1H411012常用非金屬材料的類型及應用

1、第一章1H411010機電工程常用材料第一節(jié)1H411012常用非金屬材料的類型及應用一、硅酸鹽材料的類型及應用以天然礦物或人工合成的各種硅酸鹽化合物為基本原料，經(jīng)粉碎、配料、成型和高溫燒結(jié)等工序制成的無機非金屬固體材料， 包括水泥、保溫棉、砌筑材料和陶瓷等。（一）水泥以適當成分的生料燒至部分溶融，獲得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料， 加入適量石膏，磨細制的水硬性膠凝村料。加水攪拌后成漿體，能在空氣中硬化或者 在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起，廣泛應用在建設工程中。（二）保溫棉1 .常用的保溫棉分類。保溫棉是由高純度的黏土熟料、氧化鋁粉、硅石粉、銘英 砂等原料制成的無毒、無害

2、、無污染的新型保溫材料。常用的保溫棉有膨脹珍珠巖類、 離心玻璃棉類、超細玻璃棉類、微孔硅酸殼、礦棉類、巖棉類等。2 .保溫棉應用。可進一步加工成纖維毯、板、紙、布、繩等制品，可廣泛應用于 工業(yè)窯爐、鍋爐內(nèi)襯、背襯隔熱耐火保溫；蒸汽機、燃氣機等熱工設備的隔熱保溫； 高溫管道柔性隔熱材料、高溫墊片；熱反應器的保溫隔熱；各種工業(yè)設備的防火；電 器元件隔熱防火；焚燒設備的隔熱保溫；模塊、折疊塊及貼面塊的原料等。（三）砌筑材料1 .砌筑材料性能。砌筑材料種類很多，有各種類型的耐火磚和耐火材料，要求具 有很好的耐高溫性能、一定的高溫力學性能、良好的體積穩(wěn)定性、抗各種侵蝕性的熔 渣及氣體的性能等。2 .砌筑

3、材料分類。按礦物組成分為氧化硅質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、白云石質(zhì)、橄欖 石質(zhì)、含碳質(zhì)、含結(jié)質(zhì)耐火材料等。例如，鎂質(zhì)耐火材料是以鎂石作為原料，以方鎂 石為主要礦物組成，方鎂石含量在 80%85%以上的耐火材料，屬于堿性耐火材料， 抵抗堿性物質(zhì)的侵蝕能力較好，耐火度很高，是煉鋼堿性轉(zhuǎn)爐、電爐、化鐵爐以及許 多有色金屬火法冶煉爐中使用最廣泛的一類重要耐火材料。3 .砌筑材料應用。廣泛用于鋼鐵、有色金屬、石化、建材、電力等行業(yè)的高溫爐窯或高溫容器等熱工設備的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，也可作為高溫裝置中的部件材料等。本書 1H413091爐窯及砌筑材料的分類與性能一條中有詳細描述。(四)陶瓷1 .陶瓷的特性陶瓷是以黏土等硅酸

4、鹽類礦物為原料， 經(jīng)粉末處理、成型、燒結(jié)等過程加工而成， 具有堅硬、不燃、不生銹，能承受光照、壓力等優(yōu)良性能。陶瓷的硬度很高，但脆性 很大。2 .陶瓷的分類(1)按照原料來源可分為普通陶瓷和特種陶瓷。普通陶瓷是以天然硅酸鹽礦物 為主要原料，如黏土、石英、長石等，其主要制品有建筑陶瓷、電氣絕緣陶瓷、化工 陶瓷、多孔陶瓷等；特種陶瓷是以純度較高的人工合成化合物為主要原料的人工合成 化合物，如氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等。(2)按照陶瓷材料的性能和用途不同，可分為結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷。3 .陶瓷的主要用途(1)陶瓷制品。用于防腐蝕工程，如管件、閥門、管材、泵用零件、軸承等。 例如，

5、氮化硅陶瓷主要用于耐磨、耐高溫、耐腐蝕、形狀復雜且尺寸精度高的制品， 如石油化工泵的密封環(huán)、高溫軸承、燃氣輪機葉片等。(2)結(jié)構(gòu)陶瓷。用于切削工具、模具、耐磨零件、泵和閥部件、發(fā)動機部件、 熱交換器等。(3)功能陶瓷。用于能源開發(fā)、空間技術、電子技術、生物技術、環(huán)境科學等 領域，如絕緣陶瓷、敏感陶瓷、介電陶瓷、超導陶瓷、紅外輻射陶瓷、發(fā)光陶瓷、透 明陶瓷、生物與抗菌陶瓷、隔熱陶瓷等。(五)特種新型的無機非金屬材料1 .普通傳統(tǒng)的非金屬材料以硅酸鹽為主要成分的材料，并包括一些生產(chǎn)工藝相近的非硅酸鹽材料。主要有 碳化硅、氧化鋁陶瓷，硼酸鹽、硫化物玻璃，鎂質(zhì)、銘鎂質(zhì)耐火材料和碳素材料等。1H4110

