【大學課件】非金屬材料

非金屬材料概述非金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中不可或缺的重要組成部分。它們種類繁多，性能各異，應用廣泛。本課程將深入探討塑料、橡膠、陶瓷、玻璃和復合材料等非金屬材料的特性、制造工藝和應用領域。塑料材料定義塑料是以合成或天然高分子化合物為主要成分的材料。特點質輕、耐腐蝕、絕緣性好、易加工成型。應用廣泛用于包裝、建筑、電子、汽車等行業(yè)。發(fā)展不斷研發(fā)新型塑料，提高性能和環(huán)保性。塑料的性能與分類主要性能機械性能：拉伸強度、彈性模量熱性能：熔點、玻璃化轉變溫度電性能：絕緣性、介電常數(shù)分類方法按分子結構：線型、支鏈型、交聯(lián)型按原料來源：合成塑料、天然塑料按加工性能：熱塑性、熱固性熱塑性塑料聚乙烯（PE）應用廣泛，用于包裝袋、管道等。聚丙烯（PP）耐熱性好，用于汽車部件、家電外殼。聚氯乙烯（PVC）耐腐蝕，用于管道、電線護套。聚苯乙烯（PS）透明度高，用于一次性餐具、包裝盒。熱固性塑料耐熱性強可在高溫環(huán)境下使用，不易變形。耐化學性好抗酸堿腐蝕能力強，適用于特殊環(huán)境。不可回收一旦成型固化，無法再熔融加工。橡膠材料1起源最早發(fā)現(xiàn)于南美洲亞馬遜熱帶雨林。2發(fā)展19世紀硫化技術發(fā)明，推動橡膠工業(yè)革命。3現(xiàn)狀天然橡膠和合成橡膠并存，應用領域不斷擴大。4未來研發(fā)新型環(huán)保橡膠材料，提高性能和可持續(xù)性。橡膠的性能與分類彈性具有優(yōu)異的彈性變形能力。耐磨性抗摩擦磨損能力強。密封性良好的氣密性和水密性。減震性能有效吸收振動和沖擊。天然橡膠1原料三葉橡膠樹的乳液2主要成分順式-1,4-聚異戊二烯3優(yōu)點彈性好、抗撕裂性強4缺點耐油性差、耐老化性能不佳5應用輪胎、膠管、減震器等合成橡膠1丁苯橡膠（SBR）用于輪胎、鞋底2丁腈橡膠（NBR）耐油性好，用于油封3氯丁橡膠（CR）耐候性強，用于傳動帶4硅橡膠（Q）耐高低溫，用于密封件陶瓷材料8000年歷史陶瓷制作可追溯至新石器時代。1000℃以上高溫燒結是陶瓷成型的關鍵工藝。10GPa某些先進陶瓷的彈性模量可達此數(shù)值。陶瓷的特征與性能1耐高溫熔點高，可在高溫環(huán)境下使用。2硬度高莫氏硬度可達7-9，耐磨性好。3化學穩(wěn)定性耐腐蝕，不易與酸堿反應。4脆性抗沖擊能力差，易碎裂。陶瓷的分類傳統(tǒng)陶瓷以天然原料為主，如瓷器、磚瓦主要用于日用品、建筑材料特種陶瓷以人工合成原料為主，如氧化鋁、氮化硅用于電子、航空航天等高科技領域陶瓷材料的制造1原料準備粉碎、混合、過篩2成型注漿、壓制、擠出等3干燥去除成型體中的水分4燒結高溫固化，形成致密結構5后處理研磨、上釉等表面處理玻璃材料定義非晶態(tài)固體，主要由二氧化硅構成。特點透明、硬度適中、化學穩(wěn)定性好。用途建筑、光學、電子、藝術等領域。發(fā)展趨勢功能化、智能化、環(huán)?；２ＡУ男阅芘c分類普通玻璃鈉鈣玻璃，用于窗戶、器皿光學玻璃高透光性，用于鏡片、棱鏡硼硅酸鹽玻璃耐熱沖擊，用于實驗室器皿玻璃的制造工藝配料按比例混合石英砂、純堿等原料。熔化在1500℃左右高溫熔爐中熔融。成型吹制、壓制或浮法成型。退火緩慢冷卻，消除內(nèi)應力。復合材料定義由兩種或兩種以上不同性質的材料組成的多相材料。組成通常包括增強體（纖維、顆粒等）和基體（金屬、陶瓷、樹脂等）。特點可設計性強，性能優(yōu)異，輕質高強。復合材料的制造工藝1手糊成型適用于小批量生產(chǎn)，成本低。2模壓成型適用于大批量生產(chǎn)，效率高。3纏繞成型用于制造管狀或球形制品。4拉擠成型生產(chǎn)連續(xù)、截面固定的制品。復合材料的性能高強度比強度遠高于傳統(tǒng)材料。輕質密度低，可大幅減輕結構重量?？蛊谄趶姸雀撸褂脡勖L?？稍O計性可根據(jù)需求調(diào)整性能。復合材料的應用體育用品輕質高強的特點使其廣泛用于自行車、網(wǎng)球拍等。新能源大型風力發(fā)電機葉片采用復合材料制造。汽車工業(yè)用于車身、內(nèi)飾件，減輕車重，提高燃油效率。工程塑料1定義性能優(yōu)異的特種塑料2特點耐熱性好、機械強度高3種類尼龍、聚碳酸酯、聚甲醛等4應用機械、電子、汽車等工業(yè)領域工程塑料的特點與應用尼龍（PA）耐磨性好，用于齒輪、軸承聚碳酸酯（PC）透明度高，抗沖擊，用于安全防護設備聚甲醛（POM）尺寸穩(wěn)定性好，用于精密零件先進陶瓷材料結構陶瓷高強度、耐高溫，用于切削工具、耐磨零件。功能陶瓷具有特殊電學、磁學、光學性能，用于電子元件。生物陶瓷生物相容性好，用于人工骨骼、牙科材料。復合陶瓷綜合多種優(yōu)點，用于航空航天等領域。先進陶瓷材料的性能與應用發(fā)動機零件耐高溫、耐磨損，提高發(fā)動機效率。電子元件介電性能好，用于電容、傳感器。醫(yī)療植入物生物相容性好，用于人工關節(jié)。高分子納米復合材料定義在高分子基體中分散納米尺度填料的新型復合材料。特點性能大幅提升，少量添加即可顯著改善材料性能。填料納米粒子、納米纖維、納米片等。制備方法原位聚合法、溶液法、熔融混合法等。高分子納米復合材料的特點力學性能強度、模量顯著提高。阻隔性氣體、水汽滲透性降低。熱穩(wěn)定性耐熱溫度提高。功能性導電、抗菌等特殊功能。高分子納米復合材料的應用包裝材料提高食品保鮮性能，延長保質期。汽車工業(yè)減輕車身重量，提高燃油效率。防護用品增強防彈、防割等性能。新型功能性非金屬材料智能材料形狀記憶合金：可在特定條件下恢復原始形狀壓電材料：可將機械能轉化為電能，反之亦然仿生材料自清潔材料：模仿荷葉效應，具有