4.4塑料和橡胶,塑料和橡胶是以高分子聚合物为根底添加各种助剂而成的混合物体系，在常温下有固定的形状和强度，在高温下具有可塑性的高分子材料塑料和橡胶的区别是塑料在常温下处于玻璃态，强度较高；橡胶在常温下处于高弹态，弹性较大塑料,根据塑料的用途，可以分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三大类大多数塑料都能在加热时反复地塑化，称之为热塑性塑料另外有一些塑料，它们只能在第一次加工时塑化，做成固定的形状以后再把它加热，形状不再发生变化，这类塑料称为热固性塑料热固性塑料由于其内部高分子的交联结构使本身的机械强度和耐热性都较热塑性塑料好4.4.1高聚物的力学性能,高聚物的模量和强度,与金属材料相比，高聚物的模量和强度要低得多，其最大可能的断裂伸长率又比金属高得多高聚物的弹性模量范围为7～35GPa，金属材料的模量范围为48～410GPa；高聚物的最大强度为240MPa，而金属材料中某些合金的强度可达3000MPa；高弹态高聚物的断裂伸长率可到达1000％，而金属塑性变形中最大的断裂伸长率不超过100％粘弹性,理想的弹性固体材料受力时产生的弹性变形与时间无关即变形与外力是同步的而塑料受力时产生的弹性变形流变是随时间而开展的。
表现为：蠕变和应力松驰,蠕变,是在恒定应力作用下变形随时间而增加的现象例如架空的聚氯乙烯电线套管的缓慢变弯,应力松驰,是高聚物产生一定形变后，在保持变形量不变条件下，应力随时间开展而逐渐衰减的现象例如，连接管道的法兰盘的密封垫片(硬橡胶制品)经一定时间后，由于应力松驰而产生泄漏对线型分子链经足够长时间后，应力可降为零力学损耗,轮胎在高速行使相当长时间后，立即检查内层温度，为什么到达烫手的程度？,高聚物受到交变力作用时会产生滞后现象，上一次受到外力后发生形变在外力去除后还来不及恢复，下一次应力又施加了，以致总有局部弹性储能没有释放出来这样不断循环，那些未释放的弹性储能都被消耗在体系的自摩擦上，并转化成热量放出这种由于力学滞后而使机械功转换成热的现象，称为力学损耗或内耗以应力～应变关系作图时，所得的曲线在施加几次交变应力后就封闭成环，称为滞后环或滞后圈，此圈越大，力学损耗越大,回缩曲线,拉伸曲线,高聚物的屈服,1.,高聚物屈服点的特征,大多数高聚物有屈服现象，最明显的屈服现,象是拉伸中出现的细颈现象它是独特的力,学行为并不是所有的高聚物材料都表现出,屈服过程，这是由于温度和时间对高聚物的,性能的影响往往掩盖了屈服行为的普遍性，,有的高聚物出现细颈和冷拉，而有的高聚物,脆性易断。
1),屈服应变大：高聚物的屈服应变比,金属大得多，金属,0.01,左右，高聚物,0.2,左右（例如,PMMA,的切变屈服为,0.25,，压缩屈服为,0.13,）,(2),屈服过程有应变软化现象：许多高,聚物在过屈服点后均有一个应力不太,大的下降，叫应变软化，这时应变增,大，应力反而下降3),屈服应力依赖应变速率：应变速率增大，屈服应力增大应变速率对PMMA真应力应变曲线的影响,应变速率增大,1,2,3,4,1——0.2吋分,真应变,4——1.28吋/分,3——1.13吋/分,2——0.8吋/分,真应力,(4),屈服应力依赖于温度：温度升高，屈服应力下降在温度到达 时，屈服应力等于,0,温度对醋酸纤维素应力～应变曲线的影响,应力,应变,80℃,65℃,50℃,25℃,0℃,－25℃,高聚物的冲击韧性,各类高聚物的冲击韧性相差很大未改性的聚苯乙烯，有机玻璃等脆性高聚物的冲击韧性大都小于0. 25J/cm,2,，聚碳酸酯等韧性高聚物的值大于0.8J/cm,2,提高冲击韧性有两条途径一是将高聚物和增强纤维复合，提高强度二是将塑料和橡胶共混，增加断裂伸展率两种方法都可以使材料在受冲击载荷时汲取更多的能量。
