常用有机非金属材料

常用有机非金属材料

1．非金属材料的特点和分类

(1)特点非金属材料具有金属所不具备的特点，主要表现在以下几方面。

a．耐蚀性良好在许多场合，非金属材料能起到金属材料，包括贵金属材料起不到的作用。例如聚四氟乙烯可以安全地应用于高温十高腐蚀性的介质中，包括耐王水的腐蚀；相反，白金和黄金却会溶解于王水中。聚氯乙烯、玻璃钢、玻璃、搪瓷等是耐盐酸腐蚀的，而不锈钢却不能应用于盐酸介质中。

b．原料来源丰富，价格比较便宜石灰石、石材、食盐、天然气、石油裂解气和农副产品等，都是非金属材料取之不尽，用之不竭的原料。因此，多数非金属材料的价格相对比较便宜。

但是，非金属材料的机械强度较低、刚性较小，在长时间载荷下，容易发生形变与破坏。除石墨以外，导热性不良，耐热性、热稳定性低。

(2)非金属材料的分类非金属材料的种类很多。按常用的非金属材料的化学组成，可分为有机非金属材料和无机非金属材料。

a．有机非金属材料包括塑料、橡胶、涂料、木材等。

b．无机非金属材料工业上常用的无机非金属材料有硅酸盐材料、石墨、铸石等。

2．塑料

(1)塑料的组成塑料是以合成树脂为主要原料，加入必要的添加剂，在二定的温度和压力条件下，塑制而成的具有一定塑性的材料。塑料的主要成分是树脂；塑料的性质主要由树脂决定的。为子满足各种实际应用的要求，往往要加人必要的添加剂，以改善性能，塑料中常用到的添加剂有：a．填充剂可改善塑料的强度、刚性、抗冲击韧性、耐热性等物理、机械性能。一般选用

碳纤维、玻璃纤维、石墨、云母、辉绿岩粉和金属粉等。所用质量分数一般在50％以下。

b．稳定剂可抑制塑料在加工和使用过程中，因光和热等的作用引起的性质变化，延长其使用寿命。常用的有硬脂酸钡、硬脂酸铅等金属盐和紫外线吸收剂等。

c．增塑剂可使塑料在加工过程中易于塑化，增加制品的柔软性。例如，邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、癸二酸二辛酯和磷酸三丁酯等。

d．着色剂可改变塑料制品的色泽。

e．润滑剂用以防止塑料在加工过程中粘附于模具和设备上；以便于脱模，使制品的表面光洁。常用的有硬脂酸及其盐等。

(2)塑料的特性

a．轻质无填料的塑料的相对密度在0．82～22之间，是钢铁的1/8～1/4。有填料的塑料的相对密度也只有铝的1／2。因此，塑料的比强度反而比金属大。表2-2列出部分增强塑料和几种金属的比强度。

表2-2部分金属和增强塑料的比强度

①抗张强度指塑料在受拉时，抵抗被扯断的能力，用kg/cm2表示。

b．耐腐蚀性良好塑料在水、水蒸气、酸、碱、盐、汽抽等化学介质中；大多比较稳定，不起化学变化。在某些强腐蚀性介质中，有的塑料的耐蚀性甚至超过某些贵金属。因此，在工业生产中，许多设备是由塑料制造的。所谓“塑料王”一聚四氟乙烯，在很宽的温度范围内，对许多强腐蚀性的优学介质，甚至王水是稳定的。[page]

c．加工和成型的工艺性能良好塑料的加工成型方法很多，而且加工方法简单。热塑性的塑料在很短的时间内即可成型出制品。比金属加工成零件的车、铣、刨、钻、磨等工序简单得多。塑料也可以采用机加工，大多数塑料便于焊接。

