第九章非金属材料
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第九章 非金属材料及复合材料的疲劳
9．2 陶瓷材料的疲劳
陶瓷材料疲劳的概念，与金属材料的疲劳有所不同。 陶瓷材料的疲劳分为静态疲劳、动态疲劳和循环疲劳。 陶瓷材料的静态疲劳是在持久载荷的作用下发生的失
效断裂，对应于金属材料中的应力腐蚀和高温蠕变。 陶瓷材料的动态疲劳，是以恒定的速率加载，研究材
料的失效断裂对加载速率的敏感性，类似于金属材料 应力腐蚀研究中的慢应变速率拉伸。 陶瓷材料的循环疲劳，是在循环应力作用下发生的失 效断裂，对应于金属中的疲劳。
9．3 复合材料的疲劳
材料的疲劳强度低于其静强度。包括金 属、塑料和复合材料在内几乎所有材料 皆如此。
有关复合材料疲劳性能的许多重要方面 已为人们所了解。但是到目前为止ห้องสมุดไป่ตู้未 能建立类似金属疲劳那样明确的设计准 则。
9．3．1 复合材料的疲劳损伤
与金属材料比较复合材料有以下特点： 复合材料有多种疲劳损伤形式，如界面 脱粘、分层、纤维断裂、空隙增长等， 比金属材料的损伤形式多。
PMMA有机玻璃具有很高的疲劳裂纹扩展速率， 主要原因是PMMA有机玻璃的弹性模量很低， 仅有3 GPa左右，比金属的要低1∽2个量级。
若将所有材料的da/dN表示为ΔK/E的函数，则
图中所有材料疲劳裂纹扩展速率的试验结果均 分布在同一曲线的两侧。
这也表明，PMMA有机玻璃与一些金属材料的 疲劳裂纹扩展遵循共同的机理和规律。
陶瓷材料的疲劳裂纹扩展速率曲线如图 所示。
试验结果表明，无论在循环载荷或静载 荷下，陶瓷材料的完整的裂纹扩展速率 曲线包含三个区：即近门槛区，中部区 或稳态扩展区和快速扩展区。这与金属 的裂纹扩展速率曲线相似曲线的下边界
是门槛值ΔKth ，上边界是KIC。
陶瓷材料的ΔKth/KIC的比值很低，只有金属的
第9章非金属材料-16页PPT文档资料
2、高分子化合物的 组成
单体、链节、聚合度、相对分子质量
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3、高分子材料的结构
大分子链结构
链的化学组成：只有B、C、N、O、Si、P、S、As 等才能组成大分子链
结构单元的键接方式和链的构型
» 键接方式：结构单元在链中的连接方式（头尾、头头、尾 尾）
» 空间构型：热运动时，大分子链不断变换的空间形象
第九章非金属材料
§10-1 高分子材料 §10-2 陶瓷材料 §10-3 复合材料
重点： 1、非金属材料的组织结Байду номын сангаас、性能特点 2、工程塑料的应用
§10-1 高分子材料
一、概述
1、 高分子材料 ： 主要成分为高分子化合 物（分子量大，一般在103～107间）。 天然高分子材料 人工合成高分子材料
大分子链的形状: 线型、支化型和体型 大分子链的柔顺性——构象
大分子链的聚集态结构
4、 高分子材料的性能特点
1）力学性能 高弹性
粘弹性
2）物理化学性能 3）老化及防止：改变大分子的结构；进行表面
处理，在材料表面镀上一层金属或喷涂一层耐 老化涂料；加入各种稳定剂，如热稳定剂、抗 氧化剂等
橡胶。
四、胶粘剂
粘性的树脂或橡胶 + 添加剂，代替传统的焊、铆及螺纹 连接
§10-2 陶瓷材料
一.概述
陶瓷 ： 用天然或人工合成的粉状化合物， 经过成型和高温烧结制成，由无机非金属化 合物（硅酸盐等）构成的多相固体材料。
性能：耐热和化学稳定性，脆性极大。 分类：传统陶瓷、特种陶瓷 组成
»晶相：氧化物结构、硅酸盐结构、其他类 型的晶体结构
2. 颗粒增强材料 主要是各种陶瓷材料颗粒，如Al2O3、 SiC、WC、TiC、Si3N4、B4C及石墨等
单体、链节、聚合度、相对分子质量
上一页 返回
3、高分子材料的结构
大分子链结构
链的化学组成：只有B、C、N、O、Si、P、S、As 等才能组成大分子链
结构单元的键接方式和链的构型
» 键接方式：结构单元在链中的连接方式（头尾、头头、尾 尾）
» 空间构型：热运动时，大分子链不断变换的空间形象
第九章非金属材料
§10-1 高分子材料 §10-2 陶瓷材料 §10-3 复合材料
重点： 1、非金属材料的组织结Байду номын сангаас、性能特点 2、工程塑料的应用
§10-1 高分子材料
一、概述
1、 高分子材料 ： 主要成分为高分子化合 物（分子量大，一般在103～107间）。 天然高分子材料 人工合成高分子材料
大分子链的形状: 线型、支化型和体型 大分子链的柔顺性——构象
大分子链的聚集态结构
4、 高分子材料的性能特点
1）力学性能 高弹性
粘弹性
2）物理化学性能 3）老化及防止：改变大分子的结构；进行表面
处理，在材料表面镀上一层金属或喷涂一层耐 老化涂料；加入各种稳定剂，如热稳定剂、抗 氧化剂等
橡胶。
四、胶粘剂
粘性的树脂或橡胶 + 添加剂，代替传统的焊、铆及螺纹 连接
§10-2 陶瓷材料
一.概述
陶瓷 ： 用天然或人工合成的粉状化合物， 经过成型和高温烧结制成，由无机非金属化 合物（硅酸盐等）构成的多相固体材料。
性能：耐热和化学稳定性，脆性极大。 分类：传统陶瓷、特种陶瓷 组成
»晶相：氧化物结构、硅酸盐结构、其他类 型的晶体结构
2. 颗粒增强材料 主要是各种陶瓷材料颗粒，如Al2O3、 SiC、WC、TiC、Si3N4、B4C及石墨等