经过改性的高聚物其冲击韧性可达8 J/cm2聚乙烯（PE）,聚乙烯是开展最为迅速，产量最大的一种塑料品种按照聚合反响的压力，可分为高压法和低压法高压法制成的聚乙烯由于产品的密度较小，仅0.910g/cm3－0.925g/m3，因此被称为低密度聚乙烯（LDPE）用低压法生产的聚乙烯密度高，达0.941g/cm3～0.965g/cm3，故称为高密度聚乙烯（HDPE）HDPE是不透明的白色粉末，力学性能是所有PE产品中最好的熔点也高于LDPE聚乙烯（PE）用途,PE是制备包装材料的重要原料，可以做成中空容器、食品周转箱，也可以做成各种日用杂品PE还能纺成纤维，制作渔网或绳索，将PE纤维做成絮片，可以代替棉花作保暖材料利用PE优良的电绝缘性，经交联处理的LDPE已大量用于制作电缆的绝缘层PE还是电视、雷达等高频电器的绝缘材料，并能用于海底电缆的绝缘聚氯乙烯树脂（PVC） Polyvinyl Chloride,,它是世界上产量最大的塑料产品之一，价格廉价，应用广泛，聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末根据不同的用途可以参加不同的添加剂，聚氯乙烯塑料可呈现不同的物理性能和力学性能在聚氯乙烯树脂中参加适量的增塑剂，可制成多种硬质、软质和透明制品。
纯的聚氯乙烯的密度为1.4g/cm3,参加了 增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度一般为1.15-2.00g/cm3硬聚氯乙烯有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击能力，可单独用做结构材料 软聚氯乙烯的柔软性、断裂伸长率、耐寒性会增加，但脆性、硬度、拉伸强度会降低PVC性能及用途,作为硬塑料，PVC可以用于制造在常温下使用的不耐压的容器、管材或板材，如化工厂的输液管道、管配件、贮槽和输液泵的泵体材料聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可作低频绝缘材料，其化学稳定性也好PVC的板材在建筑上有很多的应用在PVC中混入大量的碳酸钙做成钙塑料，可以提高塑料的硬度，降低本钱，用于代替钢铁或木材，制作塑料门窗、楼梯扶手、地板、天花板和电线套管等将PVC轻度发泡，可以制成塑料地毯和塑料墙纸等PVC树脂非常透明，气密性又好，适于制作包装瓶，用于饮料、药品和化装品的外包装PVC软塑料主要用于制作薄膜或日用品如雨衣、桌布、窗帘、浴帘等，而且是制备农用薄膜的重要原料PVC的染色性非常好，制得的产品鲜艳、美观，深受人们的喜爱，常用来制造玩具、凉鞋和人造革等PVC塑料缺点,主要是耐温性差，通常的使用温度为一15℃～60℃在60℃以上就会变形。
