《工程材料及其成型技术》第5章、非金属材料

橡 胶 弹 簧
丁苯橡胶（SBR）
2、丁苯橡胶（SBR）
丁二烯和苯乙烯的共聚体。 性能接近天然橡胶，是目 前产量最大的通用合成橡胶， 优点：耐磨性、耐老化和耐热性超过天然橡胶，质地也较天 然橡胶均匀。 缺点：弹性较低，抗屈挠、抗撕裂性能较差；加工性能差， 特别是自粘性差、生胶强度低。 使用温度范围：约－50℃~＋100℃。 主要用以代替天然橡胶 制作轮胎、胶板、胶管、胶鞋及其他通用制品。
特点：分子链间没有化学键，易移动，可溶可熔。
高聚物的结构示意图
（2）支链型结构 在高分子主链上带有一些小支链，整个分
子链呈树枝状。
（3）体型结构 大分子链之间通过支链或化学键连接成网状
结构。 特点：结构稳定，不溶不熔，塑性低，脆性大。
高聚物的结构示意图
3. 大分子链的构象及柔顺性
(1)单键的内旋转
高的回弹性 可挠性、良好的耐磨性、电绝缘性、耐腐蚀性
隔音、吸震以及与其它物质的粘结性
常 用 橡 胶 的 代 号
汽车上的橡胶制品
橡胶占汽车用材料总重量 的5%，每辆汽车需橡胶件 400-500个。汽车上大量使用 的氟橡胶、硅橡胶、丙烯酸 酯橡胶等高档橡胶和耐热... 轮胎 车门窗密封条 雨刮器 连接软管 密封件 防振件 传动件 衬垫类 液压制动缸中的皮碗 风扇皮带
如石棉—耐热， 石墨—耐摩
增塑剂: 增加树脂塑性和柔韧性。
例、聚氯乙烯增塑剂不同可制成硬管，软人革，泡沫塑 料。
其它： 固化剂、稳定性、着色剂、阻燃剂、防老化剂
等。
2、塑料的分类： (1)按热性质可分为
A 热塑性塑料： 常温下是固体、受热熔融、可反复重塑
如聚乙烯、聚丙烯、尼龙……
B 热固性塑料： 固化剂成型，不熔不溶 如环氧塑料，酚醛塑料等。 (2)按功能可分为
汽车底盘用橡胶件
真空助力密封件 转向系统橡胶件
常用橡胶（天然橡胶 NR ）
1、天然橡胶（NR）
以橡胶烃（聚异戊二烯）为主。 弹性大，定伸强度高，抗撕裂性 和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳，易与其它材料粘 合，综合性能优于多数合成橡胶。 缺点是耐氧和耐臭氧性差，容易老化变质；耐油和耐溶剂性不好，抗酸碱 的腐蚀能力低，耐热性不高。 使用温度范围：约－60℃~＋80℃。特别适用于制造扭振消除器、发动机 减震器、机器支座、橡胶－金属悬挂元件、膜片、模压制品。
通用塑料和工程塑料
热塑性塑料与热固性塑料
类别
典型塑料及代号
特征
热塑性 塑料
热固性 塑料
聚氯乙烯（PVC） 聚乙烯（PE） 聚丙烯（PP） 聚酰胺（PA） 缩醛塑料（POM） 聚碳酸脂（PC）
线型高分子树脂，能溶于有机溶 剂，加热可软化，易于加工成形， 并能反复塑化成形。 这类塑料一般机械强度较高，成 形性能良好
第五章
非金属材料yu复合材料
1.教学要求
了解塑料、陶瓷、复合材料的组织性能特点及其应用。
2.教学时数 2 学时
非金属材料
塑料 橡胶
高分子材料 粘结剂 合成纤维
陶瓷材料
金属-金属复合材料 复合材料 非金属-非金属复合材料
金属-非金属复合材料
5.1.高分子材料
5.1.1.高聚物的结构
