机械工程基础课件单元九非金属材料

单元九
非金属材料
减摩性好，塑料硬度虽低于金属，但摩擦 系数小，如聚四氟乙烯自摩擦系数只有0.04； 尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯等也都有较小的摩擦 系数，因此有很好的减摩性。另外，塑料还由 于自润滑性能好，所以它适合于制造轴承、凸 轮、密封圈等要求减摩性好的零件，特别对在 无润滑和少润滑的摩擦条件下工作的零件尤为 适合。
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非金属材料
(1)高弹性能： 橡胶的弹性模量低，大约为1 MPa，而其它塑料纤维 的弹性模量约2000 MPa以上。变形量大，一般在100～ 1000％，而其它聚合物只有0.1～0.01％。橡胶还具有很 好的回弹性能，加天然橡胶回弹高度达70～80％。 (2)强度 经硫化处理和炭黑增强后，其抗拉强度达25～35 MPa， 并具有良好的耐磨性。
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2.塑料的性能
非金属材料
(1)物理性能 密度小，不加任何填料或增强材料的塑料， 其密度为0.85－2.20g／cm3，只有钢的1／8～1／4；泡沫 塑料更轻，密度为0.02～0.20g／cm3。电绝缘性好，介质 损耗小，在电器、电机、无线电、电子工业方面应用广泛。 (2)化学性能 塑料一般能耐酸、碱、油、水及大气等的 侵蚀，其中聚四氟乙烯甚至能耐强氧化剂“王水”的侵蚀。 因此，塑料广泛用于制造在腐蚀条件下的零部件和化工设 备。 (3)力学性能 塑料的强度和弹性模量都很低。例如，热 塑性塑料的强度一般为50～100MPa,热固性塑料一般为 30～60 MPa，玻璃纤维增强尼龙，其强度也只有200 MPa， 相当于灰铸铁的强度。
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9.2 橡胶
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1．橡胶的组成 橡胶是在使用温度范围内处于高弹态的高分子材料， 在较小的载荷作用下能产生很大变形。当载荷卸除后又 能很快恢复到原来状态，是常用的弹性材料、密封材料、 减震防震材料和传动材料。 2．橡胶的性能 由于使用条件不同，、对橡胶有不同的性能要求，如 拉伸强度、抗撕裂强度、耐磨性、弹性、伸长率、永久变 形量、耐寒、耐高温、透气性等。其中最重要的性能还是 橡胶的高弹性和强度。
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(4)热学性能 陶瓷材料熔点高，大多在2000℃以上 具有比金属 材料高得多的耐热性；导热能力远低于金属材料，它 常作为高温绝热材料。多孔或泡沫陶瓷可用作-120～240℃的隔热材料。陶瓷的线膨胀系数比高聚物低， 比金属更低，一般在10-5～10-6／K。 2.常用工业陶瓷 1.普通陶瓷 普通陶瓷质地坚硬，有良好的抗氧化 性、耐蚀性和绝缘性，生产工艺简单、成本低；但强 度低，通常使用温度为1200℃左右。普通陶瓷广泛应 用于日用、电气、化工、建筑等部门，如装饰瓷、餐 具、绝缘子、耐蚀容器、管道等。
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非金属材料
非金属材料及复合材料
分为 天然高分子材料
蚕丝、羊毛、纤维素、天 然橡胶等
人工合成高分子材料 塑料、合成橡胶、合成 纤维等
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9.1 工程塑料
1.塑料的组成
非金属材料
塑料是以有机合成树脂为主要成分，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，也起粘结剂作用。 (2)添加剂 为改善塑料的性能而加入的其它组分，主要 有以下几种：1)填料 2)增塑剂 3)稳定剂 4)固化剂 还有润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂和发泡剂等.
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如： ABS塑料 用于制造轴承、齿轮、叶片、叶轮、管道、容器、 把手等。电气工业中仪器、仪表的各种零件等。近年来 在交通运输的车辆、飞机零件上的应用发展很快，如车 身、方向盘、内衬材料等。
聚苯乙烯(PS)： 聚苯乙烯密度小，常温下透明度达88～92％，着色性 好，吸水性极微，有良好的耐蚀性和绝缘性，高频绝缘性 尤佳；但冲击韧度低、耐热性差、易燃、易脆裂。常用来 制造车辆上的灯罩、仪表指示灯罩、设备外壳等。
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2．特种陶瓷 (1)氧化铝陶瓷：熔点(2050℃)高、热强度高、抗氧化， 故耐热性好，室温下硬度仅次于金刚石，抗拉强度比普 通陶瓷大5～6倍，而且热硬性也很高，可达1200℃。 氧化铝陶瓷广泛用于制造高速切削刀具、量块、拉 丝模、高温器皿、坩埚、热电偶套管、内燃机火花塞等。 (2)氮化硅陶瓷；主要用于制作各种泵的耐蚀与耐磨的 密封环、高温轴承、热电偶套管、燃汽轮机转子叶片 和难切削加工的刀具。
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3.常用橡胶
非金属材料
(1)天然橡胶 天然橡胶是优良的电绝缘体，但耐热老化性和耐大气 老化性较差，不耐臭氧、油和有机溶剂，且易燃。使用 温度范围为-70～110℃，广泛用于作轮胎、胶带和胶管等。
(2)合成橡胶 具有类似橡胶性质的各种高分子化合物，种类很多.
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氟橡胶：属于特种橡胶，其特点是：耐高温和耐介质腐 蚀性好，耐臭氧和耐大气老化性也较好；但加工性差， 价格较贵。它使用温度范围在-50～300℃，常用来制造 高级密封件、高真空耐蚀件等。
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3)功能特性 (1)光学性能 如固体激光器材料、光导纤维材料、光存储材 料等.
(2)磁学性能： 以氧化铁为主要成分的磁性氧化物，可作磁性陶 瓷材料，在录音磁带、唱片、电子束偏转线圈、变 压器铁心等方面有着广泛的应用。
(3)电学性能 如A1 O 可作电器工业的绝缘材料 ；氧化锡为半导 体 ；铁电陶瓷(钛酸钡BaTiO3等具有极高的介电常数， 可用来制作较小的电容器 .
9.3 工业陶瓷
非金属材料
陶瓷是各种无机非金属材料的通称。陶瓷可分为 普通陶瓷(传统陶瓷)和特种陶瓷(近代陶瓷)两大类。其 生产过程较复杂，但基本工艺是原料的制备、坯料的 成型和制品的烧结三大步骤 .
1.工业陶瓷的性能 1)力学性能：塑性差；抗拉强度较低，但抗压强度较 高；陶瓷的硬度高（在1500HV以上）；而淬火钢为 500～800HV；高聚物最硬也不超过20HV。 2)化学性能：陶瓷对酸、碱、盐等腐蚀性很强的介质 均有较强的抗蚀能力，与有色金属的银、铜等熔体也不 发生作用。
硅橡胶 ：属于特种橡胶，耐高温(300℃)、耐寒(-100℃)， 电绝缘性能优良；但抗拉强度低，价格较贵。它可用来 制造耐高温、耐寒或耐高温电绝缘制品等。 丁苯橡胶：耐磨、耐自然老化、耐臭氧性，但加工性能 不及天然橡胶。天然橡胶和丁苯橡胶均属于通用橡胶， 广泛用于作轮胎、胶布、胶鞋、胶管等制品。
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