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　　高分子材料和復(fù)合材料

　　(二)高分子材料

　　1.高分子材料的基本概念

　　通常根據(jù)機(jī)械性能和使用狀態(tài)將其分為塑料、橡膠和合成纖維三大類。

　　2.高分子材料的基本性能及特點(diǎn)(18)

　　(1)質(zhì)輕(2)比強(qiáng)度高(3)有良好的韌性(4)減摩和耐磨性好(5)電絕緣性好(6)耐蝕性(7)導(dǎo)熱系數(shù)小(8)易老化(9)易燃(10)耐熱性(11)剛度小

　　3.工程中常用的高分子材料

　　(1)塑料

　　常用的塑料制品都是以合成樹脂為基本材料，再按一定的比例加入填料、增塑劑、著色劑和穩(wěn)定劑等材料，經(jīng)混煉、塑化，并在一定壓力和溫度下制成的。

　　按分子中碳原子之間結(jié)合形式不同，合成樹脂分子結(jié)構(gòu)分為直線型，支鏈型和體型(網(wǎng)狀型)三種。按受熱時(shí)狀態(tài)不同，可分為熱塑性樹脂和熱固性樹脂。

　　2)工程中常用塑料制品。

　　①熱塑性塑料

　　a.低密度聚乙烯(LDPE)又稱高壓聚乙烯：具有質(zhì)輕、吸濕性小、延伸性和透明性強(qiáng);電絕緣性好;耐寒性好;化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn);但其強(qiáng)度低，耐老化性能較差。

　　b.高密度聚乙烯(HDPE)又稱為低壓聚乙烯：具有良好的耐熱性和耐寒性;力學(xué)性能優(yōu)于低密度聚乙烯;介電性能優(yōu)良，但略低于低密度聚乙烯;耐磨性及化學(xué)穩(wěn)定性良好，能耐多種酸、堿、鹽類腐蝕，吸水性和水蒸氣滲透性很低;但耐老化性能較差，表面硬度高，耐磨性好，尺寸穩(wěn)定性好。

　　c.聚丙烯(PP)：聚丙烯具有質(zhì)輕、不吸水;介電性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性良好;力學(xué)性能優(yōu)良;但是耐光性能差、易老化、低溫韌性和染色性能不好。(10.14)

　　d.聚氯乙烯(PVC)。聚氯乙烯剛度和強(qiáng)度比聚乙烯高，常見制品有硬、軟兩種。硬聚氯乙烯密度很小，抗拉強(qiáng)度較好，有良好的耐水性、耐油性和耐化學(xué)藥品侵蝕的性能。常用來(lái)制作化工、紡織等工業(yè)的廢氣排污排毒塔，以及常用于氣體、液體輸送管。(19)

　　軟聚氯乙烯常制成薄膜，用于工業(yè)包裝，但不能用來(lái)包裝食品。

　　e.聚四氟乙烯(PTFE，F(xiàn)-4)俗稱塑料王：具有非常優(yōu)良的耐高低溫性能，可在-180～260℃的范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。它幾乎耐所有的化學(xué)藥品，在侵蝕性極強(qiáng)的王水中煮沸也不起變化。摩擦系數(shù)極低，僅為0.04.不吸水、電性能優(yōu)異。是目前介電常數(shù)和介電損耗最小的固體絕緣材料。缺點(diǎn)是強(qiáng)度低、冷流性強(qiáng)。(17)

　　f.聚苯乙烯(PS)具有極高的透明度，透光率可達(dá)90%以上;電絕緣性能好，剛性好及耐化學(xué)腐蝕;不足之處在于性脆，沖擊強(qiáng)度低，易出現(xiàn)應(yīng)力開裂，耐熱性差及不耐沸水等。(07.13.16)

　　g.工程塑料ABS。普通ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。具有“硬、韌、剛”的混合特性;綜合機(jī)械性能良好。同時(shí)尺寸穩(wěn)定，容易電鍍和易于成型;耐熱和耐蝕性較好，在-40℃的低溫下仍有一定的機(jī)械強(qiáng)度。

　　h.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。俗稱亞克力或有機(jī)玻璃。密度只有無(wú)機(jī)玻璃的一半，機(jī)械性能比普通玻璃高得多，能抵抗稀酸、稀堿、潤(rùn)滑油和碳?xì)淙剂系淖饔?，在自然條件下老化發(fā)展緩慢。缺點(diǎn)是表面硬度不高，易擦傷。由于導(dǎo)熱性差和熱膨脹系數(shù)大，易在表面或內(nèi)部引起微裂紋，因而比較脆。

