常用的非金属材料

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。
•
《工程材料与热加工基础》——程晓宇
3．常用塑料
• ⑧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，可在－195～250℃使用，但价格较高。
• 1．橡胶的组成与性能
• 橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的 高分子材料。
• 橡胶具有弹性大（最高伸长率可达800％～1000％， 外力去除后能迅速恢复原状），吸振能力强，耐磨性、 隔声性、绝缘性好，可积储能量，有—定的耐蚀性和 足够的强度等有点，其主要缺点是易老化。
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缘性较好，在－15～60℃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。
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3．常用塑料
• ③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，
第八章 常用非金属材料
• 非金属材料指工程材料中除金属材料以外的其 他一切材料。
• 非金属材料的原料来源广泛，自然资源丰富， 成形工艺简单，具有一些特殊性能，应用日益 广泛，已成为机械工程材料中不可缺少的重要 组成部分。
• 在机械工程中常用的非金属材料主要包括高分 子材料、陶瓷材料和复合材料
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3．常用塑料
• (1)热塑性塑料
• ①聚乙烯(PE)
•
按生产工艺不同，分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚
乙烯。高压聚乙烯化学稳定性高，柔软性、绝缘性、透明性、
耐冲击性好，宜吹塑成薄膜、软管、瓶等。低压聚乙烯质地坚
硬，耐磨性、耐蚀性、绝缘性好，适宜制作化工用管道、槽，
种
名称
类
（代号）
天然橡胶 （NR）
丁苯橡胶 （SBR）
通 顺丁橡胶
用
（BR）
橡
胶
氯丁橡胶 （CR）
丁腈橡胶 （NBR）
聚氨酯橡胶 （UR）
特
种
氟橡胶
橡 胶
（FPM）
硅橡胶
σb/MPa
17～35 15～20 18～25 25～27 15～30 20～35 20～22 4～10
2．常用橡胶
δ /%
使用温度 t/℃
-35～130
中中好中好好
电线(缆)包皮，耐燃 胶带、胶管，汽车门 窗嵌条，油罐衬里
-35～175 -30～80
中中中中好中
耐油密封圈、输油管、 油槽衬
中好差差好
耐磨件、实心轮胎、 胶辊
100～500
-50～300
中中好好好好
高级密封件，高耐蚀 件，高真空橡胶件
50～500
-100～300
差差好中差好
回耐耐耐耐耐 弹磨碱酸油老 性性性性性化
用途举例
650～900 -70～110 好 中 好 差 差
轮胎、胶带、胶管
500～600 450～800
800～ 1000
300～800 300～800
-50～140 -70～120
中好中差差好
轮胎、胶板、胶布、 胶带、胶管
好好好差差好
轮胎、v带、耐寒运输 带、绝缘件
• (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。
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。
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8.2.2 常用工业陶瓷
• 1．普通陶瓷
•
质地坚硬、不氧化、不导电、耐腐蚀、成本低，加工成形
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。
• ④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
种反应同时析出新的低分子副产物。
•
酚醛树脂(电木)、聚酰胺(尼龙)、环氧树脂等都是缩聚反应
产物。
•
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8.1.1 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
力学性能好，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。
• ⑦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40℃～100℃长期使用。加热易分解，成形收缩率大。用于
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。
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添加剂的种类较多，常用的主要有以下几种：
• （1）填料 填料可使塑料具有所要求的性能，且能降低成本。 用木屑、纸屑，石棉纤维、玻璃纤维等有机材料作填料，可增 加塑料强度，例如酚醛树脂中加入木屑即是俗称的电木。用高 岭土、滑石粉、氧化铝、石墨、铁粉、铜粉和铝粉等无机物为 填料，可使塑料具有较高的耐热性、导热性、耐磨性、耐蚀性 等。
把手、灯座、钟表外壳等。
• ③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—80～155℃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。
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8.1.2 橡胶
• 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
用温度最高为1980℃），高温蠕变小；耐酸、碱和化学药品腐
蚀，绝缘性好。脆性大，不能承受冲击。用于制作高温容器(如
坩埚)，内燃机火花塞；切削高硬度、大工件、精密件的刀具；
耐磨件(如拉丝模)；化工、石油用泵的密封环；高温轴承；纺织
机用高速导纱零件等。
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8.2.2 常用工业陶瓷
•
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－60～100℃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。
• ⑥ABS塑料
•
是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)的三元共聚物。综合
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聚合反应
• 1.加聚反应
•
由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应.
