非金属材料及复合材料成形
非金属复合材料
王斌斌非金属复合材料非金属材料包括除金属材料以外几乎所有的材料，主要有各类高分子材料（塑料、橡胶、合成纤维、部分胶粘剂等）、陶瓷材料（各种陶器、瓷器、耐火材料、玻璃、水泥等）和各种复合材料等。
本文主要介绍复合材料。
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。
一、复合材料的基本类型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增强的复合材料。
二、复合材料的特点1、比强度和比模量许多近代动力设备和结构，不但要求强度高，而且要求重量轻。
设计这些结构时遇到的关键问题是所谓平方－立方关系，即结构强度和刚度随线尺寸的平方（横截面积）而增加，而重量随线尺寸的立方而增加。
这就要求使用比强度（强度/比重）和比模量（弹性模量/比重）高的材料。
复合材料的比强度和比模量都比较大，例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的七倍，比模量比钢大三倍。
2、耐疲劳性能复合材料中基体和增强纤维间的界面能够有效地阻止疲劳裂纹的扩展。
疲劳破坏在复合材料中总是从承载能力比较薄弱的纤维处开始的，然后逐渐扩展到结合面上，所以复合材料的疲劳极限比较高。
例如碳纤维－聚酯树脂复合材料的疲劳极限是拉伸强度的70%～80%。
3、减震性能许多机器、设备的振动问题十分突出。
结构的自振频率除与结构本身的质量、形状有关外，还与材料的比模量的平方根成正比。
材料的比模量越大，则其自振频率越高，可避免在工作状态下产生共振及由此引起的早期破坏。
安装工程通用材料
安装工程通用材料安装工程材料种类繁多，常用的分类方法是按材料的化学成分进行划分，有金属材料、非金属材料、高分子材料和复合材料等四大类。
对于刚走进造价行业的人员，有必要熟悉并掌握常用的通用材料及其分类。
1.金属材料常用的有型材、板材、管材、管件、阀门、法兰等种类。
工程实践上应用较多，实际工作遇到较多的列举如下。
1.1型材普通型钢包括圆钢、方钢、扁钢、六角钢、八角钢、工字钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢。
普通型钢分为冷轧和热轧两种，以热轧最为常用。
此类材料在安装工程中主要应用在设备支吊架，基础等固定结构，只需简单了解。
1.2板材板材包括厚钢板、薄钢板、钢带等。
厚钢板：厚钢板的厚度一般为4.6-60mm，热轧厚钢板的厚度规格是大于6mm的，其厚度间隔为6.5mm；厚度6-30mm之间的厚度为1mm；厚度在30mm心上的厚度间隔为2mm。
常用于承压承重等设备。
薄钢板：薄钢板按钢的质量分普通钢板和优质薄钢板按生产方法分为热轧薄钢板和冷轧薄钢板。
并区分镀锌和不镀锌。
厚度有0.5mm—1.2mm等多种规格，多用于风管风道等。
这部分需要基本了解，并熟悉常用薄钢板材料。
1.3管材管材包括无缝钢管、焊接钢管、铸铁管、铅和铅金属管等，这部分是需要重点掌握内容。
无缝钢管是用一定尺寸的钢坯经过穿孔机，热轧或冷拔等工序制成的一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。
钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等，由于其承压能力强，重量轻，规格多样等，是在安装工程多个专业中应用最为广泛的一种材料。
无缝钢管表示方法：外径*壁厚，如108*4表示外径108mm，壁厚4mm。
规格众多，连接方式多样，可以焊接，法兰连接等。
焊接钢管也称焊管，是用钢板或钢带经过卷曲成型后焊接制成的钢管。
焊接钢管生产工艺简单，生产效率高，品种规格多，设备投资少，价格便宜，但一般强度低于无缝钢管，在工程应用上受到一定制约，常用于低压（pn≤1.6mpa）流体输送管网和电线穿线套管，在给排水，采暖，空调等专业上应用较广。
工程材料及热加工—非金属材料
3、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 高分子材料均称为纤维。 包括天然和化学纤维两大类。
㈧热固性塑料 热固性塑料是树脂经固化处理后获得的。所谓固化处 理就是树脂中加入固化剂并压制成型，使其由线型聚 合物变为体型聚合物的过程。 用得最多的热固性塑料主要是酚醛塑料和环氧塑料。