　　②熱固性塑料

　　a.酚醛樹脂(PF)。又稱電木粉。酚醛樹脂耐弱酸和弱堿，遇強(qiáng)酸發(fā)生分解，遇強(qiáng)堿發(fā)生腐蝕。最重要特征是耐高溫性，即使在非常高的溫度下，也能保持其結(jié)構(gòu)的整體性和尺寸的穩(wěn)定性。應(yīng)用于一些高溫領(lǐng)域，如耐火材料、摩擦材料、黏結(jié)劑和鑄造行業(yè)。酚醛泡沫產(chǎn)品在阻燃方面它具有特殊的優(yōu)良性能，是電器、儀表、建筑、石油化工等行業(yè)較為理想的絕緣隔熱保溫材料。

　　b.環(huán)氧樹脂(EP)。環(huán)氧樹脂韌性較好，耐久性好，成型工藝性能好;強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定性高，化學(xué)穩(wěn)定性很高。具有優(yōu)良的絕緣性能，耐熱、耐寒。環(huán)氧樹脂是很好的膠粘劑。

　　c.呋喃樹脂。能耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑腐蝕，并能適用于其中兩種介質(zhì)的結(jié)合或交替使用的場(chǎng)合，但不耐強(qiáng)氧化性介質(zhì);具有良好的阻燃性，燃燒時(shí)發(fā)煙少。耐熱可達(dá)180～200℃，是現(xiàn)有耐熱樹脂中耐熱性能最好的樹脂之一。(12)

　　缺點(diǎn)是固化工藝不如環(huán)氧樹脂和不飽和樹脂方便，為使其固化完全，一般需加熱后處理。

　　d.不飽和聚酯樹脂(UP)

　　(2)橡膠

　　(3)合成纖維

　　三、復(fù)合材料

　　(一)復(fù)合材料組成、分類和特點(diǎn)

　　1.復(fù)合材料組成

　　復(fù)合材料中至少包括基體相和增強(qiáng)相兩大類?；w相可以由金屬、樹脂和陶瓷等構(gòu)成。增強(qiáng)相的有纖維狀、細(xì)粒狀和片狀等。

　　2.復(fù)合材料的分類

　　工程上開發(fā)應(yīng)用較多的是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

　　(1)按基體材料類型可分為樹脂基、無(wú)機(jī)非金屬材料基和金屬基復(fù)合材料三大類

　　3.復(fù)合材料的特點(diǎn)

　　(1)高比強(qiáng)度和高比模量

　　(2)耐疲勞性高

　　(3)抗斷裂能力強(qiáng)

　　(4)減振性能好

　　(5)高溫性能好，抗蠕變能力強(qiáng)

　　(6)耐腐蝕性好。如玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂復(fù)合材料，在含氯離子的酸性介質(zhì)中能長(zhǎng)期使用，可用來(lái)制造耐強(qiáng)酸、鹽、酯和某些溶劑的化工管道、泵、閥、容器和攪拌器等設(shè)備。(13)

　　(7)較優(yōu)良的減摩性、耐磨性、自潤(rùn)滑性和耐蝕性

　　(四)復(fù)合材料應(yīng)用

　　(6)塑料—鋼復(fù)合材料。綜合了低碳鋼的強(qiáng)度和塑料的美觀、防腐和絕緣的特點(diǎn)。在一定范圍內(nèi)可以代替不銹鋼和木材，其性能如下：(15.18)

　　1)化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸、堿、油以及醇類的侵蝕，耐水性也好;

　　2)塑料與鋼材間的剝離強(qiáng)度大于或等于20MPa;

　　3)深沖加工時(shí)不剝離，冷彎120°不分離開裂;

　　4)絕緣性能和耐磨性能良好;

　　5)具有低碳鋼的冷加工性能;

　　6)在-10～60℃之間可長(zhǎng)期使用，短時(shí)間使用可耐120℃。