工程材料及成型技术基础第9章非金属材料
工程材料及成型技术基础第9章非 金属材料
10.2.1工程塑料的组成和性能 l. 塑料的组成 一般说来，塑料是由树脂和若干种添加剂 (如填充剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、稳定剂、 固化剂和阻燃剂)组成。 1)树脂 树脂是塑料的主要组分，它是塑料中能 起粘结作用的部分，并使塑料具有成形性能。 2)填充剂 其主要作用是:改变塑料的某些性能， 降低塑料成本，扩大塑料的应用范围。
工程材料及成型技术基础第9章非 金属材料
2.塑料的特性
(1)质轻、比强度高 塑料的密度为0.9～2.2g／cm3，只有钢 铁的1／8～1／4。泡沫塑料的密度约0．01g／cm3。塑料 的强度比金属低，但比强度高。这对减轻机械产品的重 量具有重要意义。
(2)化学稳定性好 塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐 蚀。例如，聚四氟乙烯在沸腾的“王水”中仍很稳定。
工程材料及成型技术基础第9章非 金属材料
3)增塑剂 增塑剂是用来提高树脂可塑性的。常 用增塑剂如氧化石蜡、磷酸脂类等。 4)润滑剂 润滑剂是为防止塑料在成形过程中粘 模而加人的添加剂。 5)着色剂 着色剂是使塑料制品具有美丽色彩的 有机或无机颜料。 6)固化剂 固化剂是热固性塑料所必需的添加剂， 目的在于促使线型结构转变为体型结构，成形 后获得坚硬的塑料制品。
各种塑料的力学性能差异很大，一般热塑性 塑料的抗拉强度在50～l00MPa之间，热固性塑 料的抗拉强度在30～60Mpa。工程塑料与金属 材料相比，其抗拉强度和弹性模量均较低，这 是目前工程塑料作为工程结构材料使用的最大 障碍之一。因此在一些负荷大的地方，还需采 用钢结构。
工程材料及成型技术基础第9章非 金属材料
工程材料及成型技术基础第9章非 金属材料
• 有关专家预测，很多传统上由金属制造的零件、 部件、结构件，将会被工程塑料、工程陶瓷及 复合材料等非金属材料所取代。例如，汽车的 车身可采用工程塑料或复合材料，每千克工程 塑料可代替4～5千克钢铁，而且可整体成形， 因而成本和油耗将进一步降低。由于原料充足， 可以设计、制造出无穷的新产品，非金属结构 材料在工业领域的应用前景十分广阔。
10.2.1工程塑料的组成和性能 l. 塑料的组成 一般说来，塑料是由树脂和若干种添加剂 (如填充剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、稳定剂、 固化剂和阻燃剂)组成。 1)树脂 树脂是塑料的主要组分，它是塑料中能 起粘结作用的部分，并使塑料具有成形性能。 2)填充剂 其主要作用是:改变塑料的某些性能， 降低塑料成本，扩大塑料的应用范围。
工程材料及成型技术基础第9章非 金属材料
2.塑料的特性
(1)质轻、比强度高 塑料的密度为0.9～2.2g／cm3，只有钢 铁的1／8～1／4。泡沫塑料的密度约0．01g／cm3。塑料 的强度比金属低，但比强度高。这对减轻机械产品的重 量具有重要意义。
(2)化学稳定性好 塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐 蚀。例如，聚四氟乙烯在沸腾的“王水”中仍很稳定。
工程材料及成型技术基础第9章非 金属材料
3)增塑剂 增塑剂是用来提高树脂可塑性的。常 用增塑剂如氧化石蜡、磷酸脂类等。 4)润滑剂 润滑剂是为防止塑料在成形过程中粘 模而加人的添加剂。 5)着色剂 着色剂是使塑料制品具有美丽色彩的 有机或无机颜料。 6)固化剂 固化剂是热固性塑料所必需的添加剂， 目的在于促使线型结构转变为体型结构，成形 后获得坚硬的塑料制品。
各种塑料的力学性能差异很大，一般热塑性 塑料的抗拉强度在50～l00MPa之间，热固性塑 料的抗拉强度在30～60Mpa。工程塑料与金属 材料相比，其抗拉强度和弹性模量均较低，这 是目前工程塑料作为工程结构材料使用的最大 障碍之一。因此在一些负荷大的地方，还需采 用钢结构。
工程材料及成型技术基础第9章非 金属材料
工程材料及成型技术基础第9章非 金属材料
• 有关专家预测，很多传统上由金属制造的零件、 部件、结构件，将会被工程塑料、工程陶瓷及 复合材料等非金属材料所取代。例如，汽车的 车身可采用工程塑料或复合材料，每千克工程 塑料可代替4～5千克钢铁，而且可整体成形， 因而成本和油耗将进一步降低。由于原料充足， 可以设计、制造出无穷的新产品，非金属结构 材料在工业领域的应用前景十分广阔。
无机非金属材料基础PPT课件第九章 固相反应
(2) 按反应性质分
加成反应 置换反应 热分解反应 还原反应
*(3) 按反应机理
化学反应速率控制过程 晶体长大控制过程 扩散控制过程
2、 固相反应特点
固体质点间作用力很大，扩散受到限制， 而且反应组分局限在固体中，使反应只能在 界面上进行，反应物浓度不很重要，均相动 力学不适用。
(1) 固相物相互接触是反应物间发生化 学作用和物质输送的先决条件；g或L没有或 不起重要作用；
（2）通过一个流体相传输的反应，这一类反应有 气相沉积、耐火材料腐蚀及气化；
（3）反应基本上在一个固相内进行，这类反应主 要有热分解和在晶体中的沉淀（如固溶体离溶）。
固相反应热力学
1. 固相反应最后的产物有最低的ΔG。
2.