酚醛塑料有优异的耐热、绝缘、化学稳定和尺寸稳定性，较 高的强度硬度和耐磨性，其抗蠕变性能优于许多热塑性工程 塑料，广泛用于机械电子、航空、船舶工业是 质脆、耐光性差、色彩单调（只能制成棕黑色）。 环氧塑料强度高，且耐热性耐腐蚀性及加工成型性优良，对 很多材料有好的胶接性能，主要用于制作塑料模，电气、电 子元件和线圈的密封和固定等领域，还可用于修复机件；但 其价格昂贵。常用的还有氨基塑料如脲醛塑料和三聚氰胺塑 料等；有机硅塑料及聚氨脂塑料等。
何为高分子材料呢？它是指以高分子化合物为主要成分的 所有材料，而一般来说高分子化合物的分子量应在1000以 上，有的可达几万到几十万。实际上，高分子化合物应包 括作为生命和食物基础的生物大分子（包括蛋白质、DNA、 生物纤维素、生物胶等）和工程聚合物两大类，而工程聚 合物又包括人工合成的（塑料、纤维和橡胶等）和天然的 （橡胶、毛及纤维素等）材料。这里要讲述的材料，主要 包括大多数应用于机械、电子、化工和建筑等工业中的人 工合成塑料、橡胶和有机纤维等高分子材料。
2.2橡胶的性能特点 橡胶的最大特点是高弹性，且弹性模量很低，只有 1MPa而外加作用下变形量则可达(100~1000)%，且易于 恢复；橡胶有储能、耐磨、隔音、绝缘等性能。广泛用于 制造密封件、减震件、轮胎、电线等。 2.3常用橡胶材料 橡胶品种很多，主要有天然橡胶和合成橡胶两类。合 成橡胶按用途及使用量分为通用橡胶和特种橡胶，前者主 要用作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封装置等； 后者则主要是为在高温、低温、酸碱油和辐射等特殊介质 下工作的制品而设计。
非金属材料的力学行为与应用
非金属材料的力学行为与应用非金属材料在现代工业和科学领域中扮演着至关重要的角色。
从塑料到陶瓷、玻璃和复合材料，非金属材料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑和电子等领域。
力学行为是研究这些材料如何对外界力的作用做出反应的重要方面。
本文将探讨非金属材料的力学行为以及其在实际应用中的一些例子。
1. 弹性行为弹性行为是非金属材料力学行为的基本特征之一。
弹性是指材料在受力后能够恢复到原来形状和尺寸的能力。
常见的弹性材料包括橡胶和弹簧。
橡胶能够在外界施加力之后变形，但当去除力后，能够迅速回复到原来的状态。
而弹簧则是通过弯曲和伸展的形变来储存和释放能量。
非金属材料的弹性行为使得它们在减震、密封和柔性连接等应用中广泛使用。
2. 塑性行为与弹性行为相反，塑性行为指的是材料在受力后会发生永久性的形变。
塑性行为是非金属材料力学行为的另一个重要方面。
塑料和陶瓷是常见的具有塑性行为的非金属材料。
当外界力超过材料的变形能力时，材料会发生形变并不会完全恢复原状。
这使得塑料成型、陶瓷成型和金属加工等工艺成为可能。
塑性行为的应用使得我们能够根据需求改变非金属材料的形状和特性。
3. 破裂行为破裂行为是非金属材料力学行为中的不可忽视的一个方面。
当材料受到过大的外部力或应力集中时，会发生破裂现象。
破裂行为的研究对于材料的设计和结构的完整性至关重要。
例如，在航空航天领域，对复合材料的破裂行为进行分析和测试，以确保飞机结构的强度和安全性。
此外，在建筑和土木工程中，对建筑材料破裂行为的研究可以帮助我们选择合适的材料并确保结构的稳定性。
4. 应力分析与工程应用非金属材料力学行为的研究也涉及应力和应变的分析。
通过对材料的应力分析，可以确定材料在不同加载条件下的行为。
这有助于工程师们选择合适的材料和设计结构，以满足特定的需求。
例如，通过应力分析，可以确定材料在力学载荷下的疲劳寿命，从而预测材料的使用寿命。
此外，应力分析还可以帮助我们优化材料的设计，以提高其性能和可靠性。
汽车常用非金属材料
汽车常用非金属材料非金属材料包括塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、合成纤维、胶粘剂、摩擦材料、涂装材料等各种材料，它们在汽车上的应用日趋增长的趋势。
随着人们生活水平的不断提高，对车辆也提出了更高的要求，诸如要求有宽敞的车内空间、舒适的座椅、低的噪音、视觉美观及宽阔的视野等。
而制造商们则用人体工程学设计和实用性来刺激顾客的购买欲，此外高速、安全、低耗、环保，最后归结到低廉的价格，要达到如此高的要求，用塑料来替代一些钢铁制的零部件是最明智的选择。
塑料是以合成树脂（聚合树脂或缩聚树脂）为主要成份，并根据不同需要而添加不同添加剂所组成的混合物，具有独特的性能：●密度小：每100kg的塑料可替代其它材料200～300kg，可减少汽车自重，增加有效载荷。
●物理性能良好：柔韧性较好，耐磨，避震，单位质量的塑料的抗冲击性不亚于金属，有些工程塑料、碳纤维增强的塑料甚至还远远高于金属。
●耐化学腐蚀性：塑料对酸、碱、盐等化学物质的腐蚀均有很强的抵抗能力，其中聚四氟乙烯是化学性能最稳定的材料，硬聚氯乙烯是最常用的耐腐蚀材料，它可耐浓度达90%的浓硫酸以及各种浓度的盐酸和碱液。
●设计自由度大：可制成透明、半透明或不透明的制品，外观多种多样，表面可制作具有特色的花纹。
●着色性好：可按需要制成各种各样的颜色。
●加工性能好：复杂的制品可一次成型，且能大批量生产，生产效率高，成本较低，经济效益显著，如果以单位体积计算，生产塑料制件的费用仅为有色金属的1/10。
●环保、节约能源：可回收利用，且大量采用塑料的汽车每100km节油量在0.5L以上。
但相对来说，塑料也存在一些缺点，如收缩率大，吸水性强，尺寸稳定性差，难以制得高精度制品，易燃，燃烧时产生大量黑烟和有毒气体，长期使用易老化、易变形等，但通过改性可减少其缺陷。
塑料制品不仅能够减少零件数量，在降低噪声方面也起到了很好的作用。
生产厂家应利用塑料制品的成型特点，尽量是多个零件一体化，减少数目，设法达到复杂零件一次成型的目的。
无机非金属基复合材料成型工艺及设备
• 1 绪论 • 2 手糊成型工艺及设备 • 3 夹层结构成型工艺及设备 •4 •5 模压成型工艺 模压成型模具与液压机
• 6 层压工艺及设备
目 录
• 7 缠绕成型工艺 • 8 缠绕设备 • 9 无机非金属基成型工艺及 设备
• 9.1 概述 • 9.2 水泥基复合材料 • 9.3 陶瓷基复合材料
无机非金属材料复合材料 特性：
1、能承受高温，强度高 2、具有电学特性 3、具有光学特性 4、具有生物功能
F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌火力网， 压制敌方防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标， 还可执行侦察任务，具有一定空战能力。
1 陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composite）发展概况 陶瓷具有高硬度、高强度、耐高温和 耐腐蚀等十分突出的优秀性能，但它 又有脆性的缺点，这限制了它的更广 泛应用。工艺上采取陶瓷纤维加入陶 瓷基质的办法，来增大它的韧性，取 得有效的结果，既达到增韧又不降低 强 度 。 现 在 已 经 可 以 满 足 1200 ～ 1900℃高温范围内使用的要求。
9.3 陶瓷基复合材料
• • • • 陶瓷基复合材料发展现状 陶瓷基复合材料所用原材料 陶瓷基复合材料成型工艺及设备 连续纤维增强陶瓷基复合材料生产工 艺
重点： 陶瓷基复合材料纤维（晶须）与基体 间的相容性；低温制备技术；陶瓷纤 维与陶瓷基体复合过程中的匹配原则； 陶瓷基复合材料成型方法及烧结原理。
成型工艺方法：喷射法、预拌法、 注射法、铺网法、缠绕法、离心法、 抄取法和流浆法。
二、陶瓷基和水泥基复合材料性能及其应用
1.陶瓷基复合材料性能及应用
稀土离子掺杂YAG透明
陶瓷的显微结构
2022年高等职业教育非金属材料类专业介绍
4306非金属材料类专业代码430601专业名称材料工程技术基本修业年限三年职业面向面向新材料制造人员等职业，新材料应用与优化、生产与管理、检测与品控等岗位（群）。
培养目标定位本专业培养德智体美劳全面发展，掌握扎实的科学文化基础和新材料的结构与性能、制造工艺、生产管理、检测品控等知识，具备配方及工艺优化、新材料加工及生产管理、新材料检测及品质管控等能力，具有工匠精神和信息素养，能够从事新材料应用与优化、生产与管理、检测与品控等工作的高素质技术技能人才。
主要专业能力要求1. 掌握常见化工安全防护用品使用方法，掌握危险与可操作性（HAZOP）分析工具使用方法，具有分析生产中潜在风险，制订预防措施的能力；2. 能够从事新材料应用与优化、生产与管理、检测与品控等工作，初步具有新材料及加工助剂选用的能力；3. 具有分析解决新材料应用与生产中工程问题的能力，具有适应服务产业数字化发展需求的能力；4. 具有材料工程技术专业领域相关标准和法律法规查询、理解和执行的能力；5. 具有熟练操作、调试新材料生产设备，设置新材料生产过程中的工艺参数，解决生产过程中工艺缺陷问题的能力；6. 具有组织新材料生产的能力，初步具有提升生产效率、改进产品质量的能力；7. 具有依据相关标准、规范进行新材料及制品鉴别、分析与测试的能力；8. 掌握新材料品质管理基本工具及方法，具有熟练运用品质管理工具的能力；9. 具有探究学习、终身学习和可持续发展的能力。
主要专业课程与实习实训专业基础课程：工程制图、机械基础、机电控制技术、基础化学、高分子物理、材料基础。
196专业核心课程：新材料及配方技术、新材料加工技术、化工HSE与生产管理、材料分析与检测技术、新材料质量管理、材料改性技术。
实习实训：对接真实职业场景或工作情境，在校内外进行新材料加工、新材料配方设计、材料分析与检测等实训。
在新材料检测机构、新材料智能制造企业等单位进行岗位实习。
职业类证书举例职业技能等级证书：化工危险与可操作性（HAZOP）分析接续专业举例接续高职本科专业举例：高分子材料工程技术、新材料与应用技术接续普通本科专业举例：高分子材料与工程、复合材料与工程专业代码430602专业名称高分子材料智能制造技术基本修业年限三年职业面向面向橡胶和塑料制品制造人员、橡胶和塑料工程技术人员等职业，生产与管理、检测与品控、配方与工艺优化等岗位（群）。
机械基础4-4非金属材料
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（Al2O3） 为主体的陶瓷材料。氧化铝陶瓷有较好的 传导性、机械强度和耐高温性。需要注意 的是需用超声波进行洗涤。氧化铝陶瓷是 一种用途广泛的陶瓷，因为其优越的性能， 在现代社会的应用已经越来越广泛，满足 于日用和特殊性能的需要。
特点：硬度大、耐磨性能极好、重量轻等。
用途：用于厚膜集成电路和高频绝缘材料 等
聚氯乙烯是在光、热作用下按自由基聚合反应机 理聚合而成的聚合物
聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一种热 塑性树脂。
酚醛塑料俗称电木粉，是一种硬而脆的热固 性塑料。以酚醛树脂为基材的塑料总称为酚醛塑 料，是最重要的一类热固性塑料，广泛用作电绝 缘材料、家具零件、日用品、工艺品等。
②、工程塑料
在工程结构中用做结构材料的塑料。
③、特种塑料
是指具有特殊性能和特种用途的塑料， 如耐高温塑料、医用塑料等。
耐高温材料一般就是PPS，LCP和高温尼龙。
PPS（聚苯硫醚）是260度； LCP（液晶聚合物，是一种新型的高分子材 料）高的有300-350度的；
高温尼龙是260-290度；
聚酰亚胺(PI)（耐高温塑料）
长期工作温度在350℃以上,短期可达 450℃,是目前工程塑料中耐高温性最好的 工程塑料,另外它的综合性能也是其他特种 工程塑料无法比拟的,被世人誉为“解决问 题的能手”.
4-4非金属材料
非金属材料种类繁多，在机械工程中 常用的有工程塑料、橡胶、陶瓷、复合材 料和胶粘剂。
按照含碳的化合物来分为：
有机高分子材料：橡胶、塑料、胶 粘
润滑材
剂、涂料、
料等。
无机非金属材料：陶瓷、玻璃、石 棉、
一、工程塑料 工程塑料是一类以天然或合成树脂
为主要成分，在一定的温度和压力下塑制 成型，并在常温下保持其形状不变的材料。
第四章 非金属材料及复合材料成型方法简介
非金属材料及复合材料成型方法简介第四章第二篇材料成形工艺基础西北工业大学电子教案成型方法⏹塑料件成型⏹陶瓷件成型⏹复合材料成型⏹成型、机械加工、修配和装配⏹挤出成型（挤塑）：利用挤出机将热塑性塑料加热、连续挤出成型为各种断面的制品。
应用：生产塑料板材、棒材、片材、异型材、电缆护层等⏹成型、机械加工、修配和装配⏹注射成型（注塑）：利用注塑机将熔化的塑料快速注入闭合模具型腔内固化成型。
应用：各种塑料制品（电器、设备、民用）⏹成型、机械加工、修配和装配⏹压延成型：使加热塑化的热塑性塑料通过两个以上的相对旋转的滚筒间隙而连续变形的成型方法。
应用：生产连续片状材料返回⏹配料、成型、烧结⏹干压成型：利用冲头对装入模具内的粉末施加压力而成型。
应用：生产形状简单、尺寸↓的制品⏹配料、成型、烧结⏹等静压成型：利用液体和橡胶等对陶瓷坯体施压（受等静压）而成型。
应用：生产性能要求高的电子元件和其他高性能塑料⏹配料、成型、烧结⏹注浆成型：将悬浮着陶瓷颗粒的液体注入多孔模具中，沥干液体后即成型为坯体。
应用：形状复杂、大型薄壁制品⏹配料、成型、烧结⏹热压成型：将具有流动性的料浆，在热压铸机中压缩空气的作用下注入金属模，冷却凝固后成型。
应用：成型复杂制品⏹配料、成型、烧结⏹注射成型：在注射成型机中将粒状粉料注射入金属模具中，冷却后将坯体脱脂后按常规烧结。
应用：复杂零件的大规模生产返回复合材料成型通用方法：颗粒、晶须、短纤维增强复合材料混合→制坯→ 成型纤维增强体增强复合材料增强体预成型→复合⏹金属基复合材料成型⏹树脂基复合材料成型⏹陶瓷基复合材料成型⏹C/C复合材料成型液态金属浸润法：金属基体呈熔融状态时与增强材料浸润结合，凝固成型。
常用方法：常压铸造、液体金属搅拌、真空压力浸渍法、挤压铸造、液态浸渗挤压等•扩散黏结法：在长时间高温和压力下，使固态金属与增强材料（预制坯）的接触面通过原子间相互扩散黏结而成。
粉末冶金法：根据要求将不同金属粉末与陶瓷颗粒、晶须或短纤维均匀混合，放入模具中高温、高压成型。
航空复合材料成型与加工技术
航空复合材料成型与加工技术摘要：复合材料通常是指由高分子材料、无机非金属材料或金属材料复合而成的一种新材料。
复合材料可定义为出两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。
具有重量轻、设计制造性能好、复合效应高等特点，以及比强度和比模量高、疲劳寿命长、抗腐蚀性能好等优点。
关键词：航空复合材料；成型；加工技术一、复合材料成型技术1.1自动铺放技术自动铺放技术主要有自动铺丝和自动铺带两种技术，这两种技术的共同点是都采用了预浸料，并能实现全自动化与数字化制造，高速高效。
自动铺放技术非常适用于制造大型复合材料结构件，在各种飞行器，尤其是大型民用飞机结构的制造中所占比重越来越大。
自动铺带技术的原材料是带隔离衬纸的单向预浸带。
切割、定位、堆叠和轧制均采用数控技术自动完成，并由自动铺带机实现。
多轴龙门机械手可用于完成胶带铺设位置的自动控制，核心部件——铺带头配备有预浸带输送和切割系统，可根据待铺设工件的轮廓自动完成预浸带预定形状的切割。
加热后，预浸料带在压辊的作用下铺设在模具表面。
该方法具有高质量、高效率、高可靠性和低成本的特点。
主要用于平面或低曲率弯曲部件或准平面复合材料部件的层压制造。
特别适用于大型复杂零部件的制造，减少了组装件的数量，节约了制造和组装成本，大大降低了材料的废品率和制造时间。
1.2热压罐成型热压罐成型工艺是目前复合材料结构件制造过程中应用最广泛的方法之一。
它利用热压罐内的高温压缩气体对复合材料坯料进行加热和加压，以完成固化目的。
热压罐主要由罐门及罐体、风机系统、加热系统、冷却系统、真空系统、压力系统、控制系统和安全系统等机械辅助设施组成。
在复合材料结构制品的固化过程中，按照工艺和技术要求完成制品的抽真空、加热和加压，以达到制品固化的目的。
热压罐成型具体工艺流程如下：第一步是材料准备，主要是预浸料，根据设计要求裁剪预浸料；第二步是模具准备，在铺放预浸料前需要用甲乙酮或丙酮等溶剂清洗模具的表面。
非金属成型工艺及其他
热压成型工艺适用于各种非金属材料，如塑料、橡胶、复合材料等。
热压成型工艺流程
模具准备
设计并制造模具，确保其精度 和耐用性。
冷却固化
在一定压力下冷却材料，使其 固化定型。
准备原料
根据制品要求选择合适的非金 属材料，并进行预处理，如干 燥、除尘等。
06
非金属成型工艺的
发展趋势与挑战
非金属成型工艺的发展趋势
数字化与智能化
高性能与多功能化
随着信息技术的发展，非金属成型工艺 正逐步实现数字化和智能化，包括工艺 模拟、自动化控制、智能检测等。
为了满足高端制造业的需求，非金属成 型工艺正不断追求高性能和多功能化， 如高强度、高耐磨、高耐热等性能。
环保与可持续发展
开模与脱模
模具打开后，制品从 模具中脱出，完成整 个注塑成型过程。
注塑成型工艺的应用实例
日用品
如塑料瓶、塑料盆、塑料 桶等，这些制品在生活中 应用广泛。
电子产品
如手机壳、电脑外壳等， 这些制品需要具有较高的 精度和外观质量。
汽车零部件
如汽车保险杠、汽车仪表 盘等，这些制品需要具有 较高的强度和耐久性。
特点
可生产大型和中型的塑料容器，成本较低，生产效率高。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 真空成型工艺
定义
真空成型工艺是一种塑料加工方法，通过将热塑性塑料或热固性塑料置于加热的模具表面，然后抽真空使塑料在模具 表面贴附、熔融和固化，形成所需形状的塑料制品。
应用领域
广泛应用于生产各种曲面覆盖件、汽车内饰件、建筑模板等。
特点
可加工形状复杂的制品，表面质量好，节能环保。
非金属材料及新型材料
• 非金属材料具有金属材料所不及的一些特异性能，如塑料的质轻、 绝缘、耐磨、隔热、美观、耐腐蚀、易成型;橡胶的高弹性、吸震、 耐磨、绝缘等;陶瓷的高硬度、耐高温、抗腐蚀等;非金属材料来源广 泛，自然资源丰富，成型工艺简便，故在生产中的应用得到了迅速发 展，在某些生产领域中已成为不可取代的材料;由几种不同材料复合 而成的复合材料，不但保留了各自优点，而且能得到单一材料无法比 拟的、优越的综合性能，成为一类很有发展前途的新型工程材料。
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7.2 高分子材料
• (4)吹塑又称中空吹塑和中空成型，是借助压缩空气的压力使闭合的 模具中的热的树脂型坯吹胀为空心制品的一种方法，吹塑包括吹塑薄 膜及吹塑中空制品两种方法。用吹塑法可生产薄膜制品，各种瓶、桶、 壶类容器及儿童玩具等
• (5)压延是将树脂和各种添加剂经预期处理(捏合、过滤等)后，通过 压延机的两个或多个转向相反的压延辊的间隙加工成薄膜或片材，随 后从压延机辊简上剥离下来，再经冷却定型的一种成型方法。压延是 主要用于聚氯乙烯树脂的成型方法，能制造薄膜、片材、板材、人造 革和地板砖等制品。
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7.2 高分子材料
• 由分子量很大一般1 000以上)的有机化合物为主要组成部分组成的材 料，称为高分子材料。高分子材料主要有塑料、橡胶、纤维、胶粘剂 等
• 7. 2. 1塑料 • 1.塑料及工程塑料 • 塑料是以合成树脂为主要成分，加入各种添加剂，在加工过程中能
塑制成型的有机高分子材料。其具有质轻、绝缘、减摩、耐蚀、消音、 吸振、价廉、美观等优点，已成为人们口常生活中不可缺少的材料之 一，并且越来越多的应用于各工业部门及各类工程结构中。按使用范 围分类分为通用塑料和工程塑料。 • (1)通用塑料产量大，用途广，价格低廉，主要指通用性强的聚乙 烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等6大品种， 占塑料总产量的3/4以上 •
非金属材料及新型材料
7.2 高分子材料
• (2)按用途分类可分为通用橡胶和特种橡胶。通用橡胶的用量一般较 大，主要用于制作轮胎、输送带、胶管、胶板等，主要品种有丁苯橡 胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶等;特种橡胶主要用于高温、低温、酸、碱、 油和辐射介质条件下的橡胶制品，主要有丁睛橡胶、硅橡胶、氟橡胶 等
• 2.橡胶的组成 • 橡胶制品是以生胶为基础，并加入适量的配合剂和增强材料制成的。 • (1)生胶是未加配合剂的天然或合成橡胶，是橡胶制品的主要组分，
7.2 高分子材料
• 3.橡胶的性能 • (1)极好的弹性橡胶的主要成分是具有高弹性高分子物质，受到较小
的外力作用就能产生很大的变形(变形量在100%一1000%)，取消外 力后又能恢复原状 • (2)具有很高的可挠性、仲长率、良好的耐磨性、电绝缘性、耐腐 蚀性、隔音、吸振以及与其他物质易于粘结等优点。 • 4.常用橡胶及其应用 • 在机械工业中，橡胶主要用于以下产品的制造: • (1)轮胎、动静密封元件，如旋转轴密封、管道接口密封; • (2)各种胶管，如用于输送水、油、气、酸、碱等的管路; • (3)减振、防振件，如机座减振垫片、汽车底盘橡胶弹簧;
上一页下一页返回725减振消音耐磨性好用塑料制作传动件摩擦零件可以吸收振动降低噪音而且耐磨性好6生产效率高成本低塑料制品可以一次成型生产周期短比较容易实现自动化或半自动化生产加上其原料来源广泛故价格低7塑料的缺点强度比一般金属要低耐热性差一般仅能在100以下长期工作少数能在200左右温度下工作热膨胀系数很大约为金属的10倍导热性很差易老化易燃烧等塑料的成型加工是指由合成树脂制造厂制造的聚合物制成最终塑料制品的过程
第7章 非金属材料及新型材料
• 7.1 非金属材料概述 • 7. 2 高分子材料 • 7.3 陶瓷材料 • 7. 4 复合材料 • 7. 5 新型材料
复合材料结构特点、设计要点以及成型方法
复合材料是一种由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有强度高、重量轻、耐腐蚀等优点。
复合材料在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域有着广泛的应用。
本文将重点探讨复合材料的结构特点、设计要点以及成型方法。
一、复合材料的结构特点1.1 高强度：复合材料由于是由不同材料组合而成，可以充分发挥各种材料的优点，因此具有很高的强度。
比如碳纤维复合材料的强度是钢的几倍。
1.2 轻质：由于复合材料多为聚合物基体和增强材料组成，因此具有较低的密度，重量轻，适合用于要求重量轻的场合，比如航空航天领域。
1.3 耐腐蚀性好：复合材料多数是无机非金属材料与有机高分子材料的复合，因此具有良好的耐腐蚀性，可以在恶劣环境下长期使用。
1.4 难以加工：复合材料的工艺性和加工性较差，需要采用特殊的加工技术和工艺流程。
二、复合材料的设计要点2.1 结构设计：在设计复合材料结构时，需要充分考虑材料的性能和特点，合理设计结构，提高材料的使用效率。
2.2 成型工艺设计：不同的复合材料有不同的成型工艺，需要根据具体的材料性能和工艺流程来设计成型工艺，以保证产品质量。
2.3 自动化设计：现代复合材料加工已经向着自动化方向发展，因此设计时需要考虑如何实现自动化生产。
2.4 环境友好设计：在设计复合材料产品时，需要充分考虑材料的回收性和再利用性，采用环保的材料和工艺。
三、复合材料的成型方法3.1 手工层叠成型：手工层叠成型是一种常见的复合材料成型方法，通过人工将增强纤维层叠在一起，再浸渍树脂，最后经过固化得到成品。
3.2 压模成型：在压模成型中，复合材料预先放置于模具中，然后通过压力和温度的作用，使树脂固化，最终得到成品。
3.3 真空吸塑成型：真空吸塑成型是将复合材料覆盖在模具表面，然后利用真空负压使其贴紧模具表面，并通过加热固化得到成品。
3.4 自动化制备：随着自动化技术的发展，复合材料成型也越来越多地采用自动化制备技术，如自动化层叠机、自动化压模机等。
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3. 缺点：强度硬度低、耐热性差、易老化、易蠕变
二、常用工程塑料
1. 热塑性塑料 聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚 酰氨（PA）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）、ABS塑 料、聚四氟乙烯（F-4）
2. 热固性塑料 酚醛塑料（PF）、氨基塑料（UF）、环氧塑料（EP）
拉伸强度 Mpa
10~16 30~39 35~56 35~84 35 54~78 70 66~70 16~32 55~77
性能指标
伸长率 %
冲击韧度 kJ·m-2
15~100 10~30
≥200
2.2~2.5
2~40
22~108
7.0~7.5 0.5~1.0
5~70
53
150~250 301
15
7.6
塑料的浇铸成形是借鉴液态金属浇铸成型的方法而形成的。 其成型过程是将已准备好的浇铸原料（通常是单体经初步聚合 或缩聚的浆状物或聚合物与单体的溶液等）注入一定的模具中 并使其固化（完成聚合或缩聚反应），从而获得与模具型腔相 吻合的塑料制品。
浇铸成型的生产特点：投资小（因浇铸成型时不施加压力， 对模具和设备的强度要求不高），产品内应力低，对产品的尺 寸限制较小，可生产大型制品。缺点是成型周期长，料及其成形
（2）挤压成型 又称挤出成形或挤塑成形，他与金属压力加工中的金属型材挤 压原理相同，常用于热塑性塑料“等截面型材”的生产。
挤出成型
11
5-1 工程塑料及其成形
（3）吹塑成形 它是借助压缩空气，使处于高弹态或粘流态的中空塑料型坯 发生吹胀变形，然后经冷却定型获得塑料制品的方法。塑料 型坯可用注射成形或用挤出成形的方法获得。吹塑成形的设 备是注射机、挤出机、模具系统。
吹塑成形 12
5-1 工程塑料及其成形
（4）压制成形
压制成形又称压缩成型 或模压成形，通常用于 热固性塑料的成形。如 酚醛塑料、氨基塑料制 品几乎都是压制成形的。 压制成形多为间歇成形， 周期长，效率低，劳动 强度大，难以实现自动 化。
压制成形过程示意图
压制成形
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5-1 工程塑料及其成形
（5）浇铸成形
2)浇注系统 浇注系统是熔融塑料从注塑机喷嘴进入模具型 腔所流经的通道，它由主流道、分流道、浇口和冷料穴组 成。
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5-1 工程塑料及其成形
3)导向机构 导向机构分为动模与定模之间的导向机构和顶出 机构的导向机构两类。前者是保证动模和定模在合模时准确对 合，以保证塑件形状和尺寸的精确度；后者是避免顶出过程中 推出板歪斜而设置的。
影响成形性能的因素主要有： 粘度 收缩性 吸湿性 定向作用
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5-1 工程塑料及其成形
粘度及其影响因素
工程塑料在成形过程中，绝大多数处于粘流态，因为塑料在 这种状态下易于流动和变形。在成形过程中应根据塑料的种 类、成形工艺、成形方法、成形设备等选取合适的粘度。
影响粘度的主要因素：聚合物的相对分子质量、温度
50~100 64~75
200~400 ——
2.5~6.0 12~14
体积电阻 率
≥1016 ≥1016 ≥1016 1018 1016 1014 1014 1016 1017~1018 ≥1015
线胀系数 10-5℃
11~13 10~12 5~18.5 6~8 10 7.9~807 8~10 6~7 10 7.0
4)脱模机构 用于开模时将塑件从模具中脱出的装置，又称顶出 机构。其结构形式很多，常见的有顶杆脱模机构、推板脱模机 构和推管脱模机构等。
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5-1 工程塑料及其成形
5)侧向分型与抽芯机构 当塑件上的侧向有凹凸形状的孔或 凸台时，就需要有侧向的凸模或型芯来成型。在开模推出塑 件之前，必须先将侧向凸模或侧向型芯从塑件上脱出或抽出， 塑件才能顺利脱模。使侧向凸模或侧向型芯移动的机构称为 侧向抽芯机构
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5-1 工程塑料及其成形
3、塑料制品的加工 塑料制品的加工是指塑料制品成形后的再加工，亦称二次加 工。主要有机械、接合和表面处理等。
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5-1 工程塑料及其成形
4、典型塑料模具
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5-1 工程塑料及其成形
根据模具上各部件的作用不同，一般注塑模可由以下几个部 分组成：
1)成型零部件 成型零部件是指定、动模部分中组成型腔的 零件。通常由凸模（或型芯）、凹模、镶件等组成，合模 时构成型腔，用于填充塑料熔体，它决定塑件的形状和尺 寸。
收缩率及其影响因素 影响收缩率的主要因素：塑料的种类、制品形状、成形工艺 条件等
吸湿性 塑料中各种添加剂对水的敏感程度
定向作用
塑料中细而长的纤维状填料和聚合物本身成形时会顺着流动
的方向做平行的排列
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5-1 工程塑料及其成形
2、工程塑料的成形方法
部分塑料对成形方法的适应性
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5-1 工程塑料及其成形
3
5-1 工程塑料及其成形
3. 部分塑料的性能
低压PE PP 硬质PVC PS ABS 尼龙6 均POM PC F-4 有机玻璃
密度 g·cm—3 0.94~0.96 0.90~0.91 1.35~1.45 1.04~1.09 1.05 1.13~1.15 1.43 1.18~1.20 2.10~2.20 1.17~1.19
非金属材料及复合材料成形
第5章 非金属材料与复合材料的成形
本章要点：
• 工程塑料及成形 • 橡胶及成形 • 胶粘剂及粘接成型工艺 • 工业陶瓷及成形 • 复合材料及其成形
2
5-1 工程塑料及其成形
一、塑料的组成及特点
1. 组成：合成树脂、添加剂（填料、增强材料、增塑剂、固 化 剂、润滑剂、稳定剂、着色剂、阻然剂）20～50%
（1）注射成形 注射成型又称注塑模塑或注射法。
应用：热塑性塑料（是热塑性塑料的重要的成型方法之一）。 及少用于热固性塑料的成型。
特点：生产率高、周期短、对热塑性塑料的适应性强、生产中
易于实现自动化、能一次成型形状复杂、精度高、带有嵌件的
塑料制品。
注射成型设备：柱塞式注射机或螺旋式注射机
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5-1 工程塑料及其成形
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5-1 工程塑料及其成形
三、工程塑料的成形
塑料制品的生产流程
其中， 成形是 塑料制 品生产 的基础
塑料制品生产系统的组成
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5-1 工程塑料及其成形
1、工程塑料的成形性能及影响因素 工程塑料对各种成形方法、成形工艺及模具结构的适应能 力叫做成形性能。成形性能的好坏直接影响成形加工方法 的选择、加工的难易程度和塑料制品的质量和成本，同时 还影响生产效率等。