工程材料及成形工艺 第3版 第8章 非金属材料与复合材料.pptx

8.1高分子材料

8.2陶瓷材料

8.3复合材料;汽车是由几万个零件组装而成，其中非金属材料约占20%。汽车的内饰件和外饰件几乎全部是高分子材料；汽车上还有玻璃材料的窗玻璃和灯玻璃、陶瓷材料的发动机叶片和高温轴承等非金属零件。近年来汽车上非金属材料保持着进一步扩大的趋势。;8.1.1高分子化合物基本知识;1高分子化合物的合成;ABS;缩聚反应是指由一种或几种单体相互作用生成大分子、并同时析出其它低分子物质(如水、氨、醇等)的反应。

由两种以上单体进行的缩聚反应称为共缩聚反应，其产物为共缩聚物，如由己二胺和己二酸通过共缩聚反应生成尼龙66的反应式如下：;2主要术语及概念;3高分子化合物的分类;8.1.2高分子材料的结构;①结构单元的化学组成

C链最多，C、H、O、N等元素能组合成链状分子的结构单元。

大分子链组成元素不同，性能差别很大。如聚乙烯中的H被F原子代替，即聚四氟乙烯，是耐王水腐蚀的塑料王。;③大分子链的构象

在保持键长和键角不变的情况下，每一个单键可绕相邻单键进行任意旋转(又称内旋转)。单键内旋转使原子排列空间位置变化。

这种由于单键内旋转所引起的主链原子占据不同空间位置所构成的分子链的各种形状，称为大分子链的构象。

单键的内旋转使大分子链时而伸长，时而卷曲。这种能由构象变化获得不同卷曲程度的特性称为大分子链的柔顺性。具有柔顺性分子链的高聚物表现出好的弹性和韧性。;带支链是在线型大分子主链上又接出一些短的支链。这类结构高聚物的性能和加工都接近线型分子链高聚物。;高分子化合物的聚集态结构：指高聚物内部高分子链之间的几何排列或堆砌结构。

分子量越大，聚合度越高，大分子间的作用力越大，故强度、硬度增加。例：聚乙烯的分子量50万时，σ=15MPa，分子量100万时σ=40MPa。;晶态结构在高聚物中所占比例称为结晶度。

结晶度越高，分子间作用力越强，因此高分子化合物的强度、硬度、刚度和熔点越高，耐热性和化学稳定性越好；而弹性、伸长率、冲击韧性则降低。;线型非晶态聚合物在恒定应力下的变形-温度曲线;当分子量小于一定值时，高弹区消失；升高温度，高聚物直接由玻璃态转变成粘流态。

对于具有网状链的非晶态高聚物，因其链间运动受到很大束缚，以致粘流态消失，甚至只存在玻璃态。;8.1.3高分子材料的性能特点;1塑料;按塑料受热后的性质分类：

①热塑性塑料：热熔性塑料。受热时软化并熔融，成为可流动的粘稠液体，冷却后便固化成型。这一过程可反复进行，而树脂的化学结构基本不变。

聚合树脂，线型高分子链。加热融化、冷却硬化，可重复利用。

②热固性塑料：在一定温度下能软化或熔融，冷却后固化成型。一旦成型后便不能被溶剂溶解；再度加热，也不会再度熔融，温度过高时只能分解而不能软化，只能塑制一次。树脂在加热变化的前后的性质完全不同，发生物理变化（塑化），化学变化（交联固化），这种变化是不可逆的。

缩聚树脂，体型高分子链；加热发生化学反应，固化坚硬；不溶解，再加热时不再融化，不能循环使用。;3）塑料的特性;4）常用塑料;聚氯乙烯(PVC)

分为硬质和软质两种。

硬质聚氯乙烯

强度较高，绝缘性和耐蚀性好，耐热性差，在－15～60℃温度范围使用，用于化工耐蚀的结构材料，如输油管、容器、离心泵、阀门管件等，用途很广。

软质聚氯乙烯

强度低于硬质聚氯乙烯，伸长率大，绝缘性较好，在－15～60℃的温度范围使用。用于电线、电缆的绝缘包皮，农用薄膜，工业包装等。因其有毒，不能包装食品。;;;;酚醛塑料(PF)：俗称电木;2橡胶;2）橡胶性能;4）常用橡胶;;3合成纤维;8.2陶瓷材料;陶瓷零件的制备均采取烧结成型，其工艺过程如下：先制备粉状或粒状陶瓷坯料，再将坯料压制成型、然后进行烧结使之固化。;1组织结构;玻璃相指陶瓷中原子无序排列的非晶体相。普通陶瓷在烧结过程中有液相参加，烧结后熔融态的SiO2等液相粘度非常大，冷却后形成非晶态的玻璃相。;8.2.3陶瓷材料的性能特点;3）强度

陶瓷中晶体相理论强度很高，玻璃相和气相使其抗拉强度比理论强度大大降低。

在拉应力作用下，陶瓷中的气孔引起应力集中，使裂纹迅速扩展，使其抗拉强度低；但在压应力作用下，裂纹趋于弥合状态不易扩展。陶瓷材料的抗弯强度和抗压强度比抗拉强度高一个数量级。;1）耐热性能

陶瓷材料熔点高，抗蠕变能力强，热硬性高，线膨胀系数低，高温下不氧化不软化，是1000℃以上使用的材料。陶瓷零件尺寸受温度影响不大。但它在急冷或急热时内部形成很大的热应力，产生裂纹。

陶瓷的导热率为10-2～10-5W/（m·K），具有更良好的保温性能，是较好的绝热材料。

2）绝缘性和耐腐蚀性

多数陶瓷具有良好的绝缘性能。

陶瓷对酸、碱、盐等介质的腐