1. 基本概念 (1) 单体 组成高分子化合物的低分子化合物，是合 成高分子的材料。
PE药品包 装
PE波纹管
PE食品包 装
聚丙烯油墨
通用塑料与应用
聚苯乙烯板
尼龙12挤管
聚丙烯编织袋
工程塑料应用示例
制பைடு நூலகம்业用塑料配件
杜邦工程塑料制品
聚酰胺应用示例
聚酰胺PA应用示例
ABS应用示例
ABS插座、电器外壳
聚碳酸酯PC应用示例
汽车仪表板，挡泥板，电动工具，手机外壳，电脑外壳，大型薄壁制件
5.3 工业橡胶及其应用 5.3.1 橡胶分类、组成、性能
橡胶分类
按来源分 天然橡胶（聚异戊二烯 ）
合成橡胶（合成高分子物质 ）
按用途分 通用（制作轮胎、输送带、胶管、胶板等 ）
特种（用于高温、低温、酸、碱、油和辐射介质条件下
橡胶组成 生胶
配合剂（硫化剂、增塑剂、填充剂、防老化剂等）
橡胶性能
如：低分子乙烯 CH2=CH2单体组成聚乙烯 (2) 链节 构成高分子链的基本结构单元.
(3) 聚合度 即，高分子所含链节的数目n. 由此，大分子链的分子量M=链节的分子量m与聚合度 n的乘积。
即 M=m×n
2、大分子链的几何形态 (1) 线型结构 分子链呈细长条状，通常卷曲成不规则
的线团，受拉时可伸展成直线。
分子链的主链在保持 键长和键角不变的情况下 可以任意旋转的现象。
(2)大分子链的柔顺性
由于内旋转，大分子 链形态频繁变化 引起大 分子不同程度卷曲，伸展 的特性。
大分子内旋转示意图
根据排列有序度划分: 晶态结构
聚集态结构 无定形结构
4.高聚物的聚集态结构
聚集态结构 大分子链之间 的几何排列方式和堆砌状态。
高聚物晶区和非晶区示意图
性能 结晶使分子间作用力增大，因而使高聚物的密度、熔 点、耐热性、强度、硬度等性能升高，而依赖分子链运动的 有关性能，如弹性，塑韧性下降。
5.1.2 高分子材料的性能 1、强度低、比强度高 2、粘弹性
高聚物在外力作用下，同时发生高弹性变形和粘性流 动，其变形与时间有关的现象称为粘弹性。
3、顺丁橡胶（BR）
由丁二烯聚合而成的顺式结构橡 胶
优点：弹性与耐磨性优良，耐老 化性好，耐低温性优异，在动 态负荷下发热量小，易于金属 粘合。
缺点：强度较低，抗撕裂性差， 加工性能与自粘性差。
使用温度范围：约－60℃~＋ 100℃。 一般多和天然橡胶或 丁苯橡胶并用，主要制作轮胎 胎面、运输带和特殊耐寒制品。
(1)蠕变 (2)应力松弛 (3)内耗
变形速度跟不上应力变化速度，出现应变滞后机械能 转化为热能的现象称为内耗
3、耐磨减摩 4、物理性能
绝缘、隔热、导热系数仅为金属的 吸音、隔音、消震。 低耐热性，高热膨胀性。
5、化学性能 耐腐蚀。
5.1.3.工程塑料
1、塑料的组成
树脂：>40-90% 主体、命名的依据 填料：改善性能，降低成本，占5—50 % ，
酚醛塑料（PF） 氨基塑料（UF） 有机硅塑料（SI） 环氧树脂（EP）
网型高分子树脂，固化后重新加 热不再软化和熔融、亦不溶于有 机溶剂，不能反复成形与再生使 用。这类塑料一般具有较高的耐 热性与刚性，但脆性大
4. 塑料的应用---通用塑料
P V C 花 园 管
PVC拉边袋
增强聚丙烯离心泵 PVC软门帘