如果可能发生的几个反应，生成几
个变体（A1、A2、A3……An），若相应的 自由焓变化值大小的顺序为ΔG1＜△G2＜ △G3……△Gn，则最终产物将是最小的变 体，即A1相。
（2）固态反应通常需在高温下进行。而 且由于反应发生在非均相系统，因而
传热和传质过程都对反应速度有重
要影响。
第二节 固相反应机理
从热力学的观点看，系统自由焓的下降就是 促使一个反应自发进行的推动力，固相反应也不例 外。
为了理解方便，可以将其分成三类：
（1）反应物通过固相产物层扩散到相界面，然后 在相界面上进行化学反应，这一类反应有加成反应、 置换反应和金属氧化；
MgO+Al2O3MgAl2O4 这种反应属于反应物通过固相产物层扩散中的 加成反应。
Wagner通过长期研究，提出尖晶石形成是由两 种正离子逆向经过两种氧化物界面扩散所决定，氧
离子则不参与扩散迁移过程，按此观点则在下图中
在界面S1上由于扩散过来必有如下反应：
材料学概论非金属材料课件
循环利用与回收
非金属材料的循环利用和回收技术将得到进一步发展，降低资源消耗 和环境污染。
挑战
性能稳定性 生产成本
技术更新换代 市场接受度
非金属材料在某些特定环境下性能稳定性不足，需要加强研究 以提高其稳定性。
部分非金属材料的生产成本较高，限制了其广泛应用。降低生 产成本是亟待解决的问题。
随着科技的发展，非金属材料的制备技术和应用领域也在不断 更新换代。需要不断跟进新技术、新工艺的研究和应用。
材料学概论非金属材料 课件
目录 CONTENT
• 非金属材料的定义与分类 • 非金属材料的特性与应用 • 非金属材料的生产工艺与技术 • 非金属材料的未来发展与挑战
01
非金属材料的定义与分 类
定义
总结词
非金属材料是指除金属材料之外的所有材料的总称，包括无机非金属材料和有 机非金属材料。
详细描述
化工行业
在化工行业中，非金属材料被用 作反应容器、管道、阀门等，能 够承受各种化学物质的腐蚀和压 力。
03
非金属材料的生产工艺 与技术
生产工艺
生产工艺是指将原材料转化为成品的过程，包括原料的准备、加工、成型、表面处理等步骤。对于非金属材料，常见的生产 工艺有压制、烧结、溶融、聚合等。
压制工艺是将物料放入模具中，施加压力使其成型的过程。烧结工艺是将物料加热至高温，使其发生物理和化学变化，从而 获得致密的材料。溶融工艺是将物料加热至高温熔融状态，然后进行冷却和固化。聚合工艺则是通过化学反应将小分子聚合 成高分子材料的过程。
非金属材料是指除金属材料之外的所有材料的总称，包括无机非金属材料和有 机非金属材料。无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等，而有机 非金属材料则包括塑料、橡胶、木材等。
非金属材料的循环利用和回收技术将得到进一步发展，降低资源消耗 和环境污染。
挑战
性能稳定性 生产成本
技术更新换代 市场接受度
非金属材料在某些特定环境下性能稳定性不足，需要加强研究 以提高其稳定性。
部分非金属材料的生产成本较高，限制了其广泛应用。降低生 产成本是亟待解决的问题。
随着科技的发展，非金属材料的制备技术和应用领域也在不断 更新换代。需要不断跟进新技术、新工艺的研究和应用。
材料学概论非金属材料 课件
目录 CONTENT
• 非金属材料的定义与分类 • 非金属材料的特性与应用 • 非金属材料的生产工艺与技术 • 非金属材料的未来发展与挑战
01
非金属材料的定义与分 类
定义
总结词
非金属材料是指除金属材料之外的所有材料的总称，包括无机非金属材料和有 机非金属材料。
详细描述
化工行业
在化工行业中，非金属材料被用 作反应容器、管道、阀门等，能 够承受各种化学物质的腐蚀和压 力。
03
非金属材料的生产工艺 与技术
生产工艺
生产工艺是指将原材料转化为成品的过程，包括原料的准备、加工、成型、表面处理等步骤。对于非金属材料，常见的生产 工艺有压制、烧结、溶融、聚合等。
压制工艺是将物料放入模具中，施加压力使其成型的过程。烧结工艺是将物料加热至高温，使其发生物理和化学变化，从而 获得致密的材料。溶融工艺是将物料加热至高温熔融状态，然后进行冷却和固化。聚合工艺则是通过化学反应将小分子聚合 成高分子材料的过程。
非金属材料是指除金属材料之外的所有材料的总称，包括无机非金属材料和有 机非金属材料。无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等，而有机 非金属材料则包括塑料、橡胶、木材等。
非金属材料ppt课件
硬质聚氯乙烯：制造管道、门窗型材、板材、鞋底、玩 具、文具。 软质聚氯乙烯：薄膜，软管、电缆绝缘层等。
.
➢聚氯乙烯（PVC）产品
.
➢聚苯乙烯（PS）
聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，发泡聚苯乙烯 （EPS)，高抗冲聚苯乙烯（HIPS）。普通聚苯乙烯树脂为 无毒，无臭，无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料，其制 品具有极高的透明度，透光率可达90%以上，电绝缘性能好， 易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。普 通聚苯乙烯的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应 力开裂，耐热性差及不耐沸水等。
结构单元多次重复连接组成的。例如聚氯乙烯分子是由 成 千上万个氯乙烯分子相互连接组成的。
C2-H CC H 2-H CC H2-H CH Cl Cl Cl
. 聚氯乙烯
3）天然高分子材料——皮革、棉花、羊毛、木材、天然橡胶 等。
.
非金属材料-高分子材料
4）合成高分子材料——以合成树脂为主要成分的材料，包括 塑料、合成橡胶、合成纤维等。
➢低密度聚乙烯（LDPE）：生产薄膜、包装袋、软管、电 线包裹层等
➢高密度聚乙烯（HDPE）：制造瓶、罐、桶和其它日常用 品等。
.
聚乙烯（PE）制品
.
➢聚丙烯PP
无毒、无味，密度小（0.9）；强度、刚度、硬度、耐 热性均优于低压聚乙烯，可在100℃左右使用。具有良好 的电性能和高频绝缘性；但低温时变脆、不耐磨、易老化。 常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用。
9.有蠕变现象 会发生缓慢的塑性变形。
.
塑料
.
9.1.3 塑料
非金属材料 –高分子材料
1.塑料的成分
1）合成树脂 是塑料的主要成分，在塑料中的比例为30%～
.
➢聚氯乙烯（PVC）产品
.
➢聚苯乙烯（PS）
聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，发泡聚苯乙烯 （EPS)，高抗冲聚苯乙烯（HIPS）。普通聚苯乙烯树脂为 无毒，无臭，无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料，其制 品具有极高的透明度，透光率可达90%以上，电绝缘性能好， 易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。普 通聚苯乙烯的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应 力开裂，耐热性差及不耐沸水等。
结构单元多次重复连接组成的。例如聚氯乙烯分子是由 成 千上万个氯乙烯分子相互连接组成的。
C2-H CC H 2-H CC H2-H CH Cl Cl Cl
. 聚氯乙烯
3）天然高分子材料——皮革、棉花、羊毛、木材、天然橡胶 等。
.
非金属材料-高分子材料
4）合成高分子材料——以合成树脂为主要成分的材料，包括 塑料、合成橡胶、合成纤维等。
➢低密度聚乙烯（LDPE）：生产薄膜、包装袋、软管、电 线包裹层等
➢高密度聚乙烯（HDPE）：制造瓶、罐、桶和其它日常用 品等。
.
聚乙烯（PE）制品
.
➢聚丙烯PP
无毒、无味，密度小（0.9）；强度、刚度、硬度、耐 热性均优于低压聚乙烯，可在100℃左右使用。具有良好 的电性能和高频绝缘性；但低温时变脆、不耐磨、易老化。 常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用。
9.有蠕变现象 会发生缓慢的塑性变形。
.
