1、第3篇 过程装备用非金属材料,高分子材料 陶瓷材料,第10章 高分子材料,10.1概述 高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。高分子化合物是指相对分子质量(分子量)很大的化合物，其分子量一般在5000以上 。 高分子化合物包括有机高分子化合物和无机高分子化合物两类。有机高分子化合物又分为天然的和合成的。 机械工程中使用的高分子材料主要是人工合成的有机高分子聚合物（简称高聚物），例如塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料和胶接剂等。 高聚物是通过聚合反应以低分子化合物结合形成的高分子材料。,10.2 工程常用塑料,1塑料的组成塑料是以合成树脂为主要成分，加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而
2、制成的高分子材料。树脂的种类、性能、数量决定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以树脂的名称命名的，例如聚氯乙烯塑料的树脂就是聚氯乙烯。工业中用的树脂主要是合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。,2.塑料的特性,(1)质轻、比强度高 塑料的密度为0.92.2gcm3，只有钢铁的1814。泡沫塑料的密度约001gcm3。塑料的强度比金属低，但比强度高。这对减轻机械产品的重量具有重要意义。(2)化学稳定性好 塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐蚀。例如，聚四氟乙烯在沸腾的“王水”中仍很稳定。(3)优异的电绝缘性 塑料有良好的电绝缘性，介质损耗小，其电绝缘性可与陶瓷、橡胶等绝缘材料相媲美。(4)减摩、耐磨性
3、好 塑料的硬度低于金属，但多数塑料的摩擦系数小，有些塑料(如聚四氟乙烯、尼龙等)具有自润滑性。因此，塑料可用于制作在无润滑条件下工作的某些零件。,(5)消声和吸振性好 塑料轴承和齿轮工作时平稳无声，大大减小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音材料。(6)成形加工性好 塑料有注射、挤压、模压、浇塑等多种成形方法，且工艺简单，生产率高。(7)耐热性差 多数塑料只能在100左右使用，少数品种可在200左右使用；易老化(因光、热、载荷、水、碱、酸、氧等的长期作用，使塑料变硬、变脆、开裂等现象，称老化)；导热性差，约为金属的1500；热膨胀系数大，约为金属的3至10倍。,3常用塑料,(1)热塑性塑料聚氯乙烯
4、(PVC) 分为硬质和软质两种。硬质聚氯乙烯强度较高，绝缘性和耐蚀性好，耐热性差，在1560温度范围使用，用于化工耐蚀的结构材料，如输油管、容器、离心泵、阀门管件、储槽、塔等，特别是制作大型的全塑结构防腐设备，用途很广。软质聚氯乙烯强度低于硬质聚氯乙烯，伸长率大，绝缘性较好，在1560的温度范围使用。用于电线、电缆的绝缘包皮，农用薄膜，工业包装等。因其有毒，不能包装食品。,3常用塑料,聚四氟乙烯(F-4) 也称塑料王有极强的耐蚀性，可抗王水腐蚀，绝缘性、自润滑性好，不吸水，摩擦系数小，耐高、低温性能优异，可在200290范围内长期使用，但价格较高。用于耐蚀、减摩、耐磨件，密封件，绝缘件，广泛用
5、于化工容器和设备上的各种配件，如泵、阀门、膨胀节、热交换器、多孔板材，以及过程装备的衬里和涂层等。,3常用塑料,聚酰胺(PA) 俗称尼龙或锦纶。强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、吸振性、自润滑性、成形性好，摩擦系数小，无毒无味，可在100以下使用。蠕变值大，导热性差，吸水性高，成形收缩率大。常用的有尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010等。用于制造耐磨、耐蚀的某些承载和传动零件，如轴承、机床导轨、齿轮、螺母及一些小型零件。也可用于制作高压耐油密封圈，或喷涂在金属表面作防腐、耐磨涂层，应用较广。聚丙烯(PP) 密度小，是常用塑料中最轻的一种。强度、硬度、刚性、耐热性均高于低压聚乙烯，可在120以下
6、长期工作。绝缘性好，且不受湿度影响，无毒无味，但低温脆性大，不耐磨，易老化，用于一般机械零件，如齿轮、耐蚀件（如泵叶轮、化工管道、容器）；绝缘件；电视机、收音机、电扇、电机罩等壳体；生活用具，医疗器械，食品和药品包装等。,3常用塑料,聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA) 俗称有机玻璃透光性、着色性、绝缘性、耐蚀性好，在自然条件下老化发展缓慢，可在60100使用。不耐磨，脆性大，易溶于有机溶剂中，硬度不高，表面易擦伤。用于航空、仪器、仪表、汽车中的透明件和装饰件，如飞机窗、灯罩、电视和雷达屏幕，油标、油杯、设备标牌等。 ABS塑料 是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)的三元共聚物。综合力学性能好，