6、10機電工程常用材料 這一類材料生產(chǎn)歷史較長，產(chǎn)量較大，用途也較廣。2 .特種新型的無機非金屬材料主要指用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各種無機非金 屬化合物經(jīng)特殊的先進工藝制成的材料。它是 20世紀以后發(fā)展起來的，具有特殊性 質(zhì)和用途的材料。二、高分子材料的類型及應用（一）塑料塑料是以合成的或天然的樹脂作為主要成分， 添加一些輔助材料（如填料、固化 劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、防老化劑等），在一定溫度、壓力下塑制成型。按照成型工藝 不同，分為熱塑性塑料、熱固性塑料。1 .熱塑性塑料熱塑性材料是以熱塑性樹脂為主體成分，加工塑化成型后具有鏈狀的線狀分子結(jié) 構(gòu)，受熱后又軟化，可以反復塑

7、制成型，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。 優(yōu)點是加工成型簡便，具有較好的機械性能，缺點是耐熱性和剛性比較差。例如，薄 膜、軟管和塑料瓶等常采用低密度聚乙烯制作；煤氣管采用中、高密度聚乙烯制作； 水管采用聚氯乙烯制作；熱水管目前常用耐熱性高的氯化聚氯乙烯或聚丁烯制造；泡沫塑料熱導率極低，相對密度小，特別適于用作屋頂和外墻隔熱保溫材料， 在冷庫中 用得更多。2 .熱固性塑料熱固性塑料是以熱固性樹脂為主體成分，加工固化成型后具有網(wǎng)狀體型的結(jié)構(gòu)， 受熱后不再軟化，強熱下發(fā)生分解破壞，不可以反復成型。優(yōu)點是耐熱性高，受壓不 宜變形等，缺點是機械性能不好，但可加入填料來提高強度。這類塑料如酚醛塑料

8、、 環(huán)氧塑料等。例如，環(huán)氧塑料可用來制作塑料模具、精密量具、電子儀表裝置，配制 飛機漆、電器絕緣漆等。3 .塑料制品：聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯等，用于建筑管道、電線導管、化工耐腐蝕零件及熱交換器等。（二）橡膠1 .橡膠是具有高彈性的高分子材料，它是由生膠、配合劑、增強劑組成，按材料來源不同分為天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠彈性最好，具有強度大、電絕緣性好、 不透水的特點，也有較好的耐堿性能，但不耐濃酸，能溶于苯、汽油等溶劑。2 .橡膠制品有天然橡膠、氯化橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、 丁酯橡膠等，用于密封件、襯板、襯里等。例如，天然橡膠廣泛用于制造膠帶、膠管 和減振零件等。（三

9、）纖維纖維是具有很大長徑比和一定柔韌性的纖細物質(zhì)。按原材料及生產(chǎn)過程不同，可 分為天然纖維、人造纖維與合成纖維。1 .天然纖維有棉花、麻、羊毛、蠶絲等。2 .人造纖維是利用自然界中的木料、產(chǎn)葦、棉絨等原料經(jīng)過制漿提取纖維素，再 經(jīng)過化學處理及機械加工而成的。3 .合成纖維是利用石油、煤炭、天然氣等原料生產(chǎn)制造的纖維制品。常用的合成 纖維（六大綸）有聚酯纖維（滌綸）、聚酰胺纖維（錦綸）、聚丙烯月青纖維（月青綸）、 聚乙烯醇纖維（維綸）、聚丙烯纖維（丙綸）和聚氯乙烯纖維（氯綸）等。例如，滌 綸常用做工業(yè)上的運輸帶、傳動帶、帆布、繩索等。（四）涂料涂料是一種涂覆于固體物質(zhì)表面并形成連續(xù)性薄膜的液態(tài)或