塑料
.
9.1.3 塑料
非金属材料 –高分子材料
1.塑料的成分
1）合成树脂 是塑料的主要成分，在塑料中的比例为30%～
第九章-无机非金属材料的腐蚀及耐蚀材料学习资料
这种效应可从下页图示所显 示的模型说明：
① 在酸性溶液中，要破坏所形成的酸性硅烷桥较困 难，因而溶解少而慢；
② 在碱性溶液中，Si-OH的形成容易，故溶解度大。
9.2.2.2、水解与腐蚀
➢ 含有碱金属或碱土金属离子R（Na+、Ca2+等）的 硅酸盐玻璃与水或酸性溶液接触时，发生“水 解”，破坏Si-O-R键，而不是Si-O-Si键。 ≡Si—O—Na + H2O →H+与网络外阳离子的离子交换→ ≡Si—OH + NaOH
①溶解
腐蚀类型 和机理
②水解和腐蚀 ③玻璃的风化
④选择性腐蚀
§9-2 玻璃的腐蚀
➢ 玻璃 玻璃是非晶的无机非金属材料。 在大气、弱酸等介质中，表面有污染、粗糙、斑点 等 腐蚀迹象。
9.2.1、 玻璃的结构 金以属S）iO、2为Al主2O要3、组B成2O，3等含多有种R氧2O化、物R。O（碱金属或碱土 具有很好的耐酸性，耐碱性相对较差些，这与其组成
② 矿物组成
B、耐碱材料：含有大量碱性氧化物（CaO、MgO）
的材料。与耐酸材料相反，它们完全不能抵抗酸 类的作用。
如： 由钙硅酸盐组成的硅酸盐水泥：
特点：不耐所有的无机酸的腐蚀，而在一般的碱液 （浓的烧碱除外）中却是耐蚀的。
9.1.2影响因素
二、材料孔隙和结构
①孔隙率：除熔融制品（如玻璃、铸石）外，硅酸
其腐蚀一般不是由电化学过程引起，而往往 是由化学作用或物理作用引起。（因其与电解质 溶液接触时一般不形成原电池）
9.1.2影响因素
耐蚀无机非金属材料大多属于硅酸盐材料，如下因素 会影响硅酸盐材料的耐蚀性。
一、材料的成分和矿物组成
① 成分：硅酸盐材料成分中主要有酸性氧化物SiO2 ,一 般酸性氧化物耐酸而不耐碱。
① 在酸性溶液中，要破坏所形成的酸性硅烷桥较困 难，因而溶解少而慢；
② 在碱性溶液中，Si-OH的形成容易，故溶解度大。
9.2.2.2、水解与腐蚀
➢ 含有碱金属或碱土金属离子R（Na+、Ca2+等）的 硅酸盐玻璃与水或酸性溶液接触时，发生“水 解”，破坏Si-O-R键，而不是Si-O-Si键。 ≡Si—O—Na + H2O →H+与网络外阳离子的离子交换→ ≡Si—OH + NaOH
①溶解
腐蚀类型 和机理
②水解和腐蚀 ③玻璃的风化
④选择性腐蚀
§9-2 玻璃的腐蚀
➢ 玻璃 玻璃是非晶的无机非金属材料。 在大气、弱酸等介质中，表面有污染、粗糙、斑点 等 腐蚀迹象。
9.2.1、 玻璃的结构 金以属S）iO、2为Al主2O要3、组B成2O，3等含多有种R氧2O化、物R。O（碱金属或碱土 具有很好的耐酸性，耐碱性相对较差些，这与其组成
② 矿物组成
B、耐碱材料：含有大量碱性氧化物（CaO、MgO）
的材料。与耐酸材料相反，它们完全不能抵抗酸 类的作用。
如： 由钙硅酸盐组成的硅酸盐水泥：
特点：不耐所有的无机酸的腐蚀，而在一般的碱液 （浓的烧碱除外）中却是耐蚀的。
9.1.2影响因素
二、材料孔隙和结构
①孔隙率：除熔融制品（如玻璃、铸石）外，硅酸
其腐蚀一般不是由电化学过程引起，而往往 是由化学作用或物理作用引起。（因其与电解质 溶液接触时一般不形成原电池）
9.1.2影响因素
耐蚀无机非金属材料大多属于硅酸盐材料，如下因素 会影响硅酸盐材料的耐蚀性。
一、材料的成分和矿物组成
① 成分：硅酸盐材料成分中主要有酸性氧化物SiO2 ,一 般酸性氧化物耐酸而不耐碱。
第九章-无机非金属材料的腐蚀及耐蚀材料PPT课件
➢ 因此，在酸性溶液中，R+为H+所置换，但Si-O-Si 骨架未动，并且所形成的胶状产物又能阻止反应 继续进行，故腐蚀少。
-
20
Ⅱ、玻璃不耐碱原因：
在碱溶液中，OH-通过如下反应： ≡Si—O—Si≡ + OH- → ≡SiOH + ≡SiO这种反应使Si-O-Si链断裂，非桥氧≡SiO-群增大 使结构被破坏SiO2溶出，玻璃表面不能生成保护 膜。
➢ 防护措施：
使材料表面均匀化和调整介质的腐蚀活性是防止选择腐 蚀的基本方法。例如：往玻璃的介质内加入某些组分作 为缓蚀剂。
➢用途：制作分子筛 有时选择性腐蚀也有有益的用途， 例如： 简单的钠玻璃可通过上述的热处理工艺—腐蚀工艺，获 得孔洞直径为0.7nm的疏松玻璃，显示分子筛功能。
-
26
加入了大量的Ba、Pb及其他的重金属氧化物，由于这些氧 化物的溶解，使得这类玻璃容易被醋酸、硼酸、磷酸等弱 酸腐蚀。
② 硅酸盐玻璃极易被氢氟酸腐蚀。
∵ 阴离子F-的作用，氢氟酸极易破坏Si-O-Si键而腐蚀玻 璃。
H+ F-
F- H+
≡Si—O—Si≡ → ≡Si—O—Si≡ → ≡Si—F + HO—Si≡
-
22
9.2.2.3、玻璃的风化
1）概念：玻璃和大气的作用称为风化。
2）征状：
表面出现雾状薄膜，或者点状、细线状模糊物，有 时出现彩虹。严重时，玻璃表面形成白霜，因而失去 透明，甚至产生平板玻璃粘片现象。
3）发生条件：
风化大都发生于玻璃储藏、运输过程中，温度、湿 度比较高，通风不良的情况下;化学稳定性比较差的玻 璃在大气和室温条件下也能发生风化。
Θ铸石：SiO2质量分数为55％左右，耐蚀性很好。 Θ红砖：SiO2质量分数达60%-80%，没有耐酸性。
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Ⅱ、玻璃不耐碱原因：
在碱溶液中，OH-通过如下反应： ≡Si—O—Si≡ + OH- → ≡SiOH + ≡SiO这种反应使Si-O-Si链断裂，非桥氧≡SiO-群增大 使结构被破坏SiO2溶出，玻璃表面不能生成保护 膜。
➢ 防护措施：
使材料表面均匀化和调整介质的腐蚀活性是防止选择腐 蚀的基本方法。例如：往玻璃的介质内加入某些组分作 为缓蚀剂。
➢用途：制作分子筛 有时选择性腐蚀也有有益的用途， 例如： 简单的钠玻璃可通过上述的热处理工艺—腐蚀工艺，获 得孔洞直径为0.7nm的疏松玻璃，显示分子筛功能。
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加入了大量的Ba、Pb及其他的重金属氧化物，由于这些氧 化物的溶解，使得这类玻璃容易被醋酸、硼酸、磷酸等弱 酸腐蚀。
② 硅酸盐玻璃极易被氢氟酸腐蚀。
∵ 阴离子F-的作用，氢氟酸极易破坏Si-O-Si键而腐蚀玻 璃。
H+ F-
F- H+
≡Si—O—Si≡ → ≡Si—O—Si≡ → ≡Si—F + HO—Si≡
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9.2.2.3、玻璃的风化
