第十章高分子材料、陶瓷材料及复合材料

第十章

高分子材料、陶瓷材料及复合材料第一节 高分子材料

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。

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一、塑料1.通用塑料

通用塑料主要包括聚乙烯(PE) 、 聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙 烯(PP)、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。

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2.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(PA) 、聚甲醛(POM)、有机玻璃(PMMA)、 聚碳酸酯、ABS塑料、聚苯醚(PPO)、 聚砜(PSF)、氟塑料等。

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3.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。

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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 纯弹性体的性能随温度变化很 弹态。一般橡胶在-40℃~80℃范围内具有 大，如高温发粘，低温变脆，必须加入 高弹性，某些特种橡胶在-100℃的低温和 各种配合剂，经加温加压的硫化处理， 200℃高温下都保持高弹性。橡胶的弹性模 才能制成各种橡胶制品。硫化剂加入量 数很低，只有1MN/m2,在外力作用下变形量 大时，橡胶硬度增高。硫化前的橡胶称 可达100%~1000%,外力去除又很快恢复原 为生胶，硫化后的橡胶有时也称为橡皮。 状。橡胶有优良的伸缩性，良好的储能能力 常用橡胶品种的性能及用途见下表。 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。

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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。其 中，化学纤维又分为人造纤维和合成纤 维。人造纤维是用自然界的纤维加工制 成，如叫“人造丝”、“人造棉”的粘 胶纤维和硝化纤维、醋酸纤维等。合成 纤维以石油、煤、天然气为原料制成， 发展很快。目前，产量最多的六大品种 见下表。

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四、合

成胶粘剂胶粘剂分为天然胶粘剂和合成胶粘 胶粘剂统称为胶，它以粘性物质为 剂两种，浆糊、虫胶和骨胶等属于天然胶粘 基础，并加入各种添加剂组成。它可将各种 剂，而环氧树脂、氯丁橡胶等则属于合成胶 零件、构件牢固地胶结在一起，有时可部分 粘剂。通常，人工合成树脂型胶粘剂由粘剂 代替铆接或焊接等工艺。由于胶粘工艺操作 (如酚醛树脂、聚苯乙烯等)、固化剂、填 简便，接头处应力分布均匀，接头的密封性、 料及各种附加剂(增韧剂、抗氧剂等)组成。 绝缘性和耐蚀性较好，且可连接各种材料， 根据使用要求选择不同的配比。 所以在工程中应用日益广泛。 胶粘剂不同，形成胶接接头的方法也不同。 有的接头在一定的温度和时间条件下由固化 形成；有的加热胶接，冷凝后形成接头；还 有的需先溶入易挥发溶液中，胶接后溶剂挥 发形成接头。

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五、涂料涂料就是通常所说的油漆，这是一种 涂料是由粘接剂、颜料、溶剂和其它 有机高分子胶体的混合溶液，涂在物体表 辅助材料组成。其中，粘接剂是主要的膜 面上能干结成膜。涂料主要有三大基本功 物质，一般采用合成树脂作粘接剂，它决 能：一是保护功能，起着避免外力碰伤、 定了膜与基体层粘接的牢固程度；颜料也 摩擦，防止腐蚀的作用；二是装饰功能， 是涂膜的组成部分，它不仅使涂料着色， 起着使制品表面光亮美观的作用；三是特 而且能提高涂膜的强度、耐磨性、耐久性 殊功能，可作为标志使用，如管道、气瓶 和防锈能力；溶剂是涂料的稀释剂，其作 和交通标志牌等。 用是稀释涂料，以便于施工，干结后挥发； 辅助材料通常有催干剂、增塑剂、固化剂、 稳定剂等。

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第二节 无机非金属材料一、陶瓷材料的分类特种陶瓷是以人工化合物为原料制成，如氧化物、氮 化物、碳化物、硅化物、硼化物和氟化物瓷以及石英质、 无机非金属材料按照成分和结构，主要分为无 刚玉质、碳化硅质过滤陶瓷等。这类陶瓷具有独特的力学、 机玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷材料三大类。无机玻璃与 物理、化学、电、磁、光学等性能，满足工程技术的特殊 酸性氧化物和碱性氧化物的高粘度的复杂固体物质， 需要，主要用于化工、冶金、机械、电子、能源和一些新 具有无定形结构。玻璃陶瓷又叫玻璃晶体材料，是 技术中。在特种陶瓷中，按性能可分为高强度陶瓷、高温 在无机玻璃完全或部分结晶的基础上得到的，结构 陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、电介质陶瓷、光 处于玻璃和陶瓷之间。陶瓷材料是由成型矿物质高 学陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷和生物陶

瓷。按照化学组 温烧制(烧结)的无机物材料。陶瓷材料可分为传 成分类，特种陶瓷可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化 统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷等三种。 物陶瓷、复合瓷和纤维增强陶瓷。 传统陶瓷是以粘土、长石和石英等天然原 金属陶瓷是由金属和陶瓷组成的材料，它综合了 料，经过粉碎、成型和烧结制成，主要用作日用、 金属和陶瓷两者的大部分有用的特性。按照这种材料的生 建筑、卫生以及工业上应用是绝缘、耐酸、过滤陶 产方法，以前常将其归属于陶瓷材料一类，现在则多将其 瓷等。 算作复合材料。

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二、传统陶瓷(普通陶瓷) 传统陶瓷就是粘土类陶瓷，它产量大，应用 广。大量用于日用陶器、瓷器、建筑工业、电器 绝缘材料、耐蚀要求不很高的化工容器、管道， 以及机械性能要求不高的耐磨件，如纺织工业中 的导纺零件等

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三、特种陶瓷

现代工业要求高性能的 制品，用人工合成的原料，采 用普通陶瓷的工艺制得的新材 料，称为特种陶瓷。它包括氧 化物陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化 硅陶瓷、氮化硼陶瓷等几种。

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第三节 复合材料

复合材料是两种或两种以上化学本 质不同的组成人工合成的材料。其结构 为多相，一类组成(或相)为基体，起 粘结作用，另一类为增强相。所以复合 材料可以认为是一种多相材料，它的某 些性能比各组成相的性能都好。

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一、复合材料的基本类型与组成复合材料按基体类型可分为金属基复合材 料、高分子基复合材料和陶瓷基复合材料等三 类。目前应用最多的是高分子基复合材料和金 属基复合材料。 复合材料按性能可分为功能复合材料 和结构复合材料。前者还处于研制阶段，已经 大量研究和应用的主要是结构复合材料。 复合材料按增强相的种类和形状可分 为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层 状增强复合材料。其中，发展最快，应用最广 的是各种纤维(玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、 SiC纤维等)增强的复合材料。不同种类的复合 材料见下表。