第20练 常用非金属材料 江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练

编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练的第20练，内容涵盖3-6 常用非金属材料。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《机械基础》（高教版·第3版） 第20练 模块3 工程材料 第6节 常用非金属材料 一、单项选择题 1．塑料在机械制造中的应用日益广泛，齿轮、轴承保持架等零件常用工程塑料替代金属制造。塑料与金属相比最突出的优点是（ ） A．强度和硬度更高 B．耐高温性能更好 C．密度小、耐腐蚀、减摩性好 D．导热性更好 2．汽车轮胎、密封圈和减振器等零件要求材料具有高弹性和良好的耐磨性。满足这些要求的非金属材料是（ ） A．橡胶 B．陶瓷 C．工程塑料 D．玻璃钢 3．在内燃机的火花塞绝缘体和切削刀具中采用了一种硬度极高、耐高温、但脆性大的非金属材料。该材料是（ ） A．工程塑料 B．橡胶 C．玻璃钢 D．陶瓷 4．玻璃钢是用玻璃纤维增强的塑料基复合材料，兼具了两种组分材料的优点。玻璃钢中玻璃纤维的主要作用是（ ） A．提高材料的塑性和韧性 B．承受载荷、提高强度和弹性模量 C．提高材料的耐腐蚀性 D．改善材料的加工性能 5．尼龙（聚酰胺）是一种常用的工程塑料。用尼龙制造的齿轮在运转时噪声低且无需润滑油，这是因为尼龙具有（ ） A．高强度和硬度 B．耐高温性能 C．良好的导热性 D．自润滑性和良好的减摩性 6．在机械设备的导轨上粘贴一层非金属材料可显著降低摩擦因数并消除爬行现象（低速时动摩擦与静摩擦交替引起的振动）。这种导轨贴塑材料最常用的是（ ） A．普通聚乙烯 B．天然橡胶 C．聚四氟乙烯（PTFE） D．环氧树脂 二、填空题 7．常用的非金属工程材料主要有四大类：密度小、耐腐蚀、可注塑成型复杂形状的____；具有高弹性、用于密封和减振的____；硬度极高、耐高温但脆性大的____；以及由两种或以上不同材料复合而成性能优于单一组分的____。 8．复合材料由____相和____相两部分组成。在玻璃钢中，____纤维作为增强相承受主要载荷，____树脂作为基体相起到粘结纤维和传递应力的作用。纤维增强复合材料的力学性能沿纤维方向具有____性——沿纤维方向强度最高。 三、问答题 9．塑料、橡胶、陶瓷和复合材料是四类常用的非金属工程材料。请分别说明塑料和陶瓷在机械设备中的典型应用，分析它们替代金属材料的优势和局限性各是什么，并举出具体的应用实例。 10．纤维增强复合材料（如玻璃钢、碳纤维复合材料）通过将高强度纤维嵌入基体材料中获得优异的综合性能。请回答：（1）复合材料的增强相和基体相各自承担什么功能？两者如何协同工作？（2）为什么纤维增强复合材料具有各向异性？这一特性对机械零件的设计有什么影响？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练的第20练，内容涵盖3-6 常用非金属材料。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《机械基础》（高教版·第3版） 第20练 模块3 工程材料 第6节 常用非金属材料 一、单项选择题 1．塑料在机械制造中的应用日益广泛，齿轮、轴承保持架等零件常用工程塑料替代金属制造。塑料与金属相比最突出的优点是（ ） A．强度和硬度更高 B．耐高温性能更好 C．密度小、耐腐蚀、减摩性好 D．导热性更好 【答案】C 【解析】塑料密度小（0.9至2.2）、耐腐蚀、减摩性好（自润滑特性），适合制造齿轮和轴承保持架。但塑料强度和硬度远低于金属，耐热性差（一般不超过100至200度），导热性差。工程塑料如尼龙、聚甲醛广泛用于轻载齿轮。 2．汽车轮胎、密封圈和减振器等零件要求材料具有高弹性和良好的耐磨性。满足这些要求的非金属材料是（ ） A．橡胶 B．陶瓷 C．工程塑料 D．玻璃钢 【答案】A 【解析】橡胶具有高弹性（伸长率可达数百%）、耐磨性和密封性，是轮胎、密封圈和减振器的理想材料。陶瓷硬而脆不具弹性；工程塑料有一定弹性但远不如橡胶；玻璃钢是复合材料，弹性模量高但伸长率小。 3．在内燃机的火花塞绝缘体和切削刀具中采用了一种硬度极高、耐高温、但脆性大的非金属材料。该材料是（ ） A．工程塑料 B．橡胶 C．玻璃钢 D．陶瓷 【答案】D 【解析】陶瓷（如氧化铝、氮化硅）硬度极高（仅次于金刚石）、耐高温（1000度以上）、耐腐蚀，但脆性大不能承受冲击。火花塞绝缘体利用其绝缘性和耐热性，陶瓷刀具利用其高硬度和耐热性进行高速切削。 4．玻璃钢是用玻璃纤维增强的塑料基复合材料，兼具了两种组分材料的优点。玻璃钢中玻璃纤维的主要作用是（ ） A．提高材料的塑性和韧性 B．