高二 北京理工大学出版社 《金属学与热处理》第十章 其他常用工程材料课件

第十章 其他常用工程材料 10.1 高分子材料 10.2 陶瓷材料 10.3 复合材料 10.4 新材料简介 10.1 高分子材料 一、高分子材料的概念 高分子材料分为天然和人工合成两大类。天然高分子材料有羊毛、蚕丝、淀粉、纤维素及橡胶等。人工分成高分子材料有聚苯乙烯、聚氯乙烯及聚丙烯腈等。工程上应用的高分子材料主要是人工合成的高分子材料，是以高分子化合物为主要组成物的材料，而高分子化合物是指分子量很大的化合物，它们的分子量都在几千、几万、几十万或几百万以上，甚至无穷，但多数在5 000~1 000 000。表10-1列举了一些物质的分子量。高分子量物质和低分子量物质之间并没有严格的界限，一般把分子量不大于500的物质称为低分子化合物，大于500的物质称为高分子化合物。一般来说，低分子化合物没有强度和弹性，而高分子化合物则具有一定的强度、弹性和塑性。 高分子化合物一般由一种或几种简单的低分子化合物(也称为单体)重复连接而成。例如，聚乙烯是由低分子乙烯(单体)组成，聚氯乙烯是由低分子氯乙烯(单体)组成。低分子化合物聚合起来形成高分子化合物的过程称为聚合反应。所以，高分子化合物又称为高聚物或聚合物。 下一页 返回 10.1 高分子材料 由单体聚合为高聚物的基本方式有以下两种: .加成聚合反应(也称加聚反应)。它是单体经过光照、加热或化学药品(称为引发剂)的作用后相互结合成大分子的过程。加聚反应进行得较快，反应过程中不停留，没有中间产物生权。目前产量较大的高分子化合物品种，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯及合成橡胶等，都是加聚反应的产品。 .缩合聚合反应(也称缩聚反应)。它是具有官能团(如一OH,-COOH,-NH等)的单体，互相反应结合成较大的大分子，同时生成某些低分子物质(如水、氨等)的过程。缩聚反应有很大使用价值，如涤纶、尼龙、酚醛树脂、环氧树脂等重要的高分子化合物都是缩聚反应合成的。 人工合成的高分子化合物按工艺性质可分为塑料、橡胶、胶黏剂和纤维素4类。 二、常用的高分子材料 1.塑料 (1)塑料的组成塑料是一种高分子物质合成材料。它是以树脂为基础，再加入添加剂制成。 上一页 下一页 返回 10.1 高分子材料 树脂是塑料的主要成分，用以黏接塑料中的其他成分，并使其具有成型性能。树脂的种类、性质及加入量对塑料的性能有很大的影响，因此，很多塑料就是以所用树脂的名称来命名的。如聚氯乙烯塑料就是以聚氯乙烯为主要成分。目前采用的树脂主要是合成树脂。 添加剂的作用主要是改善某些性能或降低成本，常用的添加剂有填充剂、增塑剂、稳定剂、固化剂、润滑剂、着色剂等。 (2)塑料的分类按塑料的热性能不同可分为热塑性塑料和热固性塑料，按塑料使用范围的不同可分为通用塑料、工程塑料和耐热塑料。 热塑性塑料加热时软化，可塑造成型，冷却后变硬，再次加热又软化，冷却又变硬，可多次变化。它的变化是一种物理变化(塑化)，化学结构基本不变。常用的热塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯,ABS、聚甲醛、聚碳酸醋、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚矾等。这种塑料具有加工成型简单、力学性能较好的优点，缺点是耐热性和刚性较差。 上一页 下一页 返回 10.1 高分子材料 热固性塑料加热时软化，可塑造成型，但固化后的塑料既不溶于溶剂，也不再受热软化，只能塑制一次。常用的热固性塑料有酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料等。这类塑料具有耐热性能好、受压不易变形等优点，缺点是力学性能不好。 通用塑料是指产量大、用途广、价格低而受力不大的塑料产品。主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等，它们是一般工农业生产和日常生活不可缺少的塑料。工程塑料是指力学性能较好、耐热、耐寒、耐蚀和电绝缘性良好的塑料，它们可取代金属材料制造机械零件和工程结构。这类塑料主要有聚碳酸醋、聚酞胺(即尼龙)、聚甲醛、聚矾和ABS等。耐热塑料是指在较高温度下工作的各种塑料，如聚四氟乙烯、环氧塑料和有机硅塑料等均能在100℃~2 000℃的温度下工作。 (3)塑料的成型加工塑料的成型是将各种形态(粉状、粒状、液态、糊状和碎料)的塑料，制成具有一定形状和尺寸的制品的过程。塑料的成型工艺简单，形式多样，如注射成型、压制成型、挤出成型和吹塑成型。图10-1是用吹塑成型制取小口径中空制品的示意图。 上一页 下一页 返回 10.1 高分子材料 将适当大小的坯料(管状或片状塑料)放置于模具中(图10-1(a))，然后闭合模具并通过压缩空气，使尚具有良好塑性的坯料紧贴于模壁内侧(图10-1(b))，待冷却后打开模具，即得到中空制品(图10-1(c))。吹塑成型主要用来制取薄壁、小口径的中空制品