非金属材料

机械工程材料

非金属材料

工程塑料

工程塑料

非金属材料

机械制造业中，绝大部分产品都是金属材料制成的，也应用非金属材料。由于非金属材料来源广泛，易成型，又具有某些特殊性能，因而非金属材料的应用已日趋广泛。

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、复合材料和胶粘剂等。

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。

1塑料的分类

塑料的品种繁多，分类方法也很多。

通常按塑料受热后所表现的行为分为热塑性塑料和热固性塑料。

（1）热塑性塑料

热塑性塑料是一类可以反复通过提高温度使之软化，降低温度使之硬化的材料。常用的热塑性塑料有尼龙（聚酰胺）、聚乙烯、有机玻璃等。这类塑料的优点是加工成型简便，具有较高的力学性能，缺点为耐热性和刚性较差。

（2）热固性塑料

这类塑料加热时软化，然后固化成型，这一过程不能重复进行。常用的热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂、氨基塑料等。这类塑料具有耐热性高、受热不易变形、价廉等优点，缺点是生产率低、强度一般不太好。

习惯上也有将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。

（1）通用塑料

主要是指产量特别大，价格低，应用范围广的一类塑料。常用的有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、酚醛塑性等，主要用来制造日常生活用品、包装材料和工农业生产用的一般机械零件。

（２）工程塑料

常指在工程技术中作结构材料的塑料。这类塑料具有较高的强度或具有耐高温、耐腐蚀、耐辐射等特殊性能，因而可部分代替金属，特别是有色金属来制作某些机械构件或作某些特殊用途。

常用的工程塑料有聚酰胺（尼龙）、聚甲醛、ABS、有机玻璃等。

（３）特种塑料

它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。

着塑料工业的发展，目前已有许多塑料可以通过物理或化学方法进行改性与增强，其应用范围不断扩大，故通用塑料与工程塑料之间已无严格界限。

2塑料的特性及用途

塑料的优异性能主要表现为：质轻，表面密实光滑，摩擦因数小，防水，气密，耐磨，吸振消声性好，耐腐蚀性好，绝缘性好以及成形工艺简单。因此，塑料的用途十分广泛。

现在，每年塑料的产量按体积计算已超过钢铁，主要用作绝缘材料、建筑材料、工业结构材料和零件、日用品等。

塑料进入机械制造业，首先用于传动系统，如齿轮、轴承等。现在不仅用于传动系统，还可以制造一般结构零件（如支架、手轮、油管等），耐蚀件（化工容器、泵等），绝缘件（插头插座、电子电讯元件），密封件以及矿山机械上的大型蜗轮，直径几米的环套等。

橡胶

橡胶

橡胶是一种有机高分子材料，具有高的弹性，优良的伸缩性能和储蓄能量的能力，成为常用的密封、抗振、减振及传动材料。橡胶还有良好的耐磨性、隔音性和阻尼特性。未硫化橡胶还能与某些树脂掺和改性与其他材料（如金属、纤维、石棉、塑料等）结合而成为兼有两者特点的复合材料。

橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两类。

1天然橡胶

天然橡胶属于天然树脂，是从橡胶树的浆汁中制取的，主要成分是聚异戊二烯。天然橡胶的抗拉强度与回弹性比多数合成橡胶好，但耐热老化性和耐大气老化性较差，不耐臭氧，不耐油和有机溶剂，易燃烧。它一般用作轮胎，电线电缆的绝缘护套等。

2合成橡胶

合成橡胶是将石油或乙醇、乙炔、天燃气体或其他产物经过加工、提炼而获得，并具有类似橡胶性质的合成产物。这种材料可以用来代替天然橡胶。常用的合成橡胶有丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶等。

复合材料

复合材料

复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料组合而成，二者保留了各自的优点，得到单一材料无法比拟的综合性能，是新型的工程材料。

各种材料都可以相互复合。非金属材料之间可以复合，非金属与金属材料可以复合，不同的金属材料之间也可做成复合材料。

1复合材料的特性

（１）比强度大

比强度是材料强度和密度的比值，是从减轻重量的观点选择材料的指标。如碳纤维与环氧树脂组成的复合的材料，比强度是钢的7倍，通常可减轻结构件重量的15%～30%。

（２）化学稳定性好

选用耐蚀性良好的树脂为基体，用高强度纤维做增强材料，能耐酸、碱及油脂等的侵蚀。

（３）减摩耐磨、自润滑性好

选用适当的塑料与钢板制成的复合材料，可作为轴承材料。由于钢板的增强作用，塑料轴承的耐磨性、尺寸稳定性以及承载能力都能显著提高。用石棉之类的材料与塑料复合，可以得到摩擦因数大、制动效果好的摩阻材料。

（４）其他特殊性能

如隔热性、烧蚀性，以及特殊的电、光、磁等性能。

胶粘剂

胶粘剂

胶粘剂又称粘接剂，它是能把相同或不同的材料牢固地粘合在一起的物质。

它以富有粘性的物质为基础，加入了各种添加剂。

1胶粘剂的特点

胶接与螺栓连接、铆接、焊接相比具有如下特点：胶接处应力分布较均匀；重量轻，可胶接各种材料；胶接处表面光滑、平整，胶缝具有绝缘、密封、耐腐蚀等性能。

2胶粘剂的分类及用途

胶粘剂可分为天然的和合成的两大类。天然胶粘剂使用范围较窄，已不能适应发展的需要。随着高分子化学工业的发展，合成出一系列新型的性能良好的胶粘剂。常用的合成胶粘剂有环氧胶粘剂（即万能胶），广泛用于船舶、机械、电子仪表、化工、宇航工业等；聚氨酯胶粘剂（俗称乌利当），主要用于液氮和液氢容器等低温设备的胶接；特种胶粘剂，主要用于宇航、电子工业中具有特殊性能要求的零部件的胶接。

陶瓷

陶瓷

陶瓷是无机非金属固体材料，一般可分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类。

传统陶瓷是粘土、长石和石英等天然原料，经粉碎、成型和烧结制成，主要用于日用品、建筑、卫生以及工业上的低压和高压电瓷、耐酸、过滤制品。

特种陶瓷是以各种人工化合物（如氧化物、氮化物等）制成的陶瓷，常