1）概念：玻璃和大气的作用称为风化。
2）征状：
表面出现雾状薄膜，或者点状、细线状模糊物，有 时出现彩虹。严重时，玻璃表面形成白霜，因而失去 透明，甚至产生平板玻璃粘片现象。
3）发生条件：
风化大都发生于玻璃储藏、运输过程中，温度、湿 度比较高，通风不良的情况下;化学稳定性比较差的玻 璃在大气和室温条件下也能发生风化。
Θ铸石：SiO2质量分数为55％左右，耐蚀性很好。 Θ红砖：SiO2质量分数达60%-80%，没有耐酸性。
第九章 非金属材料
第 九 章 非金属材料
二、陶瓷的性能特点
原子结合：主要是离子键和共价键； 性能特点：强度高、硬度大、熔点高、化学稳定性好、线 膨胀系数小，且多为绝缘体；塑性、韧性和可加工性较差。
1、机械性能
(1)强度：抗压强度比抗拉强度高得多，比值为10：1左右， 高温强度比金属高得多；高温度时，强度有一定程度的下降， 但其塑性韧性却大大提高，加之陶瓷材料优异抗氧化性，其可 能成为未来高速高温燃气发动机的主要结构材料。 (2)硬度：高硬度、高耐磨性。
第 九 章 非金属材料
(2) 聚氯乙烯（PVC）： 是最早使用的塑料产品之一，应用十分广泛。 PVC使用温度一般在(15~55) ℃。可将其制成硬质 品（板、管）和软质品（薄膜、日用品）其突出 的优点是耐化学腐蚀，不燃烧且成本低，易于加 工；但其耐热性差，抗冲击强度低，还有一定的 毒性。当然若用共聚和混合法改进，也可制成用 于食 章 非金属材料
（5）聚四氟乙烯（PTFE)
聚四氟乙烯是含氟塑料的一种，具有极好的耐高低温 性和耐磨蚀等性能。PTFE几乎不受任何化学药品的腐蚀， 即使在高温下在强酸强碱及强氧化环境中也都稳定，故有 “塑料王”之称；其熔点为327 ℃ ，能在(-195~+250) ℃范围内保持性能的长期稳定性；其摩擦系数小，只有 0.04，具有极好的自润滑；且具有憎水憎油和不粘性；在 极潮湿的环境中也保持良好的电绝缘性。但其强度硬度较 低，冷流性大，加工成型性较差，只能用冷压烧结方法成 型。在高于390 ℃时分解出剧毒气体，应予注意。PTFE的 优良性能使其在电子，国防，涂料等领域的应用日益广泛。
第 九 章 非金属材料
(3) 聚苯乙烯（PS）： 该类塑料的产量仅次于PE和PVC。PS具有良好的加 工性能；其薄膜有优良的电绝缘性，常用于电器零件； 其发泡材料相对密度低达0.33，是良好的隔音、隔热 和防震材料，广泛用于仪器包装和隔热。其中还可加 入各种颜色的填料制成色彩鲜艳的制品，用于制造玩 具及日常用品。聚苯乙烯的最大缺点是脆性大、耐热 性差。
第九章 常用非金属材料
塑 料 制 品
添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。 添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。 是为改善塑料某些性能而加入的物质 填料主要起增强作用； 填料主要起增强作用； 主要起增强作用 增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性； 增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性； 用于提高树脂的可塑性和柔软性 固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构； 固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构； 用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构 稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命； 稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命； 用于防止塑料老化 润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上 使制品光亮； 润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上, 使制品光亮； 用于防止塑料加工时粘在模具上 着色剂用于塑料制品着色。 着色剂用于塑料制品着色。 用于塑料制品着色 其他的还有发泡剂、 其他的还有发泡剂、催化 发泡剂 剂、阻燃剂、抗静电剂等。 阻燃剂、抗静电剂等
2、高分子的聚集态结构 、 固态高聚物分为晶态和非晶态两大类， 固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子 链排列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。 链排列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。 一个大分子链可以穿 过几个晶区和非晶区。 过几个晶区和非晶区。 晶区熔点、密度、强 晶区熔点、密度、 度、硬度、刚性、耐 硬度、刚性、 热性、化学稳定性高， 热性、化学稳定性高， 而弹性、塑性、 而弹性、塑性、冲击 强度下降。 强度下降。
三、高分子材料的力学状态
1、线型非晶态高分子材料的力学状态 、 玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下， ⑴ 玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下， 只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。 只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。 高聚物呈玻璃态的 最高温度称玻璃化 温度， 表示。 温度，用Tg表示。 用于这种状态的材 料有塑料和纤维。 料有塑料分塑料 橡胶、纤维、 分塑料、 ⑴ 按用途分塑料、橡胶、纤维、胶 粘剂、涂料等。 粘剂、涂料等。 按聚合物反应类型分为加聚物和 ⑵ 按聚合物反应类型分为加聚物和 缩聚物。 缩聚物。 按聚合物的热行为分为热塑性聚 ⑶ 按聚合物的热行为分为热塑性聚 合物和热固性聚合物 按主链上的化学组成分为碳链聚 ⑷ 按主链上的化学组成分为碳链聚 合物、 合物、杂链聚合物和元素有机聚合物