PVC很容易老化，使制品颜色变深，质地变脆PVC塑料最致命的缺点是在高温或燃烧时会分解，放出能使人窒息的氯化氢气体，不仅污染环境，甚至造成对生命的威胁因此没有阻燃性的PVC的使用，特别是在建材中的应用已经受到限制ABS树脂,（,Acrylonitrile-Butadiene-Styrene,）,ABS的名称是来自丙烯睛（Acrylonitrile）、丁二烯（Butadiene）和苯乙烯（Styrene）三种单体的第一个字母是一种以苯乙烯树脂为基料、通过三种单体共聚或共混制备而成的高强度树脂这种树脂综合了三种组分的优点，因此，ABS树脂的综合性能非常优异抗冲击性好，硬度高，,绝缘性和化学稳定性都好，,ABS树脂在家电和汽车工业中得到广泛的应用，如电视机、洗衣机、 等家用电器及仪器仪表的外壳，冰箱及其他冷冻设备的内胆，汽车仪表板及其他车用零件，齿轮、泵的叶轮、塑料管道等目前多数的塑料外壳笔记本电脑都是采用ABS工程塑料做原料的尼龙（聚酰胺）Polyamide,聚酰胺俗称尼龙（Nylon是最有用的、产量最大的工程塑料它的性能良好，尤其是经过玻璃纤维增强后，强度更佳，应用更广尼龙塑料有很好的耐磨性、韧性和抗冲击强度。
主要用作具有自润滑作用的齿轮和轴承尼龙中的主要品种是尼龙6和尼龙66，占绝对主导地位，,尼龙的改性品种数量繁多，如增强尼龙，单体浇铸尼龙（MC尼龙），尼龙与其他聚合物共混物和合金等，满足不同特殊要求，广泛用作金属，木材等传统材料代用品，作为各种结构材料尼龙具有很高的机械强度，软化点高，耐热，磨擦系数低，耐磨损，自润滑性，吸震性和消音性，耐油，耐弱酸，耐碱和一般溶剂，电绝缘性好，有自熄性，无毒，无臭，耐候性好缺点是染色性差，吸水性大，影响尺寸稳定性和电性能，纤维增强可降低树脂吸水率，使其能在高温、高湿下工作尼龙与玻璃纤维亲合性十分良好由于聚酰胺具有无毒、质轻、优良的机械强度、耐磨性及较好的耐腐蚀性，因此广泛应用于代替铜等金属在机械、化工、仪表、汽车等工业中制造轴承、齿轮、泵叶及其他零件常用于制作梳子、牙刷、衣钩、扇骨、网袋绳、水果外包装袋等等无毒性，但不可长期与酸碱接触聚酰胺熔融纺成丝后有很高的强度，主要做合成纤维并可作为医用缝线,降落伞、飞机轮胎帘子布、 服等 工产品和丝袜、衣着,地毯，渔网等民用产品，是三大合成纤维之一聚碳酸酯（PC） Polycarbonate,PC是一种韧而刚性的塑料，强度高，尺寸稳定性高，特别适于制备精密仪器中的齿轮、照相机零件。
医疗器械的零部件PC的耐冲击性能也很好，可制造银行的平安玻璃和警察的防暴盾牌，也可用作电开工具的外壳PC还具有良好的电绝缘性，是制备电容器的优良材料PC的耐温性好，可反复消毒，近年来被大量用于制备婴儿奶瓶、饮水杯（又称“太空杯”）和净水桶（用于盛装“太空水”）等中空容器PC的透光性好，可用于制备飞机风档，透明仪表板同时，也是制备CD光盘的原料日常常见的应用有光碟，眼睛片，水瓶，防弹玻璃，护目镜、银行防子弹之玻璃、车头灯等等,防弹玻璃,防弹玻璃是由两片以上玻璃（无机或有机玻璃）中间层用PVB胶片在一定温度、一定压力下胶合而成，在武器射程范围内能阻止子弹穿透，对于人体和财产提供防护的多层玻璃组合体，具有防弹、防爆、防盗的功能，,PVB--聚乙烯醇缩丁醛树脂,Polyvinyl butyral resin,.聚四氟乙烯（PTFE）,Polytetrafluorothylene,,聚四氟乙烯有有非常优良的耐上下温性能，能在-260℃到250℃的温度下长期使用化学性稳定由于它在王水中也不会溶解，被誉为“塑料王”聚四氟乙烯的上述特性在工业上被用于制备化工设备和管道的耐腐蚀内衬聚四氟乙烯有很低的磨擦系数，是优良的减磨材料。