d．优良的电绝缘性大多数塑料有优良的电绝缘性，在高频电压下，可以作为电容器的介电材料和绝缘材料，也可以应用于电视、雷达等装置中。

e．摩擦系数小，润滑性能好因此塑料制成的机械传动部件，机械动力的损耗小，有的甚至可以不加润滑剂，或用水润滑即可。这是金属材料所无法相比的。

f．热性能不好，耐热性差大多数塑料的耐热性差，一般只可在100℃以下使用，有的使用温度不能超过60℃，少数可以在200℃左右的条件下使用。高于这些温度，塑料即软化、变形、甚至丧失使用性能。

g．塑料较容易变形大多数塑料比金属容易变形，这是作为工程材料的塑料的最大缺点。金属材料在较高温度下，才有显著的蠕变现象；而塑料即使在室温下，经过长时间受力，也会缓慢变形厂并随温度升高，蠕变加剧。热塑性塑料的蠕变更为严重。添加填料，或使用金属、玻璃纤维、碳纤维等增强材料的塑料，可使所受外力分布到较大的面积上，蠕变会减轻。

h．塑料会逐步老化塑料制品在使用中，由于大气中氧气、臭氧、光、热等以及各类机械力的作用，又有树脂内部微量杂质的存在，塑料的性能变坏，甚至丧失使用价值，即为塑料的老化。当然，如果在塑料中加人一些防老剂，或者在塑料的表面喷涂防老剂广阻隔或减轻光和热的作用，可以减缓塑料的老化速度，延长使用寿命。

(3)塑料的分类塑料的种类很多，有多种分类方法，常按其受热后的性能变化，分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。

a．热塑性塑料

(a)聚氯乙烯(PVC)是应用最广的塑料品种。聚氯乙烯树脂是由聚氯乙烯单体聚合而成的。按照其增塑剂用量的不同，分为硬聚氯乙烯和软聚氯乙烯，前者在100份重的树脂中所加增塑剂<5份；后者所加增塑剂达30～70份。

物理性能：硬聚氯乙烯的相对密度1．35～1．60，是碳钢的1／5；软聚氯乙烯的相对密度

为1．2～1．4。

硬聚氯乙烯的吸水率很低，长期浸于水中的吸水率<0．5％；浸水24h，吸水率为0．05％。聚氯乙烯的透气率很低。

聚氯乙烯的玻璃态温度为80～85℃，粘流态温度180℃，‘分解温度240～260℃(含稳定剂)，脆化温度为-50～-60℃。

硬聚氯乙烯的建议使用温度范围，原则上在脆化温度和玻璃态温度之间，即在—50—80％内可保持其使用性能。如果在50℃以上使用，应采取必要的措施。

不加稳定剂的纯聚氯乙烯，在150℃时开始分解，放出氯化氢，并进一步加速自身的分解；超过180℃分解更快。加稳定剂的聚氯乙烯，分解温度升高到240～260℃，但是如果在220℃长期使用，也会分解出氯化氢，材料的颜色由深灰色变为黄棕色，甚至黑色。因此，在焊接时，应尽量避免此种现象的产生。

硬聚氯乙烯的线膨胀系数为(5～6)X10-5／℃，比碳钢大5-6倍。因此，架设聚氯乙烯管道时，应安装膨胀节或加强支撑，以防止变形。在用聚氯乙烯做衬里，或与其他材料粘接时，应考虑受热时可能产生的剥离现象。

聚氯乙烯在压制成型过程中，残存内应力。因此，在受热时的收缩率比较大，纵向约为1％～6％，横向为、1％～2％，在下料时应该考虑到。[page]

化学性能聚氯乙烯的分子链上不含活性基团，因此有较高的化学稳定性。

硬聚氯乙烯在50℃以下；除了强氧化剂(如发烟硫酸；质量分数>50％的硝酸)以外，能耐大多数酸、碱、盐的腐蚀。50℃以上的浓硫酸和硝酸，使聚氯乙烯首先形成羧基；进而氧化裂解形成羰’基或醛基，而受到破坏。

(b)聚乙烯(PE)是乙烯单体的聚合体。按其聚合条件的不同，可以分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚乙烯。