添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。 添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。 是为改善塑料某些性能而加入的物质 填料主要起增强作用； 填料主要起增强作用； 主要起增强作用 增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性； 增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性； 用于提高树脂的可塑性和柔软性 固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构； 固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构； 用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构 稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命； 稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命； 用于防止塑料老化 润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上 使制品光亮； 润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上, 使制品光亮； 用于防止塑料加工时粘在模具上 着色剂用于塑料制品着色。 着色剂用于塑料制品着色。 用于塑料制品着色 其他的还有发泡剂、 其他的还有发泡剂、催化 发泡剂 剂、阻燃剂、抗静电剂等。 阻燃剂、抗静电剂等
2、高分子的聚集态结构 、 固态高聚物分为晶态和非晶态两大类， 固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子 链排列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。 链排列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。 一个大分子链可以穿 过几个晶区和非晶区。 过几个晶区和非晶区。 晶区熔点、密度、强 晶区熔点、密度、 度、硬度、刚性、耐 硬度、刚性、 热性、化学稳定性高， 热性、化学稳定性高， 而弹性、塑性、 而弹性、塑性、冲击 强度下降。 强度下降。
三、高分子材料的力学状态
1、线型非晶态高分子材料的力学状态 、 玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下， ⑴ 玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下， 只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。 只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。 高聚物呈玻璃态的 最高温度称玻璃化 温度， 表示。 温度，用Tg表示。 用于这种状态的材 料有塑料和纤维。 料有塑料分塑料 橡胶、纤维、 分塑料、 ⑴ 按用途分塑料、橡胶、纤维、胶 粘剂、涂料等。 粘剂、涂料等。 按聚合物反应类型分为加聚物和 ⑵ 按聚合物反应类型分为加聚物和 缩聚物。 缩聚物。 按聚合物的热行为分为热塑性聚 ⑶ 按聚合物的热行为分为热塑性聚 合物和热固性聚合物 按主链上的化学组成分为碳链聚 ⑷ 按主链上的化学组成分为碳链聚 合物、 合物、杂链聚合物和元素有机聚合物
材料学概论-非金属材料
第九章 非金属材料
单击添加副标题
第一节 高分子材料 第二节 陶瓷材料 第三节 复合材料
指金属以外的其它材料。机械工程主要使用的非金属材料有高分子材料、陶瓷材料以及复合材料。
复合材料船体
第一节 高分子材料
一、基本概念
以高分子化合物为主要组分的材料
1、物理性能
高聚物的基本性能及特点 重量轻 绝缘好 减摩、耐磨性 耐热差 耐腐蚀
（1）磨损失效 ；（2）接触疲劳失效 ；（3）腐蚀失效
零件失效与很多因素有关。设计、材料、加工工艺和安装等
7.1 概述(2)
7.2 材料选用的原则正常工作所必须具备的性能。
包括:力学性能、物理性能和化学性能
首要任务是正确地分析零件的工作条件和主要的失效形式，准确地判断零件所要求的主要力学性能指标。
2、力学性能
高弹性 滞弹性 实际强度低 开裂现象 老化
三、工程高分子材料
塑料 合成橡胶 合成纤维
塑料 以树脂为基础，再加入用来改善性能的各种添加剂，如填充剂、增塑剂、稳定剂、固化剂、着色剂、润滑剂等 高分子材料
挤压成形 吹塑成形 注射成形
聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚酸塑料和氨基塑料
①通用塑料 ②工程塑料 ③塑料成形工艺
7.2 材料选用的原则和方法
7.2 材料选用的原则和方法
工艺性能原则
7.2 材料选用的原则和方法
01
经济性原则
02
材料的价格
03
应该尽量低
7.2 材料选用的原则和方法
经济性原则
7.2 材料选用的原则和方法
7.2 材料选用的原则和方法
经济性原则
材料应该来源丰富并顾及我国资源状况。 注意生产所用材料的能源消耗，尽量选用耗能低的材料。 对某—工厂来说，所选材料种类、规格，应尽量少而集中，以便于采购和管理。 总结:在首先保证材料满足使用性能的前提下，再考虑使材料的工艺性能尽可能良好和材料的经济性尽量合理。
单击添加副标题
第一节 高分子材料 第二节 陶瓷材料 第三节 复合材料
指金属以外的其它材料。机械工程主要使用的非金属材料有高分子材料、陶瓷材料以及复合材料。
复合材料船体
第一节 高分子材料
一、基本概念
以高分子化合物为主要组分的材料
1、物理性能
高聚物的基本性能及特点 重量轻 绝缘好 减摩、耐磨性 耐热差 耐腐蚀
（1）磨损失效 ；（2）接触疲劳失效 ；（3）腐蚀失效
零件失效与很多因素有关。设计、材料、加工工艺和安装等
7.1 概述(2)
7.2 材料选用的原则正常工作所必须具备的性能。
包括:力学性能、物理性能和化学性能
首要任务是正确地分析零件的工作条件和主要的失效形式，准确地判断零件所要求的主要力学性能指标。
2、力学性能
高弹性 滞弹性 实际强度低 开裂现象 老化
三、工程高分子材料
塑料 合成橡胶 合成纤维
塑料 以树脂为基础，再加入用来改善性能的各种添加剂，如填充剂、增塑剂、稳定剂、固化剂、着色剂、润滑剂等 高分子材料
挤压成形 吹塑成形 注射成形
聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚酸塑料和氨基塑料