在工业上，可用作转动部件的密封件在民用上被用于制备不粘锅的涂料聚四氟乙烯（PTFE）,聚四氟乙烯的介电常数高，能耐很高的电压，可以用于制造高频微波设备中的绝缘材料聚四氟乙烯也有缺乏之处，除了加工困难，原料资源少、价格高外，它的强度和硬度都较差，而且有较大的冷流性在加压下，它一直会慢慢地变形大家所熟悉的作为管道密封材料的生料带就是利用了聚四氟乙烯的冷流性橡胶的分类,按原料来源:天然橡胶,合成橡胶,按用途:通用橡胶,特种橡胶,橡胶制品的组成,橡胶=生胶+配料,生胶:天然橡胶、合成橡胶,配料：,硫化剂--通过化学反响，使橡胶分子形成立体网状结构，变塑性生胶为弹性橡胶的过程称为硫化处理能起硫化作用的物质称为硫化剂常见的硫化剂有硫磺、含硫化合物、硒过氧化物等补强填充剂--,为了提高橡胶的机械性能，改善其加工工艺性能，降低本钱，常参加填充剂，如：碳黑、陶土、碳酸钙、硅酸钙、硫酸钡、氧化硅、滑石粉等此外，还可参加防老化剂、增塑剂、着色剂、软化剂等，制作橡胶制品时，还常用天然纤维（如棉、麻、毛、石棉纤维等）、人造纤维、金属纤维、及其织物制成骨架，以防止变形和提高机械强度天然橡胶,从天然产胶植物中制取的橡胶。
分子式是（C5H8）n，其成分中91％～94％是橡胶烃（聚异戊二烯），其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质天然橡胶是应用最广的通用橡胶从橡胶树上采集的乳胶，经过稀释后加酸凝固、洗涤，然后压片、枯燥、打包，即制得市售的天然橡胶天然橡胶的主要特点,①具有较高的粘度，在存放过程中增硬，低温存放时容易结晶，在－70℃左右时变成脆性物质②无一定熔点，加热到130～140℃完全软化，200℃左右开始分解③具有高弹性，弹性模量约为3～6MPa，弹性伸长率可达1000％④加工性能好，易于同填料及配合剂混合，而且可与多数合成橡胶并用⑤耐油、耐溶剂性差⑥化学活性高，易于交联和氧化，耐老化性差天然橡胶主要应用于轮胎、胶带、胶管，电线电缆和多数橡胶制品，是应用最广的橡胶目前，全球天然橡胶年消费量约800万吨左右，其中70%的消费用于汽车轮胎的生产常用合成橡胶简介,,丁苯,橡胶是1,3-丁二烯和,苯乙烯,经,共聚,制得的弹性体性能特点——其黏合性﹑弹性和形变发热量均不如,天然橡胶,，但耐磨性﹑耐自然老化性﹑耐水性﹑气密性等却优于天然橡胶，因此是一种综合性能较好的橡胶丁苯橡胶是橡胶工业的骨干产品，它是合成橡胶第一大品种，综合性能良好，价格低，在多数场合可代替天然橡胶使用，可代替天然橡胶或与天然橡胶混合后使用。
主要用途——制造轮胎、胶带、胶管、,胶鞋,、电线电缆,,2. 顺丁橡胶,由,丁二烯,聚合制 得的结构规整的,合成橡胶,性能特点——其弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶，其缺点是强度较低，加工性能差，抗撕裂性差主要用途,——主要用于制造轮胎，也可制作胶带、弹簧、减震器、耐热胶管、电绝缘制品及鞋底等3.,氯丁橡胶,性能特点——机械性能与天然橡胶相似，耐油性、耐磨性、耐热性、耐燃烧性、耐溶剂性和耐老化性均优于天然橡胶，有“万能橡胶”之称其缺点是耐寒性较差，本钱较高主要用途——电线、电缆包皮，胶管，输送带等4.