小。

3 ．工程中常用高分子材料

（ l1）塑料制品：

1 ）塑料的组成。常用的塑料制品都是以合成树脂为基本材料，再按一定比例加入填充料、增塑剂、着色剂和稳定剂等材料，经混炼、塑化，并在一定压力和温度下制成的。

① 树脂。

树脂有合成树脂和天然树脂之分。

树脂在塑料中主要起胶结作用，通过胶结作用把填充料等胶结成坚实整体。因此，塑料的性质主要取决于树脂的性质。

合成树脂：合成树脂分子结构分为直线型、支链型和体型（或称为网状型）三种。

② 填料。

又称填充剂，其作用是提高塑料的强度和刚度，减少塑料在常温下的蠕变（又称冷流）现象及提高热稳定性，对降低塑料制品的成本、增加产量有显著的作用，提高塑料制品的耐磨性、导热性、导电性及阻燃性，并可改善加工性能。填料的种类很多，常用的有有机和无机两大类。

③ 增塑剂。其作用是提高塑料加工时的可塑性及流动性；改善塑料制品的柔韧性。常用的增塑剂为酯类和酮类等。

④ 着色剂。着色剂的种类按其在着色介质中或水中的溶解性分为染料和颜料两大类。

染料可溶于被着色树脂或水中，透明度好，着色力强，色调和色泽亮度好，但光泽的光稳定性及化学稳定性差，主要用于透明的塑料制品。常见的染料品种有：酞青兰和酞青绿、联苯胺黄和甲苯胺红等。

颜料不溶于被着色介质或水。在塑料制品中，常用的是无机颜料。无机颜料不仅对塑料具有着色性，同时又兼有填料和稳定剂的作用。如炭黑既是颜料，又有光稳定作用。

⑤ 稳定剂。

2 ）工程中常用塑料制品：

① 热塑性塑料：

a 、低密度聚乙烯（ LDPE ）。低密度聚乙烯具有质轻。吸湿性极小、良好的电绝缘性能好。延伸性和透明性强和较好的耐寒性和化学稳定性，但强度和耐环境老化性较差。它一般用作耐蚀材料、小载荷零件（齿轮、轴承）及一般电缆包皮和农用薄膜等。

b 、高密度聚乙烯（ HDPE ）。高密度聚乙烯具有良好的耐热性和耐寒性，力学性能优于低密度聚乙烯，介电性能优良，但略低于低密度聚乙烯，耐磨性及化学稳定性良好，能耐多种酸、碱、盐类腐蚀，吸水性和水蒸汽渗透性很低，但耐老化性能较差，表面硬度高，尺寸稳定性好。它主要用于制作单口瓶、运输箱、安全帽、汽车零件、贮罐、电缆护套、压力管道及编织袋等。

c 、聚丙烯（ PP ）。聚丙烯具有质轻，不吸水，介电性、化学稳定性和耐热性良好，力学性能优良，但是耐光性能差，易老化，低温韧性和染色性能不好。聚丙烯主要用于制作受热的电气绝缘零件、汽车零件、防腐包装材料以及耐腐蚀的（浓盐酸和浓硫酸除外）化工设备等。

d 、聚氯乙烯（ PVC ）。硬聚氯乙烯塑料常被用来制作化工、纺织等工业的废气排污排毒塔，以及常用气体、液体输送管。软聚氯乙烯塑料常制成薄膜，用于工业包装等，但不能用来包装食品，因增塑剂或稳定剂有毒，能溶于油脂中，污染食品。

e 、聚四氟乙烯（ PTFE ， F － 4 ）。聚四氟乙烯俗称塑料王，具有非常优良的耐高、低温性能。几乎耐所有的化学药品，在浸蚀性极强的王水中煮沸也不起变化，摩擦系数极低。它也不粘，不吸水，电性能优异，是目前介电常数和介电损耗最小的固体绝缘材料。缺点是强度低，冷流性强。

f 、聚苯乙烯（ PS ）。聚苯乙烯具有较大的刚度。聚苯乙烯比重小，常温下较透明，几乎不吸水，具有优良的耐蚀性，电阻高，是很好的隔热、防震、防潮和高频绝缘材料。缺点是耐冲击性差，不耐沸水，耐油性有限，但可改性。

g ．聚碳酸酯（ PC ）。聚碳酸酯誉称 “ 透明金属 ” ，具有优良的综合性能，冲击韧性和延性在热塑性塑料中是最好的，弹性模量较高，不受温度的影响，抗蠕变性能好，尺寸稳定性高，透明度高，可染成各种颜色，吸水性小，绝缘性能优良。但自润滑性差，耐磨性低，不耐碱、氯化烃、酮和芳香烃腐蚀，长期浸在沸水中会发生水解或破裂，有应力开裂倾向，疲劳抗力较低。

h 、 ABS 。普通 ABS 是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。综合机械性能良好，同时尺寸稳定，容易电镀和易于成形，耐热和耐蚀性较好，在一 40 ℃ 的低温下仍有一定的机械强度。

i 、聚酸胺（ PA ）。聚酷胺通称尼龙，这种热塑性塑料由二元胺与二元酸缩合而成，这是机械工业中应用较广的工程塑料。

j 、单体浇注尼龙  6 （ MC ）。单体浇注尼龙简称  MC 尼龙。

k 、聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA ）。俗称有机玻璃，缺点是表面硬度不高，易擦伤，由于导热性差和热膨胀系数大，易在表面或内部引起微裂纹，因而比较脆。此外，易溶于有机溶液中。

