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非金属材料及复合材料

学习目标：了解非金属材料和复合材料的种类、性能特点及应用，特别是塑料、橡胶、陶瓷、复合材料的性能特点及应

用。

本章导读：塑料与橡胶为有机高分子材料，与金属相比质量轻，具有金属材料不可比拟的特殊性能，使用极为广泛；陶

瓷为无机非金属材料，具有高硬度、耐蚀的性能，除日用陶瓷外，工业上使用的特种陶瓷更具有其独特的性能，在机械加工、

航空航天、化学工业等领域都有应用；复合材料是由两种或多种材料组成的多相材料，具有较好的综合性能，其应用越来越

受到广泛的重视，大家熟悉的玻璃钢、塑钢门窗、羽毛球拍等，都是用复合材料制造的。

第一节塑料与橡胶

塑料与橡胶属高分子材料，目前，全世界合成高分子材料的年产量按体积计已超过钢铁材料，并正以每年14%的速度增

长，其使用领域广泛，涉及工业制造及日常生活。

高分子材料是由若干原子按一定规律重复地连接而成的长链分子，长链分子的最大伸直长度可达毫米级，其分子量一般

大于5000。高分子材料按来源可分为天然高分子（天然橡胶、蚕丝、皮革、木材等）和合成高分子化合物（塑料、橡胶等）。

合成高分子化合物是由一种或几种单体（简单结构的低分子化合物）聚合而成的，因此高分子化合物又称高聚物或聚合

物。如聚乙烯分子就是由单体乙烯经聚合反应连接而成：

n（CH=CH）——--[CH—CH]--

2222n

乙烯聚乙烯

高分子化合物的化学组成一般并不复杂，是由重复连接的结构单元组成的，这种重复连接的结构单元称为“链节”，如

聚乙烯中的--[CH—CH]--。大分子链之间存在的相互作用力使链节连接起来，其连接方式决定了高分子化合物的性能。

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一、塑料

1．塑料的组成

塑料的主要组成是合成树脂和添加剂。合成树酯是具有可塑性的高分子化合物的统称，它是塑料的基本组成物，它决

定了塑料的基本性能，塑料中合成树酯含量一般为30%~100%。树酯在塑料中还起粘结剂的作用，许多塑料的名称是以树酯来

命名的，如聚苯乙烯塑料的树酯就是聚苯乙烯；添加剂的作用主要是改善塑料的某些性能或降低成本，常用的添加剂有填充

剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、固化剂、着色剂等。

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2．塑料的分类

按使用范围：通用塑料、工程塑料

按受热性能：热塑性塑料、固性塑料。

热塑性和热固性塑料的特性及常用品种

类别热性能常用塑料及代号

能溶于有机溶剂，加热可聚氯乙烯（PVC）；聚乙烯（PE）；聚酰胺（PA）；聚甲醛

热塑性塑软化，易于加工成形，并能（POM）；聚碳酸酯（PC）；聚丙烯（PP）；聚苯乙烯（PS）；

料反复塑化成形，一般耐热聚四氟乙烯（PTFE，F-4）；聚砜（PSF）；聚甲基丙烯酸

性较差甲酯（PMMA）；苯乙烯—丁二烯—丙烯腈共聚体（ABS）

固化后重新加热不再软化

热固性塑和熔融、亦不溶于有机溶酚醛塑料（PF）；氨基塑料（UF）；有机硅塑料（SI）；

料剂，不能再成形使用。一般环氧树酯（EP）；聚氨酯塑料（PUR）

耐热性较好

3．塑料的性能

塑料最大的特点是具有可塑性和可调性。所谓可塑性，就是通过简单的成型工艺，利用模具可以制造出所需要的各种不

同形状的塑料制品；可调性是指在生产过程中可以通过变换工艺、改变配方，制造出不同性能的塑料。塑料的其它性能分述

如下：

（1）物理性能

密度塑料的密度在0.9~2.2g．cm-3之间，仅相当于钢