丁腈橡胶,由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶性能特点——以优异的耐油性著称，其耐磨性、耐热性、耐蚀性、耐老化性优于天然橡胶，和一般通用橡胶，且具有良好的耐水性其缺点是耐寒性、电绝缘性、耐酸性较差主要用途,各种耐油制品，如油箱、耐油胶管、密封垫圈、耐油运输带、印刷胶辊及耐油减振器等5.硅橡胶,分子结构,,性能特点——具有高柔性和高稳定性，高耐热性、耐寒性、耐老化性和电绝缘性缺点是强度和耐磨性差，耐酸碱性差，且价格较贵主要用途——飞机和宇航中的密封件、薄膜、胶管等，也可用于耐高温的电线、电缆。
〔 Si-O-Si-O-Si-O,,〕,n,R R R,R R R,4.5陶瓷,无机非金属材料,1.1 陶瓷材料的概念,传统意义上的陶瓷是指陶器和瓷器，它包括玻璃、水泥、耐火材料、砖瓦、搪瓷等人造非金属材料，现今“陶瓷材料”实际上已成为各种无机非金属材料的通称1 陶瓷材料概述,（1）按化学成分,氧化物陶瓷,碳化物陶瓷,氮化物陶瓷,硼化物陶瓷等,（2）按性能和用途,结构（工程）陶瓷,功能陶瓷,生物陶瓷,1.2 陶瓷材料的分类,陶瓷材料的组织包括:,晶体相、玻璃相和气孔晶体相——是陶瓷的主要组成相，它的结构、数量、形态和分布决定着陶瓷的主要性能2 陶瓷材料的组织与结构,②降低烧成温度，加快烧结过程；,③阻止晶体转变，抑制晶体长大；,④获得一定程度的玻璃特性，如透光性等玻璃相——是陶瓷材料在烧结过程中形成的一种非晶态固相主要作用是：,①将晶体粘接起来，填充晶体相之间的空隙，提高材料的致密度；,气相——是指陶瓷组织内部残留下来的孔洞除多孔陶瓷外，气孔的存在都是不利的，它降低陶瓷的强度，往往是造成裂纹的根源1）高硬度，高的耐磨性；,（2）耐热性；,（3）耐蚀性。
3 陶瓷材料的根本性能,几种常用材料的性能比较,3 陶瓷材料的根本性能,1.氧化铝陶瓷,性能特点：高温强度高，抗热震性好，高温蠕变小，耐磨，耐腐蚀应用举例：,燃气轮机部件——电热塞、增压器转子,刀具、耐磨材料——轴承、砂磨机磨球,4 常用陶瓷材料简介,牌号,添加物,比重,硬度（ HRA ）,抗弯强度,AM,MgO,>3.95,>92,466,AMF,MgO、Fe,>4.05,>92,515,AT8,TiC,4.5,94,559,~,637,氧化铝陶瓷刀具的牌号和性能,氧化铝陶瓷刀具的切削温度可达1000℃，主要适用于淬火钢、冷硬铸铁等难切削材料的加工2.氮化硅（Si,3,N,4,）陶瓷,性能特点：高温强度高，抗热震性好，高温蠕变小，耐磨，耐腐蚀,应用举例：,燃气轮机部件——电热塞、增压器转子,刀具耐磨材料——轴承、砂磨机磨球,,,性能特点：高硬度、高强度、高耐磨性；高绝缘、高热导、耐腐蚀用途举例：,石油工业：喷嘴、轴承、密封件；,钢铁加工：轧钢用导轮、拉丝模具3.碳化硅（SiC）陶瓷,六方氮化硼结构与石墨相似，性能也比较接近，故又称“白石墨”，其具有良好的耐热导热性（导热性与不锈钢类似）和高温介电强度，是理想的散热和高温绝缘材料；,立方氮化硼为立方结构，结构紧密，其硬度与 石接近，是优良的耐磨材料，常用于制作刀具。