7、尺寸稳定性、绝缘性、耐水和耐油性、耐磨性好，长期使用易起层。用于制造齿轮，叶轮，轴承，把手，管道，贮槽内衬，仪表盘，轿车车身，汽车挡泥板，电话机、电视机、电机、仪表的壳体，应用较广。 聚甲醛(POM) 耐磨性、尺寸稳定性、着色性、减摩性，绝缘性好，可在零下40100长期使用。加热易分解，成形收缩率大。用于制造减摩、耐磨件及传动件，如轴承、滚轮、齿轮、绝缘件，化工容器，仪表外壳，表盘等，可代替尼龙和有色金属。,3常用塑料,(2)热固性塑料酚醛塑料(PF) 俗称电木强度、硬度、绝缘性、耐蚀性、尺寸稳定性好，工作温度100，脆性大，耐光性差，只能模压成形，价格低。用于制造仪表外壳，灯头、灯座、插座，
8、电器绝缘板，耐酸泵，刹车片，电器开关，水润滑轴承等。 氨基塑料 俗称电玉颜色鲜艳，半透明如玉，绝缘性好，长期使用温度80，耐水性差。用于制造装饰件、绝缘件，如开关、插头、旋钮、把手、灯座、钟表外壳等。 环氧塑料(EP) 俗称万能胶强度、韧性、绝缘性、化学稳定性好，能防水、防潮、防霉，可在80155长期使用，成形工艺简便，成形后收缩率小，粘结力强。用于制造塑料模具、仪表和电器零件、电子元件及线圈及用于涂覆、包封和修复机件。,第12章 陶瓷材料,12.1 陶瓷的分类与性能 1陶瓷的分类按原料不同，陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷；按用途不同分为日用陶瓷和工业陶瓷。普通陶瓷又称传统陶瓷，其原料是天然的硅酸
9、盐产物，如粘土、长石、石英等。这类陶瓷又称硅酸盐陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。特种陶瓷又称近代陶瓷，其原料是人工合成的金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特种陶瓷具有一些独特的性能，可满足工程结构的特殊需要。,2.陶瓷的基本性能,（1）陶瓷的力学性能 陶瓷的弹、塑性变形与蠕变 陶瓷材料的弹性模量高； 绝大多数陶瓷属于脆性材料，塑性几乎为零； 陶瓷材料作为高温结构材料时，蠕变问题非常突出。 陶瓷的强度 陶瓷材料的抗压强度较高，而抗拉强度和抗剪强度都很低。,2.陶瓷的基本性能,（3）陶瓷材料的热性能熔点高（2000）；低温下热容小，高温下热容大，达到一定温度后热容与
10、温度无关；导热系数比金属低；热膨胀系数比高聚物、金属低；耐热冲击性能较差。 （4）陶瓷材料的化学稳定性陶瓷材料具有良好的耐腐蚀性能。,12.2 过程装备用陶瓷材料的性能特点及应用,12.2.1 化工陶瓷化工陶瓷是指具有良好的耐腐蚀性能，能制成较大尺寸设备，能耐一定温度急变，耐一定压力的陶瓷材料（又称为耐酸陶瓷）。化工陶瓷的主要化学成分为SiO2和Al2O3。主要用于制造接触强腐蚀介质的塔、储槽、容器、反应釜、过滤器、泵、风机、管道等。,12.2.2 特种陶瓷,特种陶瓷是指具有特殊力学、物理或化学性能的陶瓷。其中在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷。过程装备上应用较广泛的工程陶瓷有氧化铝陶瓷、氮化
11、硅陶瓷和碳化硅陶瓷。（1）氧化铝陶瓷主要成分为Al2O3 和SiO2，且Al2O3的含量大于45%。主要用于制作要求耐蚀耐磨的泵用零件（如轴套、轴承、机械密封环、叶轮）、活塞、阀、热电偶套管等。,（2）氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷是键能高而稳定的共价键晶体。特点 硬度高而摩擦系数低，有自润滑作用，是优良的耐磨减摩材料； 氮化硅的耐热温度比氧化铝低，而抗氧化温度高于碳化物和硼化物； 1200 以下具有较高的机械性能和化学稳定性，且热膨胀系数小、抗热冲击，可做优良的高温结构材料； 耐各种无机酸（氢氟酸除外）和碱溶液浸蚀，优良的耐腐蚀材料。应用用于制造耐蚀、耐磨耐高温的零件。如过程装备中的耐腐蚀泵用机械密封环、高温轴承、热电偶套管、燃气轮机的部件（如动叶片、静叶片、燃烧器、喷嘴）等。,（3）碳化硅陶瓷 高温强度高，硬度高，耐磨，导热性好，热膨胀系数很小，具有优良的耐热冲击性能。主要用于制造耐磨、耐强腐蚀或同时要求耐磨耐蚀以及耐高温氧化等条件下工作的零部件，如密封环、轴套、轴承、泵的过流部件、喷嘴、热电偶保护导管以及高温换热器等。,
