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工程材料及其热处理－非1第6章聚合物,无机与复合材料工程材料及其热处理－非2教学基本要求1.熟悉常用聚合物材料分类,性能,特点与应用2.掌握常用工程塑料PE、PP、ABS、PA、PVC、POM、PIFE、PF、EP等的性能特点及应用场合；3.了解常用工程陶瓷材料的性能与应用，掌握常用硬质合金的分类与牌号表示方法。4.了解复合材料的性能、分类与应用特点。工程材料及其热处理－非3§1聚合物材料一、聚合物特征聚合物材料也称为高分子材料,按照其来源可以分为天然高分子材料和合成高分子材料。天然高分子材料有天然橡胶、纤维素、淀粉、羊毛、蚕丝等。合成高分子材料的种类繁多,如合成塑料、合成橡胶、合成纤维等。工程材料及其热处理－非4按照物理形态和用途来分,聚合物材料可以分为塑料、橡胶、纤维、黏合剂、聚合物基复合材料、聚合物合金、功能高分子材料等。二、工程塑料塑料是以天然或合成的高分子化合物为主要成分的原料,添加各种辅助剂(如填料、增塑剂、稳定剂、交联剂及其它添加剂)塑制成形,故称为塑料。工程材料及其热处理－非5根据不同的化合物种类和不同的用途，各种助剂(添加剂)的种类和用量有很大的差别。1.塑料的特性与金属比,塑的优是：质轻、比强度高,化学稳定性好,减摩,耐磨性好,电绝缘性优异,消声和吸震性好,成形加工性好,方法简单,生产率高。塑料的缺点是：强度、刚度底，耐热性差，易燃烧和易老化,导热性差,热膨胀系数大。工程材料及其热处理－非62.塑料的分类及用途根据树脂在加热和冷却时所表现的性质,塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料两种。⑴热塑性塑料热塑性塑料加热时变软,冷却后变硬,再加热又可变软,可反复成形,基本性能不变,其制品使用的温度低于120℃。热塑性塑料成形工艺简单,可直接经挤塑、注塑、压延、压制、吹塑成形,生产率高。工程材料及其热处理－非7常用的有聚乙烯(PE),适用于薄膜、软管、瓶、食品包装、药品包装以及承受小载荷的齿轮、塑料管、板、绳等；聚氯乙烯(PVC),适用于如输油管、容器、阀门管件等耐蚀结构件以及农业和工业包装用薄膜、人造革材料(因材料有毒，不能包装食品)等；ABS应用于机械、电器、汽车、飞机、化工等行业，如齿轮、叶轮、轴承、把仪表盘等零件；工程材料及其热处理－非8有机玻璃(PMMP)，应用于航空、电子、汽车、仪表等行业中的透明件、装饰件等。⑵热固性塑料热固性塑料加热软化,冷却后坚硬,固化后再加热则不再软化或熔融,不能再成形。热固塑料抗蠕变性强,不易变形,耐热性高,但树脂性能较脆,强度不高,成形工艺复杂,生产率低。常用酚醛塑料(PF),俗称“电木”,用造开关壳,插座壳,水润滑轴承,耐蚀衬里,绝缘件及复合材料等工程材料及其热处理－非9环氧树脂塑料(EP),适用于制玻璃纤维增强塑料(环氧玻璃钢)、塑料模具、仪表、电器零件,涂覆,包封和修复机件。塑料作为建材继土石、钢铁、木材之后正在日益兴起,又因其密度小,隔音绝热,防水,美观等一系列优点倍受人们喜爱,正在取代传统材料。作建筑管材用于上、下水、供气、供热等。作塑料门窗更因无需油漆而获得鲜艳的色彩、隔音、耐湿、保温节能效果都很理想。工程材料及其热处理－非10作为防水材料,其性能优于沥青油毡等。其他,如隔热保温用材,地板用材,壁纸,百叶窗，楼梯扶手,踢脚线等等,各方面都已有广泛应用。2.橡胶橡胶是以生胶为主要原料,加入适量的硫化剂、软化剂、填充剂、防老化剂和骨架材等制成。⑴橡胶的特性橡胶的主要的特性是高弹性,耐蚀性,有较高的强度和优异的积储能量的能力,具有耐磨、隔音、工程材料及其热处理－非11绝缘等性能。缺点是易老化。⑵橡胶的分类及用途橡胶按来源分为天然橡胶和合成橡胶两种。合成橡胶可分为通用橡胶和特种橡胶。如丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、丁腈橡胶(NBR)和聚氨酯橡胶(UR)、氟橡胶等。工业用作运输胶带,轮胎,制动件,管道,密封件、减震件,传动件,电线,电缆和绝缘材料等。工程材料及其热处理－非12二、陶瓷陶瓷是以天然硅酸盐或人工合成无机化合物为原料，用粉末冶金法生产的无机非金属材料。陶瓷,金属,高分子材料同称为三大固体材料。1.陶瓷的特性陶瓷的硬度很高,抗压强度高,耐高温、耐磨损、抗氧化和耐蚀性都很好。但质脆韧性很差,受冲击载荷时易碎裂,急热急冷条件下性能也较差。工程材料及其热处理－非132.陶瓷的分类及用途陶瓷按原料不同分为普通陶瓷和特种陶瓷；按用途不同分为日用陶瓷和工业陶瓷。工业陶瓷又分为工程结构陶瓷和功能陶瓷。普通陶瓷又称传统陶瓷、硅酸盐陶瓷,其原料是粘土、长石、石英等天然硅酸盐矿物。包括日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷等。工程材料及其热处理－非14特种陶瓷又称近代陶瓷,其原料是人工合成的金属氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等。特种陶瓷具一些独特的性能,可满足工程结构的特殊需要。陶瓷材料在机械、化工、冶金、电子、建筑等行业和某些新技术领域中得到了广泛应用。三、复合材料复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料,经人工组合而成的多相固体材料。工程材料及其热处理－非151.复合材料的特性复合材料既保留了单一材料各自的优点,又有单一材料所没有的优良综合性能。其优点是强度高,抗疲劳性能好,耐高温、耐蚀性好,减摩、减震性好,并且制造工艺简单,可以节省原材料和降低成本。缺点是抗冲击性差、不同方向上的力学性能存在较大差异。2.复合材料的分类及用途工程材料及其热处理－非16复合材料分为基体相和增强相。基体相起粘结剂作用,增强相起提高强度和韧性的作用。常用复合材料为纤维增强复合材料、层叠复合材料和颗粒复合材料三种。⑴纤维增强复合材料如玻璃纤维增强复合材料(俗称玻璃钢)是用热塑(固)性树脂与纤维复合的一种复合材料,其抗拉、抗压、抗弯强度和冲击韧性均有显著提高。工程材料及其热处理－非17主要用于减摩、耐磨零件及管道、泵体、船舶壳体等。⑵层叠复合材料层叠复合材料是由两层或两层以上不同材料复合而成,其强度、刚度、耐磨、耐蚀、绝热、隔声、减轻自重等性能分别得到改善。用于飞机机翼,火车车厢,轴承,垫片等零件。⑶颗粒复合材料工程材料及其热处理－非18颗粒复合材料是一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体内所组成的。金属粒和塑料的复合是将金属粉加入塑料中，改善导热、导电性,降低线膨胀系数,如加铅粉塑料中,可作防γ射线辐射的罩屏,加铅粉,制作轴承。复合材料在制造业中,用来制造高强度零件、化工容器、汽车车身、耐腐蚀结构件,绝缘材料和轴承等,复合材料的应用日益广泛。下面观看一段录像片