4.氮化硼（BN）陶瓷,4.6复合材料,1.1 复合材料的定义,复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料经一定的方法组合起来的一种多相固体材料1 复合材料概述,按基体相分,树脂基复合材料,金属基复合材料,陶瓷基复合材料,碳基复合材料,1.2 复合材料的分类,按增强相分,纤维增强复合材料,颗粒增强复合材料,层状复合材料,填充骨架型复合材料,(1) 比强度比模量高,(2) 耐疲劳性能好,(3) 高温性能好,(4) 减摩、耐磨、减振性能好,(5) 耐腐蚀,3 复合材料的性能特点,钢管,陶瓷层,4.1 树脂基复合材料,4.2 金属基复合材料,4.3 陶瓷基复合材料,4.4 碳基复合材料,4 常用复合材料简介,（1）热固性玻璃钢,概念——热固性玻璃钢是热固性树脂为粘结剂的玻璃纤维增强复合材料其中含有60,~,70%的玻璃纤维和30,~,40%的基体材料优点——密度小、强度高，比强度，耐磨性、绝缘性和绝热性好，吸水性低，易于加工成型缺点——弹性模量低，耐热温度低，易老化4.1 树脂基复合材料,概念——热塑性玻璃钢是热塑性树脂为粘结剂的玻璃纤维增强复合材料其中含有20,~,40% 的玻璃纤维和60,~,80% 的基体材料。
优点——是具有高强度高冲击韧性，良好的低温性能及低热膨胀系数缺点——强度不如热固性玻璃钢高2）热塑性玻璃钢,常用热塑性玻璃钢的性能特点及应用,,材料,,,,密度,10,3,kg.m,-3,,,σ,b,Mpa,,,特性与用途,,,尼龙66,玻璃钢,,1.37,,182,,,刚度、强度减摩性好用作轴承、轴承架、齿轮等精密件，电工件，汽车仪表，前后灯等ABS,玻璃钢,,1.28,,101,,,化工装置、管道、容器,,,聚苯乙烯,玻璃钢,,1.28,,95,,,汽车内装饰、收音机机壳、空调叶片等,,,聚碳酸酯,玻璃钢,,1.43,,130,,,耐磨、绝缘仪表等,,4.1 树脂基复合材料,概念——金属基复合材料主要是指以金属及其合金为基体，以一种或几种其它金属或非金属为增强材料的复合材料4.2 金属基复合材料,纤维增强,,,颗粒增强,,晶须增强,：,,叠层增强,：,金属基,复合材料,碳纤维,硼纤维,碳化硅纤维,氧化铝纤维,碳与石墨纤维,氧化物,碳化物,陶瓷/金属,金属/陶瓷/金属,陶瓷/金属/陶瓷,碳化硅、氮化硅、碳化硼,4.2 金属基复合材料,（1）颗粒和晶须增强金属基复合材料 ——这类材料多以铝、镁、钛合金为基体，以碳化硅、碳化硼、氧化铝颗粒或晶须为增强相。
典型的代表有SAP、SiC,P,/Al、Td-Ni复合材料4.2 金属基复合材料,（3）叠层金属基复合材料,① 陶瓷内衬复合钢管,陶瓷内衬复合管是一种耐磨损、耐高温、耐腐蚀的高性能叠层复合管道材料其外层通常是一般碳素结构钢、不锈钢或铸铁，内层是氧化铝陶瓷主要用途：,耐高温管道：铝液输送、煤粉喷枪；,耐磨损管道：输送砂浆、泥浆、煤浆等；,耐腐蚀管道：输送碱类、盐类腐蚀性流体② 陶瓷复合装甲材料,氧化铝、氧化锆,,装甲钢,装甲钢,T-80坦克的装甲其车体及炮塔正面为多层复合装甲车体首上装甲的前两层为钢装甲板，间层以增强玻璃纤维为主体，内层为钢装甲，最里层为含铅泡沫意料层，除了有防崩薄作用外，还有防γ割线辐射的作用谢谢观看,/,欢送下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH,。