10、粉末狀態(tài)的物質(zhì)。1 .涂料的主要功能是：保護被涂覆物體免受各種作用而發(fā)生表面的破壞；具有裝 飾效果，并能防火、防靜電、防輻射。例如，涂塑鋼管具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和比較 小的摩擦阻力。環(huán)氧樹脂涂塑鋼管適用于給水排水及海水、溫水、油、氣體等介質(zhì)的 輸送，聚氯乙烯（PVC）涂塑鋼管適用于排水及海水、油、氣體等介質(zhì)的輸送。根據(jù) 需要，可在鋼管的內(nèi)外表面涂塑或僅涂敷外表面。2 .油漆廣泛用于設備管道工程中的防銹保護。例如，清漆、冷固環(huán)氧樹脂漆、環(huán) 氧味喃樹脂漆、酚醛樹脂漆等。（五）膠粘劑1 .用來將其他材料粘接在一起的材料。通過粘附作用，使同質(zhì)或異質(zhì)材料連接在 一起。按照膠粘劑的基料類型分為天然膠粘劑和

11、合成膠粘劑。2 .常用的膠粘劑如環(huán)氧樹脂膠粘劑、酚醛樹脂膠粘劑、丙烯酸酯類膠粘劑、橡膠膠粘劑、聚酯酸乙烯膠粘劑等。例如，環(huán)氧樹脂膠粘劑俗稱“萬能膠”，具有很強的粘結(jié)力，對金屬、木材、玻璃、陶瓷、橡膠、塑料、皮革等都有良好的粘結(jié)能力；酚 醛樹脂膠粘劑廣泛用于汽車部件、飛機部件、機器部件等結(jié)構(gòu)件的粘接。三、非金屬材料應用（一）非金屬板材的應用非金屬板材一般有酚醛復合板材、聚氨酯復合板材、玻璃纖維復合板材、無機玻 璃鋼板材、硬聚氯乙烯板材等。1 .酚醛復合板材適用制作低、中壓空調(diào)系統(tǒng)及潮濕環(huán)境的風管，但對高壓及潔凈空調(diào)、酸堿性環(huán)境和防排煙系統(tǒng)不適用。2 .聚氨酯復合板材適用制作低、中、高壓潔凈空調(diào)系

12、統(tǒng)及潮濕環(huán)境的風管，但對酸堿性環(huán)境和防排煙系統(tǒng)不適用。3 .玻璃纖維復合板材適用制作中壓以下的空調(diào)系統(tǒng)風管，但對潔凈空調(diào)、酸堿性環(huán)境和防排煙系統(tǒng)以及相對濕度 90%以上的系統(tǒng)不適用。4 .硬聚氯乙烯板材適用制作潔凈室含酸堿的排風系統(tǒng)風管。（二）非金屬管材的應用1 .非金屬管材可以分為兩大類：無機非金屬管材、有機及復合管材。2 .無機非金屬管材一般有混凝土管、自應力混凝土管、預應力混凝土管、鋼筋混凝土管。混凝土管常用于排水管；自應力混凝土管和預應力混凝土管常用于輸水管； 鋼筋混凝土管常用作排水管和井管。3 .有機及復合管材種類繁多，常用的有聚乙烯管（PE管）、交聯(lián)聚乙烯管（PE-X管）、聚丙烯管

13、（PP管）、硬聚氯乙烯管（PVC-U管）、氯化聚氯乙烯管（PVC-C管）、熱塑性塑料管、有機玻璃管、鋁塑復合管（PAP管）等。（1）聚乙烯塑料管：無毒，可用于輸送生活用水。常使用的低密度聚乙烯水管（簡稱塑料自來水管），這種管材的外徑與焊接鋼管基本一致。(2) ABS工程塑料管：耐腐蝕、耐溫及耐沖擊性能均優(yōu)于聚氯乙烯管，它由熱 塑性丙烯月青丁二烯苯乙烯三元共聚體粘料經(jīng)注射、擠壓成型加工制成，使用溫度為 -2070C,壓力等級分為B、C、D三級。例如，ABS工程塑料在機械、電氣、紡織、 汽車、飛機、輪船等制造及化工中得到廣泛應用，可用來制作機器零件、各種儀表的 外殼、設備襯里等。(3)聚丙烯管(PP管)：聚丙烯管材系聚丙烯樹脂經(jīng)擠出成型而得，其剛性、 強度、硬度和彈性等機械性能均高于聚乙烯，但其耐低溫性差、易老化，常用于流體 輸送。按壓力分為I、H、田型，具常溫下的工作壓力為：I型為 0.4MPa、II型為0.6MPa、m型為 0.8MPa。(4)硬聚氯乙烯管(PVC-U管)：硬聚氯乙烯排水管及管件用于建筑工程排水， 在耐化學性和耐熱性能滿足工藝要求的條件下，此種管材也可