①通用塑料 ②工程塑料 ③塑料成形工艺
7.2 材料选用的原则和方法
7.2 材料选用的原则和方法
工艺性能原则
7.2 材料选用的原则和方法
01
经济性原则
02
材料的价格
03
应该尽量低
7.2 材料选用的原则和方法
经济性原则
7.2 材料选用的原则和方法
7.2 材料选用的原则和方法
经济性原则
材料应该来源丰富并顾及我国资源状况。 注意生产所用材料的能源消耗，尽量选用耗能低的材料。 对某—工厂来说，所选材料种类、规格，应尽量少而集中，以便于采购和管理。 总结:在首先保证材料满足使用性能的前提下，再考虑使材料的工艺性能尽可能良好和材料的经济性尽量合理。
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第九章 非金属材料
第九章非金属材料
第九章 非金属材料
一、高分子材料 二、陶瓷材料 三、复合材料
第九章非金属材料
一、高分子材料
高分子材料:是指分子量很大（在104以上）的化合物， 即高分子化合物组成的一类材料的总称。
高分子材料有：有机高分子和无机高分子， 天然高分子和人工合成高分子材料。
目前，人工合成的有机高分子材料如塑料、合成橡胶、 合成纤维等发展十分迅速，已成为一个品种繁多的庞 大的工业部门，而且具有广阔的发展前途。
第九章非金属材料
(3) 高聚物的聚集态
固态高聚物存在着晶态和非晶态两种聚集状态。 晶态高聚物大分子呈规则排列； 非晶态高聚物的大分子呈乱混排列。 由于高聚物的分子链很大，结构复杂，其结晶组织与 低分子物质有很大的不同，存在着晶区和非晶区。 同一个大分子链可穿过几个晶区和非晶区。 在晶区内呈规则，有序排列，在非晶区内呈无序排列。 在高聚物中结晶是不完全的，而且总是晶态与非晶态 共存或全部非晶态。 常用结晶度来衡量其结晶倾向——晶区部分的体积或 重量的百分数称结晶度。
2.添加剂 为改善塑料的性能而加入的其它组成，主要 有：
(1)填料或增强材料 填料在塑料中主要起增强作用。 (2)固化剂 可使树脂具有体型网状结构，成为较坚硬和 稳定的塑料制品。 (3)增塑剂 用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。
(4)稳定剂 用以防止受热、光等的作用使塑料过早老化。 第九章非金属材料
第九章非金属材料
(3) 高聚物的聚集态
结晶度高，反映其排列规则紧密， 分子之间的作用力强，因而刚性增 加，其强度、硬度、耐热性、耐蚀 性提高，反之，结晶度降低，说明 其顺柔性增大，而弹性、塑性和韧 性相应提高。
高聚物的化学结构越简单，对称性 愈高，分子之间的作用力越大，其 结晶度愈高，反之，结晶度减少。 如聚乙烯比聚氯乙烯结晶度高。不 论是无定形（非晶态）高聚物还是 结晶高聚物，随温度的变化其物理， 力学状态会发生变化，以非晶态高 聚物为例。
第九章非金属材料
(2)大分子链的构型与构象
ⅰ.构型：组成大分子链的链节在空间排列的几何形状 称为构型。 高聚物有线型(包括带支链的线型)和网体型两种构型。 ⅱ.构象：和其他物质分子一样，高聚物的分子链在不 停的运动，这种运动是由单链内旋转引起的。大分子 链是由成千上万个原子经共价键连接而成，其中以单 键连接的原子，由于热运动，两个原子可作相对旋转， 即在保持键角、键长不变的情况下，单键作旋转，称 为内旋转。这种由于单键内旋转所产生的大分子链的 空间形象称为高分子链的构象。
酚醛塑料(PE)图例
第九章非金属材料
4.1工程塑料
塑料是以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常 可在加热、加压条件下塑制成型，故称为塑料。
塑料的组成 塑料是以有机合成树脂为基础，再加入添加剂所组成
的。 1.合成树脂 是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合
成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主 要组成，也起粘接剂作用。
随着温度的变化，高聚物可能出现 玻璃态、高弹态和粘流态几种不同 的物理力学状态。
第九章非金属材料
图9－1（1）机械性能
① 低强度
② 高弹性和低弹性模量
③ 粘弹性
④ 高耐摩性
（2）物理、化学性能
① 高绝缘性
② 低耐热性
③ 低导热性
④ 高热膨胀性
⑤ 高化学稳定性 ⑥ 老化
第九章非金属材料
人工合成的高分子材料
本节简单地介绍人工合成的高分子材料的基本 概念、结构、性能特征。
1．人工合成的高分子材料的 基本概念
2．高聚物的结构特征 3．高聚物的基本特性
第九章非金属材料
1． 基本概念
有机高分子化合物是由有机低分子化合物在一定条件 下聚合而成的，具有重复排列链状结构的高聚物。 如聚乙烯塑料就是由乙烯聚合而成的高分子材料。
工程塑料的分类
热塑性塑料
➢ 聚乙烯(PE) ➢ 聚丙烯(PP) ➢ 聚氯乙烯(PVC) ➢ 聚苯乙烯(PS)
热固性塑料
➢ ABS塑料 ➢ 酚醛塑料(PE) ➢ 环氧塑料(EP)
第九章非金属材料
聚乙烯(PE)图例
第九章非金属材料
聚丙烯(PP)图例
第九章非金属材料
酚醛塑料(PE)图例
第九章非金属材料
(1)结合键 (2)大分子链的构型与构象
(3) 高聚物的聚集态
第九章非金属材料
(1)结合键
作为高聚物单体的低分子化合物必然具备不饱和的键， 如各种烯烃类化合物、环状化合物和含有特殊官能团 的化合物，在聚合反应中能形成两个以上的新键，把 单体低分子变成链节连接成大分子链。否则不能聚合 成大分子链，也就不能形成高聚物。 在高分子链中原子以共价键结合，这种结合力称为主 价力高分子链内组成元素不同，原子间共价键的结合 力不同，聚合物的性能因而不同。 在高聚物大分子之间一般是分子来链连接的，（靠分 子间力连接的）这一结合力—范德华力，称为次价力。
1． 基本概念
高聚物与具有明确分子量的低分子化合 物不同，同一高聚物因其聚合度不同， 大分子链的长短各异，其分子量也就各 不相同。通常所说高聚物的分子量是指 其分子量的统计平均值。 如：聚氯乙烯 C2H CHnCl 的分子量 为20000～160000。
第九章非金属材料
2．高聚物的结构特征
前面的学习知道金属材料的性能是 它的组织结构决定的，同样，对非金属 材料也不例外，它的性能特点仍然是由 其组织结构决定的。
第九章非金属材料
3．高聚物的基本特性
防老化的措施：
①表面防护：使其与外界致老化因素隔开。 ②减少大分子链结构中的某些薄弱环节，
提高其稳定性，推迟老化过程。 ③加入防老化剂，使大分子链中上的活泼
基团钝化，变成比较稳定的基团，以抑 制链式反应的进行。
第九章非金属材料