• 例如乙烯加聚成聚乙烯；单体为两种或两种以上的则为共加聚， 例如ABS工程塑料就是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体共
聚合成的。
• 2.缩聚反应
•
是由一种或多种单体相互作用而连接成高聚物的反应 ,这
•
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，电器绝缘板，耐酸泵，刹车
片，电器开关，水润滑轴承等。
• ②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、
• 除上述添加剂外，还有固化剂、发泡剂、抗静电剂、稀释剂、 阻燃剂、着色剂等。
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2.塑料的特性
•
(1)质轻、比强度高 塑料的密度为0.9～2.2g／cm3，只有钢铁的
1／8～1／4。泡沫塑料的密度约0．01g／cm3。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。
用于耐蚀、减摩、耐磨件，密封件，绝缘件，如高频电缆、电
容线圈架，化工用反ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器、管道等。
• ⑨聚碳酸脂(PC)
•
强度高，韧性、尺寸稳定性、透明性好，可在－60～120℃
长期使用。耐疲劳性不如尼龙和聚甲醛。用于制造齿轮、蜗轮、
凸轮，电气仪表零件，大型灯罩，防护玻璃，飞机挡风罩，高
级绝缘材料，用途很广。
• ⑩聚砜(PSF)
耐高、低温制品和绝 缘件
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8.2 陶瓷材料
• 8.2.1 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
(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1／500；热膨胀系数大，约为金属的3至10倍。
•
强度、硬度、成形温度高，抗蠕变、尺寸稳定性、绝缘性
好，可在－100～150℃长期使用。不耐有机溶剂和紫外线。用
于制造耐热件，绝缘件，减摩、耐磨件，高强度件，如凸轮，
精密齿轮、真空泵叶片、仪表壳体和罩，汽车护板，电子器件
等。
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3．常用塑料
• (2)热固性塑料
• ①酚醛塑料(PF) 俗称电木
电线、电缆包皮，承载小的齿轮、轴承等；又因其无毒，可制
作茶杯、奶瓶、食品袋等。
• ②聚氯乙烯(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－15～60℃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、阀门管件等，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
学习要点：
• 1．高分子材料（高聚物）是通过聚合反应以低分子 化合物结合形成的。聚合反应分为加聚反应和缩聚反 应。
• 2．塑料主要由合成树脂和添加剂组成。 • 3．常用塑料及其在生产中的用途。 • 4．工业陶瓷的特点及用途。 • 5．复合材料的特点及分类。
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8.1 高分子材料
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。
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3．常用塑料
• ⑤聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA) 俗称有机玻璃
性好。强度低，使用温度为1200℃。广泛用于电气、化工、建
筑和纺织行业。例如：受力不大，在酸、碱中工作的容器、反
应塔、管道；绝缘件；要求光洁、耐磨、低速、受力小的导纱 零件。
• 2．氧化铝陶瓷
•
主要成分是A12O3。强度比普通陶瓷高2～6倍，硬度高(仅
低于金刚石)；耐高温（陶瓷可在1600℃时长期使用，空气中使
• （2）增塑剂 增塑剂用以增加树脂的可塑性、柔软性、流动性， 降低脆性。常用的增塑剂有磷酸酯类化合物、甲酸酯类化合物 和氯化石蜡等。
• （3）稳定剂(防老化剂) 稳定剂可增加塑料对光、热、氧等老化 作用的抵抗力，延长塑料的寿命。常用的稳定剂有硬脂酸盐、 环氧化合物等。
• （4）润滑剂 加入少量润滑剂可改善塑料成形时的流动性和脱 模性，使制品表面光滑美观。常用的润滑剂有硬脂酸等。