② 热固性塑料：

a 、酚醛模塑料（ PF ）。

b 、酚醛玻璃纤维增强塑料。

c 、环氧树脂（ EP ）。

环氧树脂树脂强度较高，韧性较好；尺寸稳定性高和耐久性好；具有优良的绝缘性能。耐热，耐寒，化学稳定性很高。缺点是有毒性。

d 、呋喃树脂。呋喃树脂能耐强酸、强碱和有机溶剂腐蚀，并能适用于其中两种介质的结合或交替使用的场合。但不能耐强氧化性介质。

e 、不饱和聚酯树脂。不饱和聚酯树脂主要特点是工艺性能优良，在室温下固化，常压下成型，因而施工方便，易保证质量。

（ 2 ）橡胶。橡胶是一种具有良好耐酸、碱性能的高分子防腐蚀材料。橡胶分天然橡胶和合成橡胶两大类。工程中常用橡胶制品有：

1 ）天然橡胶（ NR ）。

2 ）丁苯橡胶（ SBR ）具有良好的耐寒性、耐磨性，力学性能与天然橡胶相似。

3 ）丁睛橡胶（ NBR ）一般含有丙烯腈，丙烯腈含量越高，耐油、耐热和耐磨性越好，但耐寒性则相反。

4 ）氯磺化聚乙烯橡胶（ CSM ）耐臭氧性、耐热性优异，耐候性、耐温性能良好，但压缩变形大，耐油性差。

5 ）丁基橡胶（ IIR ）。

6 ）氯丁橡胶（ CR ） .

7 ）氟硅橡胶（ MFQ ）。

（ 3 ）合成纤维。目前国内外大量发展的主要有聚酰胺纤维、聚酯纤维及聚丙烯腈纤维三大类。

合成纤维具有强度高、比重小、耐磨和不霉不腐等特点，广泛用于制作衣料。

复合材料

1 ．复合材料组成、分类和特点

按基体材料类型可分为：有机材料基、无机非金属材料基和金属基复合材料三大类。

按增强体类型可分为：颗粒增强型、纤维增强型和板状增强型复合材料三大类。

按用途可分为结构复合材料与功能复合材料两大类。

以增强纤维类型分为碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、有机纤维复合材料、复合纤维复合材料和混杂纤维复合材料等。

与普通材料相比，复合材料具有许多特性，具体表现在：

（ 1 ）高比强度和高比模量。

（ 2 ）耐疲劳性高。

（ 3 ）抗断裂能力强。

（ 4 ）减振性能好。

（ 5 ）高温性能好，抗蠕变能力强。

（ 6 ）耐腐蚀性好。

（ 7 ）复合材料还具有较优良的减摩性、耐磨性、自润滑性和耐蚀性等特点，而且复合材料构件制造工艺简单，表现出良好的工艺性能，适合整体成型。

2 ．复合材料增强体

（ 1）纤维增强体。

在纤维增强体中，玻璃纤维是应用最为广泛的增强体。玻璃纤维具有成本低、不燃烧、耐热、耐化学腐蚀性好、拉伸强度和冲击强度高、断裂延伸率小、绝热性及绝缘性好等特点。

（ 2 ）颗粒增强体。

（ 3 ）其他增强体：

片状增强体。天然片状增强体的典型代表是云母；人造的片状增强体有玻璃、铝和银等。

天然增强体。

3 ．复合材料基体

（ 1 ）树脂基体。树脂基复合材料是复合材料中最主要的一类，通常称为增强塑料。

常用的热固性树脂基体有不饱和聚酯树脂，它以其室温低压成型的突出优点，使其成为玻璃纤维增强塑料用的主要树脂；环氧树脂，它广泛用作碳纤维复合材料及绝缘复合材料；酚醛树脂，它则大量用作摩擦复合材料。

热塑性树脂主要有通用型和工程型树脂两类。

（ 2 ）金属基体。金属基复合材料主要有三类：颗粒增强、短纤维或晶须增强、连续纤维或薄片增强。多种金属及其合金可用作基体材料。主要有以下几种：铝合金、钛合金、镁合金、铜。

除此之外，还有金属间化合物，如镍铝化合物等。用金属间化合物作为基体材料制造复合材料提高韧性是一种有效的方法。

（ 3 ）陶瓷基体。制作陶瓷基复合材料的主要目的是增加韧性。

4 ．复合材料的应用

（ 1 ）用玻璃纤维增强塑料得到的复合材料，俗称玻璃钢。玻璃纤维增强聚酚胺纤维的刚度、强度和减摩性好。

（ 2 ）碳纤维增强酚醛树脂、聚四氟乙烯复合材料，常用作宇宙飞行器的外层材料。

（ 3 ）石墨纤维增强铝基复合材料，可用于结构材料。

（ 4 ）硼纤维增强铝合金的性能高于普通铝合金，甚至优于钛合金，此外，增强后的复合材料耐疲劳性能非常优越，比强度也高，且有良好的抗蚀性。

（ 5 ）塑料 — 钢复合材料，主要是由聚氯乙烯塑料膜与低碳钢板复合而成，有单面塑料复合材料和双面塑料复合材料两种。塑料 — 钢复合材料的性能如下：

1 ）化学稳定性好，耐酸、碱、油及醇类的浸蚀，耐水性也好；

2 ）塑料与钢材间的剥离强度大于或等于  20MPa ；

3 ）深冲加工时不剥离，冷弯 120 度不分离开裂；

4 ）绝缘性能和耐磨性能良好；

5 ）具有低碳钢的冷压力加工性能；

6 ）   加工温度在 10 － 40 ℃ 之间为佳，在 -10 － 60 ℃ 之间可长期使用，短时间使用可耐 120 ℃ 。