4．常用高分子材料
4.1塑料 4.2橡胶 合成纤维 胶粘剂 涂料
n ( C 2 C H 2 ) H 聚 合 C 2 C H 2 n H
低分子化合物（如乙烯CH2=CH2）称为单体，
大分子链重复排列的结构单元（如 C2H C2H ）
称为链节，链节重复排列的个数 n 称为聚合度。 聚合度越大，高聚物的大分子链越长，其分子量也就 愈大。
第九章非金属材料
第九章非金属材料
第九章 非金属材料
一、高分子材料 二、陶瓷材料 三、复合材料
第九章非金属材料
一、高分子材料
高分子材料:是指分子量很大（在104以上）的化合物， 即高分子化合物组成的一类材料的总称。
高分子材料有：有机高分子和无机高分子， 天然高分子和人工合成高分子材料。
目前，人工合成的有机高分子材料如塑料、合成橡胶、 合成纤维等发展十分迅速，已成为一个品种繁多的庞 大的工业部门，而且具有广阔的发展前途。
第九章非金属材料
(3) 高聚物的聚集态
固态高聚物存在着晶态和非晶态两种聚集状态。 晶态高聚物大分子呈规则排列； 非晶态高聚物的大分子呈乱混排列。 由于高聚物的分子链很大，结构复杂，其结晶组织与 低分子物质有很大的不同，存在着晶区和非晶区。 同一个大分子链可穿过几个晶区和非晶区。 在晶区内呈规则，有序排列，在非晶区内呈无序排列。 在高聚物中结晶是不完全的，而且总是晶态与非晶态 共存或全部非晶态。 常用结晶度来衡量其结晶倾向——晶区部分的体积或 重量的百分数称结晶度。
2.添加剂 为改善塑料的性能而加入的其它组成，主要 有：
(1)填料或增强材料 填料在塑料中主要起增强作用。 (2)固化剂 可使树脂具有体型网状结构，成为较坚硬和 稳定的塑料制品。 (3)增塑剂 用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。
(4)稳定剂 用以防止受热、光等的作用使塑料过早老化。 第九章非金属材料
第九章非金属材料
(3) 高聚物的聚集态
结晶度高，反映其排列规则紧密， 分子之间的作用力强，因而刚性增 加，其强度、硬度、耐热性、耐蚀 性提高，反之，结晶度降低，说明 其顺柔性增大，而弹性、塑性和韧 性相应提高。
高聚物的化学结构越简单，对称性 愈高，分子之间的作用力越大，其 结晶度愈高，反之，结晶度减少。 如聚乙烯比聚氯乙烯结晶度高。不 论是无定形（非晶态）高聚物还是 结晶高聚物，随温度的变化其物理， 力学状态会发生变化，以非晶态高 聚物为例。
第九章非金属材料
(2)大分子链的构型与构象
ⅰ.构型：组成大分子链的链节在空间排列的几何形状 称为构型。 高聚物有线型(包括带支链的线型)和网体型两种构型。 ⅱ.构象：和其他物质分子一样，高聚物的分子链在不 停的运动，这种运动是由单链内旋转引起的。大分子 链是由成千上万个原子经共价键连接而成，其中以单 键连接的原子，由于热运动，两个原子可作相对旋转， 即在保持键角、键长不变的情况下，单键作旋转，称 为内旋转。这种由于单键内旋转所产生的大分子链的 空间形象称为高分子链的构象。
酚醛塑料(PE)图例
第九章非金属材料
4.1工程塑料
塑料是以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常 可在加热、加压条件下塑制成型，故称为塑料。
塑料的组成 塑料是以有机合成树脂为基础，再加入添加剂所组成
的。 1.合成树脂 是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合
成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主 要组成，也起粘接剂作用。
随着温度的变化，高聚物可能出现 玻璃态、高弹态和粘流态几种不同 的物理力学状态。
第九章非金属材料
图9－1（1）机械性能
① 低强度
② 高弹性和低弹性模量
③ 粘弹性
④ 高耐摩性
（2）物理、化学性能
① 高绝缘性
② 低耐热性
③ 低导热性
④ 高热膨胀性
⑤ 高化学稳定性 ⑥ 老化
第九章非金属材料
人工合成的高分子材料
本节简单地介绍人工合成的高分子材料的基本 概念、结构、性能特征。
1．人工合成的高分子材料的 基本概念
2．高聚物的结构特征 3．高聚物的基本特性
第九章非金属材料
1． 基本概念
有机高分子化合物是由有机低分子化合物在一定条件 下聚合而成的，具有重复排列链状结构的高聚物。 如聚乙烯塑料就是由乙烯聚合而成的高分子材料。
工程塑料的分类
热塑性塑料
➢ 聚乙烯(PE) ➢ 聚丙烯(PP) ➢ 聚氯乙烯(PVC) ➢ 聚苯乙烯(PS)
热固性塑料
➢ ABS塑料 ➢ 酚醛塑料(PE) ➢ 环氧塑料(EP)
第九章非金属材料
聚乙烯(PE)图例
第九章非金属材料
聚丙烯(PP)图例
第九章非金属材料
酚醛塑料(PE)图例
第九章非金属材料
(1)结合键 (2)大分子链的构型与构象
(3) 高聚物的聚集态
第九章非金属材料
(1)结合键
作为高聚物单体的低分子化合物必然具备不饱和的键， 如各种烯烃类化合物、环状化合物和含有特殊官能团 的化合物，在聚合反应中能形成两个以上的新键，把 单体低分子变成链节连接成大分子链。否则不能聚合 成大分子链，也就不能形成高聚物。 在高分子链中原子以共价键结合，这种结合力称为主 价力高分子链内组成元素不同，原子间共价键的结合 力不同，聚合物的性能因而不同。 在高聚物大分子之间一般是分子来链连接的，（靠分 子间力连接的）这一结合力—范德华力，称为次价力。
1． 基本概念
高聚物与具有明确分子量的低分子化合 物不同，同一高聚物因其聚合度不同， 大分子链的长短各异，其分子量也就各 不相同。通常所说高聚物的分子量是指 其分子量的统计平均值。 如：聚氯乙烯 C2H CHnCl 的分子量 为20000～160000。
第九章非金属材料
2．高聚物的结构特征
前面的学习知道金属材料的性能是 它的组织结构决定的，同样，对非金属 材料也不例外，它的性能特点仍然是由 其组织结构决定的。
第九章非金属材料
3．高聚物的基本特性
防老化的措施：
①表面防护：使其与外界致老化因素隔开。 ②减少大分子链结构中的某些薄弱环节，
提高其稳定性，推迟老化过程。 ③加入防老化剂，使大分子链中上的活泼
基团钝化，变成比较稳定的基团，以抑 制链式反应的进行。
第九章非金属材料
4．常用高分子材料
4.1塑料 4.2橡胶 合成纤维 胶粘剂 涂料
n ( C 2 C H 2 ) H 聚 合 C 2 C H 2 n H
低分子化合物（如乙烯CH2=CH2）称为单体，
大分子链重复排列的结构单元（如 C2H C2H ）
称为链节，链节重复排列的个数 n 称为聚合度。 聚合度越大，高聚物的大分子链越长，其分子量也就 愈大。
第九章非金属材料