承受载荷、提高强度和弹性模量 C．提高材料的耐腐蚀性 D．改善材料的加工性能 【答案】B 【解析】玻璃钢中玻璃纤维为增强相（承受载荷、提高强度和弹性模量），塑料（如不饱和聚酯树脂）为基体相（粘结纤维、传递应力、保护纤维）。纤维增强复合材料的原理是让高强度纤维承担载荷而基体将载荷传递给纤维。 5．尼龙（聚酰胺）是一种常用的工程塑料。用尼龙制造的齿轮在运转时噪声低且无需润滑油，这是因为尼龙具有（ ） A．高强度和硬度 B．耐高温性能 C．良好的导热性 D．自润滑性和良好的减摩性 【答案】D 【解析】尼龙具有自润滑性和良好的减摩性，制造的齿轮可在无油或少油条件下运行，噪声低。但尼龙吸湿后尺寸和性能会变化，承载能力低于金属齿轮，一般用于轻载和仪器仪表传动。 6．在机械设备的导轨上粘贴一层非金属材料可显著降低摩擦因数并消除爬行现象（低速时动摩擦与静摩擦交替引起的振动）。这种导轨贴塑材料最常用的是（ ） A．普通聚乙烯 B．天然橡胶 C．聚四氟乙烯（PTFE） D．环氧树脂 【答案】C 【解析】聚四氟乙烯PTFE摩擦因数极低（约0.04），且静摩擦因数与动摩擦因数几乎相等，可有效消除机床导轨的爬行现象。PTFE还耐化学腐蚀和高温。使用时通过贴塑工艺将PTFE软带粘在导轨表面。 二、填空题 7．常用的非金属工程材料主要有四大类：密度小、耐腐蚀、可注塑成型复杂形状的____；具有高弹性、用于密封和减振的____；硬度极高、耐高温但脆性大的____；以及由两种或以上不同材料复合而成性能优于单一组分的____。 【答案】塑料；橡胶；陶瓷；复合材料 【解析】四大非金属材料各有所长：塑料轻质耐腐蚀可注塑、橡胶高弹性密封减振、陶瓷高硬度耐高温、复合材料取长补短综合性能优异。正确选用非金属材料可弥补金属的不足。 8．复合材料由____相和____相两部分组成。在玻璃钢中，____纤维作为增强相承受主要载荷，____树脂作为基体相起到粘结纤维和传递应力的作用。纤维增强复合材料的力学性能沿纤维方向具有____性——沿纤维方向强度最高。 【答案】增强；基体；玻璃；塑料（或树脂）；各向异 【解析】复合材料的增强相提供强度和刚度，基体相粘结纤维、传递和保护纤维。纤维增强复合材料具有各向异性——沿纤维方向强度高、垂直纤维方向强度低。设计时纤维方向应沿主要受力方向布置。 三、问答题 9．塑料、橡胶、陶瓷和复合材料是四类常用的非金属工程材料。请分别说明塑料和陶瓷在机械设备中的典型应用，分析它们替代金属材料的优势和局限性各是什么，并举出具体的应用实例。 【答案】塑料应用：齿轮（尼龙齿轮）——自润滑无需润滑油、噪声低、轻质、可注塑一次成型复杂齿形成本低。优势：密度小、耐腐蚀、减摩性好、成型方便。局限：强度低、耐热差（一般小于100至200度）、热膨胀系数大尺寸不稳定、易吸湿。陶瓷应用：切削刀具——硬度极高适合高速切削、耐高温（切削时刀尖处产生高温陶瓷仍保持硬度）、化学稳定性好不与工件材料反应。优势：硬度极高、耐高温、耐腐蚀、绝缘。局限：脆性大不能承受冲击、抗热震性差（急冷急热易裂）、难以加工成型。金属vs非金属的选择是综合权衡——高速轻载选塑料、高温高硬选陶瓷。 【解析】非金属材料选材原则：利用其特殊性能弥补金属短板——塑料轻质自润滑替代金属做轻载齿轮、陶瓷高硬耐热替代硬质合金做刀具、橡胶高弹性替代金属做密封件。但非金属的强度和韧性远不如金属，不能用于承载主结构。 10．纤维增强复合材料（如玻璃钢、碳纤维复合材料）通过将高强度纤维嵌入基体材料中获得优异的综合性能。请回答：（1）复合材料的增强相和基体相各自承担什么功能？两者如何协同工作？（2）为什么纤维增强复合材料具有各向异性？这一特性对机械零件的设计有什么影响？ 【答案】（1）增强相（纤维）功能：承受主要载荷，提供高强度和高弹性模量。基体相（树脂）功能：粘结和保护纤维使其固定在预定位置和方向，将载荷通过界面传递给纤维，防止纤维屈曲，保护纤维免受环境侵蚀。协同工作：外载荷首先作用于基体，通过纤维与基体之间的界面剪切应力将载荷传递给纤维，由高强度纤维承担大部分载荷。基体在纤维断裂后还能阻止裂纹扩展防止构件整体破坏。（2）各向异性原因：沿纤维排列方向纤维连续承担拉力，强度最高；垂直于纤维方向载荷由较弱的基体和纤维-基体界面承担，强度远低于沿纤维方向。对设计的影响：纤维方向必须按主要受力方向合理布置（如压力容器采用环向加纵向缠绕），单向受力构件应将纤维单向排列。不合理的设计（纤维方向与受力方向不匹配）会浪费材料性能。利用各向异性可实现定向增强——将材料用在最需要的位置。 【解析】复合材料通过增强相和基体相的协同实现一加一大于二的效果。纤维增强复合材料是机械设计中的重要轻量化材料——碳纤维复合材料比强度和比模量远超金属（赛车车身、飞机结构、风力发电机叶片等），但成本高且为各向异性，设计和工艺要求高。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $