5.4 非金属材料及成形

小轿车车身等。
5. 常用工程塑料（热塑性塑料）
聚甲醛（POM）
热塑性高聚物塑料。 性能：具有优良的综合性能，较高的冲击韧度、耐疲劳性能和刚性，良好
的减摩性和自润滑性。 应用：广泛用来制造齿轮、轴承、制动轴瓦、阀门、仪表外壳、化工容器、
叶片等。
聚碳酸酯（PC）
誉称“透明金属”。 性能：优良的抗冲击性和透明度，集刚、硬、韧、透明为一体的典型塑
和其他橡胶制品的橡胶（如丁苯橡胶，顺丁橡胶，异戊橡胶，氯丁橡胶，乙丙橡胶， 丁基橡胶等）。 • 特种橡胶：具有特殊性能，专供耐热、耐寒、耐化学腐蚀、 耐油、耐溶剂、耐腐蚀 等特殊性能橡胶制品使用的橡胶（氟橡胶，硅橡胶，丁腈橡胶等）。
3．工业橡胶的性能
1）高弹性，橡胶性能的主要特征。橡胶弹性模量低，回弹性能特别好，伸长率 可达100%~1000%，在很宽的温度范围内（-50-50oC）范围内保持弹性。
料。阻燃性好，自熄性材料，透明无毒。 应用：光盘、灯罩、防护玻璃、手机壳体、精密仪器中齿轮、相机零件、
太空杯、餐具等。
5. 常用工程塑料（热塑性塑料）
聚苯乙烯（PS）
最鲜艳且成形性特好的塑料。 特点：极易染成鲜艳颜色、透明度好，有光泽，成型性突出，电绝缘性好，脆性大，
户外长期使用易变黄变脆。 应用：各类电器配件、壳体、一般光学仪器、灯罩、玩具、建筑广告装饰板、磁带盒、
笔杆、饭盒等。
聚甲基丙烯酸甲酯ห้องสมุดไป่ตู้PMMA）
又名“有机玻璃” ，最透明的塑料。 性能：透光率好，耐紫外线和大气老化，强度高，成形性好，良好的染色性，表面硬
度差、易划伤起毛。 应用：透明装饰面板、仪表板、容器、包装盒、灯罩、眼镜、工艺品等，也可用于飞
机窗玻璃、防弹玻璃等。
5. 常用工程塑料（热塑性塑料）
7. 塑料成型
注射成形
将塑料放入专用注塑机的加料斗，加热呈糊状，再通过加压机构使糊状塑料从料 斗末端的喷嘴注入闭合的模膛内，冷却后脱模，取出制品。
主要用于热塑性塑料和流动性较大的热固性塑料。 可以成形几何形状复杂、尺寸准确及带各种嵌件的塑料制品，如电视机外壳、日
常生活用品等。
7. 塑料成型
5.1 概述
3．非金属材料的应用领域
建筑、轻工、纺织、家电、仪器仪表、农业等。 如装饰件、密封件、刀具、轮胎等；零件、部件、结构件。 微电子、信息通信、航空航天、生物工程、环境保护、新能源等。 新型非金属材料：有单晶硅、超导材料、固体激光材料、飞船高温防护材料、仿生材
料、环保材料、隐形纳米材料等等。
（1）满足使用性能和工艺性能； （2）防止出现失效事故； （3）经济性； （4）从整个人类社会的可持续发展角度考虑选材。
材料的选择是一个系统工程。在一个部件或者装置中，所选用的各种材料要能够在一 起使用，而不能因相互作用而降低对方的性能。
在大多数情况下，材料的选择是一个反复权衡的复杂过程。在某种意义上，其重要性 不亚于材料本身的研究开发。
2）物理性能：密度小；易着色、色泽鲜艳；透光性好，具有多种防护性能。 3）热性能：与金属相比塑料耐热性、导热性差，热膨胀性大，易燃烧。 4）化学性能：耐腐蚀性能好。一般塑料对酸、碱、盐等介质具有良好的抗
腐蚀能力，并广泛用作防腐蚀工程材料。 5）优良的电气绝缘性能、成形加工性及消声吸振性等。
5. 常用工程塑料（热塑性塑料）
—— 粉状、粒状、纤维状和碎屑状固体塑料、树脂溶液或糊状等各种形态的 塑料原料制成所需形状和尺寸的制品或半制品的技术。
挤出成形
由加料斗进入料筒的塑料加热至粘流态，经螺旋压力输送机从一定形状的 口模连续挤出塑料型材。
适用于几乎所有的热塑性塑料及小部分热固性塑料。 用于管材、板材、棒材、薄膜、各种异型材等的生产。
聚四氟乙烯(PTFE) （F-4）
俗称“塑料王” 性能：最优良的耐高、低温性能（-260~250 ℃），几乎不受任何化学品腐蚀，
化学稳定性超过玻璃、陶瓷甚至金等；摩擦系数最小，无味、无毒、不燃， 有良好的生物相容性及抗血栓性。 应用：不粘锅涂层、管道密封用生料带，机械上减摩密封零件，电器上耐高 频绝缘零件、以及强腐蚀场合设备内衬和零件。医用材料中人造血管、人工 心脏等。
的温度范围内长期使用。 应用：缺点是有某些毒性。环氧塑料用于制作塑料模具、精密量具、配制飞机漆、油
船漆、地板漆。
7. 塑料成型
塑料加工的成形工艺很多，根据加工成形技术在生产工艺中所属 成形加工阶段的不同，可将其划分为：
一次成形技术 二次成形技术 二次加工技术
7. 塑料成型
塑料的一次成形技术
压制成形（广泛用于热固性塑料的成形加工）
模压成形 ——将配制好的塑料颗粒注入加热至一定温度的模膛内，加压成型后冷却固化。 层压成形 ——以纸张、棉布、玻璃布等片状材料，在树脂中浸渍，然后一张一张叠放成
所需的厚度，在层压机上加热加压，经一段时间，树脂固化，相互粘结成 形。
7. 塑料成型
浇注成形
第5章 非金属材料及成形
本章主要内容
概述 工程塑料及其成形 工业橡胶及其成形 工业陶瓷及其成形 复合材料及其成形 纳米材料 小结
学习目标
熟悉非金属材料的选择方法；了解非金属材料的性能、应用及成形方法
难点
工程塑料的性能及成形方法。
5.1 概述
1. 非金属材料是指除金属材料以外的所有材料的总称。主要有
裁切 切削 激光加工
连接加工
机械连接 热熔连接 胶接
表面修饰
涂装 印刷 镀金属膜
小结
高分子材料的分类、性能。 常用工程塑料的分类及性能。 常用工程塑料的性能及用途。 塑料成形工艺
注射成形 挤出成形 压制成形 浇注成形 中空吹塑成形 热成形 二次加工技术（机械加工、连接加工和表面修饰）
聚酰胺（PA）
强韧而耐磨、耐油的塑料。 商品名称：尼龙或锦纶。 性能：优良的耐磨性、减摩性和自润滑性。优异的耐油性和气体阻隔性；
耐疲劳性好；吸湿性较大。 应用：机械行业中应用广泛，如轴承、齿轮、凸轮等。且大量用于拉链、
打火机壳、头盔、球拍线、输血管等。
ABS塑料
强韧易成形的白色塑料。 性能：综合性能好，价格低、坚韧、质硬、刚性的材料。 应用：电视机、洗衣机、计算机等壳体；汽车上仪表盘、方向盘、挡泥板、手柄以及
2）黏弹性：橡胶是黏弹性体，表现出应力松弛和蠕变现象。在振动或交变应力 等周期作用下，产生滞后损失。
3）可塑性较差，需通过塑炼提高其可塑性。 4）机械强度，决定橡胶使用寿命的重要因素，以拉伸强度和定伸强度表示。 5）耐磨性好，强度愈高，耐磨性愈好。 6）电绝缘性高。 7）缓冲减振作用，对声音及振动的传播有缓和作用，可用于减弱噪声和振动。
帽；PP膜可作香烟、食品的包装膜等。
聚乙烯（PE）
结构最简单的塑料。 性能：半透明材料，分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚乙烯。无毒。 应用：化工用管道，电线、电缆包皮，承载小的齿轮、轴承；瓶、食品包装、保温瓶
壳、茶杯、奶瓶等。
4．工程塑料的性能
1）较高的强度、良好的塑性、韧性和耐磨性，可代替金属制造机器零件或 构件，尤其是某些工程塑料的比强度（材料拉伸强度与密度之比）很高，大 大超过金属的比强度（如玻璃纤维增强塑料），可制造减轻自重的各种结构 件。
静态浇注：常压下将树脂的液体单体或预聚体注入大口模腔内，经聚合固 化定形得到制品的成形方法。可生产各种型材和制品。有机玻璃是典型的 浇注制品。
离心浇注：原料加入到高速旋转的模具中，在离心力的作用下，使原料充 入模腔，而后使之硬化定形为制品。可生产大直径的管制品、空心制品、 齿轮和轴承。
流延浇注：热塑性塑料配成溶液，然后以一定的速度流布在连续回转的基 材上，加热使溶剂蒸发而使塑料硬化成膜，常用来生产薄膜。
热固性塑料 ：受热固化后，不会再受热软化。机械性能差；耐热 性和刚性较好。如酚醛树脂、环氧树脂。
塑料按使用范围分为
通用塑料 工程塑料 特种塑料
3．一般通用塑料（热塑性塑料）
1）聚丙烯（PP）
最轻且价廉的塑料。 性能：力学性能、耐热性（150℃）最高，密度最低，但低温脆性大。无毒无味。 应用：电视机、收音机、电话机、电扇、电机罩等壳体等；微波炉餐具、椅子、安全
5.3 工业橡胶及其性能
橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂，经硫化后所组成的高分子弹 性体。
工业橡胶的应用 轮胎、软管、气囊、密封元件、绝缘层、人工关节等
1. 工业橡胶的组成
组成：生胶+配合剂
生胶：未经硫化处理的橡胶。 • 天然橡胶和合成橡胶 配合剂： 为改善生胶的性能而增加的各种物质，如： • 硫化剂：提高橡胶的强度、耐磨性、抗老化性等。 • 促进剂：缩短硫化时间，降低硫化温度。 • 软化剂：增加橡胶的塑性，改善黏附力，降低硬度，提高耐
5. 工业橡胶的成形
橡胶制品的成形一般是先准备好生胶、配合剂、纤维材料、金属材料，生胶 需经烘胶、切胶、塑炼后与粉碎后配好的配合剂混炼，再与纤维材料经压延、 挤出、裁剪、成形、硫化、修整、成品校验后得到各种橡胶制品。
5. 工业橡胶的成形——关键步骤
塑炼：在一定温度下利用机械挤压、辊压等方法，使生胶分子链断链，使其由强韧的 弹性状态转变为柔软、具有可塑性的状态（提高生胶可塑度）的加工工艺过程。
物理化学性能：高绝缘性；高化学稳定性；低耐热性和导热性。 易老化：失去弹性、出现龟裂、变硬、变软、变色等。 降解困难：对环境不友好。
2. 塑料
组成
合成树脂：高分子化合物，如聚乙烯、酚醛塑料等。 添加剂 ： 增强、增塑、固化、润滑、稳定、着色、阻燃剂等。
塑料按热性能分为
热塑性塑料：加热软化，冷却后又硬化成形，可反复进行。加工成 型简便，机械性能较好；耐热性和刚性较差。如聚乙烯。
有机高分子材料
塑料 橡胶 纤维
无机非金属材料
水泥 陶瓷 玻璃
复合材料