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　　高分子材料和复合材料

　　(二)高分子材料

　　1.高分子材料的基本概念

　　通常根据机械性能和使用状态将其分为塑料、橡胶和合成纤维三大类。

　　2.高分子材料的基本性能及特点(18)

　　(1)质轻(2)比强度高(3)有良好的韧性(4)减摩和耐磨性好(5)电绝缘性好(6)耐蚀性(7)导热系数小(8)易老化(9)易燃(10)耐热性(11)刚度小

　　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树脂为基本材料，再按一定的比例加入填料、增塑剂、着色剂和稳定剂等材料，经混炼、塑化，并在一定压力和温度下制成的。

　　按分子中碳原子之间结合形式不同，合成树脂分子结构分为直线型，支链型和体型(网状型)三种。按受热时状态不同，可分为热塑性树脂和热固性树脂。

　　2)工程中常用塑料制品。

　　①热塑性塑料

　　a.低密度聚乙烯(LDPE)又称高压聚乙烯：具有质轻、吸湿性小、延伸性和透明性强;电绝缘性好;耐寒性好;化学稳定性强等特点;但其强度低，耐老化性能较差。

　　b.高密度聚乙烯(HDPE)又称为低压聚乙烯：具有良好的耐热性和耐寒性;力学性能优于低密度聚乙烯;介电性能优良，但略低于低密度聚乙烯;耐磨性及化学稳定性良好，能耐多种酸、碱、盐类腐蚀，吸水性和水蒸气渗透性很低;但耐老化性能较差，表面硬度高，耐磨性好，尺寸稳定性好。

　　c.聚丙烯(PP)：聚丙烯具有质轻、不吸水;介电性、化学稳定性和耐热性良好;力学性能优良;但是耐光性能差、易老化、低温韧性和染色性能不好。(10.14)

　　d.聚氯乙烯(PVC)。聚氯乙烯刚度和强度比聚乙烯高，常见制品有硬、软两种。硬聚氯乙烯密度很小，抗拉强度较好，有良好的耐水性、耐油性和耐化学药品侵蚀的性能。常用来制作化工、纺织等工业的废气排污排毒塔，以及常用于气体、液体输送管。(19)

　　软聚氯乙烯常制成薄膜，用于工业包装，但不能用来包装食品。

　　e.聚四氟乙烯(PTFE，F-4)俗称塑料王：具有非常优良的耐高低温性能，可在-180～260℃的范围内长期使用。它几乎耐所有的化学药品，在侵蚀性极强的王水中煮沸也不起变化。摩擦系数极低，仅为0.04.不吸水、电性能优异。是目前介电常数和介电损耗最小的固体绝缘材料。缺点是强度低、冷流性强。(17)

　　f.聚苯乙烯(PS)具有极高的透明度，透光率可达90%以上;电绝缘性能好，刚性好及耐化学腐蚀;不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。(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、韧、刚”的混合特性;综合机械性能良好。同时尺寸稳定，容易电镀和易于成型;耐热和耐蚀性较好，在-40℃的低温下仍有一定的机械强度。

　　h.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。俗称亚克力或有机玻璃。密度只有无机玻璃的一半，机械性能比普通玻璃高得多，能抵抗稀酸、稀碱、润滑油和碳氢燃料的作用，在自然条件下老化发展缓慢。缺点是表面硬度不高，易擦伤。由于导热性差和热膨胀系数大，易在表面或内部引起微裂纹，因而比较脆。

　　②热固性塑料

　　a.酚醛树脂(PF)。又称电木粉。酚醛树脂耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。最重要特征是耐高温性，即使在非常高的温度下，也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。应用于一些高温领域，如耐火材料、摩擦材料、黏结剂和铸造行业。酚醛泡沫产品在阻燃方面它具有特殊的优良性能，是电器、仪表、建筑、石油化工等行业较为理想的绝缘隔热保温材料。

　　b.环氧树脂(EP)。环氧树脂韧性较好，耐久性好，成型工艺性能好;强度较高，尺寸稳定性高，化学稳定性很高。具有优良的绝缘性能，耐热、耐寒。环氧树脂是很好的胶粘剂。

　　c.呋喃树脂。能耐强酸、强碱和有机溶剂腐蚀，并能适用于其中两种介质的结合或交替使用的场合，但不耐强氧化性介质;具有良好的阻燃性，燃烧时发烟少。耐热可达180～200℃，是现有耐热树脂中耐热性能最好的树脂之一。(12)

　　缺点是固化工艺不如环氧树脂和不饱和树脂方便，为使其固化完全，一般需加热后处理。

　　d.不饱和聚酯树脂(UP)

　　(2)橡胶

　　(3)合成纤维

　　三、复合材料

　　(一)复合材料组成、分类和特点

　　1.复合材料组成

　　复合材料中至少包括基体相和增强相两大类。基体相可以由金属、树脂和陶瓷等构成。增强相的有纤维状、细粒状和片状等。

　　2.复合材料的分类

　　工程上开发应用较多的是纤维增强复合材料。

　　(1)按基体材料类型可分为树脂基、无机非金属材料基和金属基复合材料三大类

　　3.复合材料的特点

　　(1)高比强度和高比模量

　　(2)耐疲劳性高

　　(3)抗断裂能力强

　　(4)减振性能好

　　(5)高温性能好，抗蠕变能力强

　　(6)耐腐蚀性好。如玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料，在含氯离子的酸性介质中能长期使用，可用来制造耐强酸、盐、酯和某些溶剂的化工管道、泵、阀、容器和搅拌器等设备。(13)

　　(7)较优良的减摩性、耐磨性、自润滑性和耐蚀性

　　(四)复合材料应用

　　(6)塑料—钢复合材料。综合了低碳钢的强度和塑料的美观、防腐和绝缘的特点。在一定范围内可以代替不锈钢和木材，其性能如下：(15.18)

　　1)化学稳定性好，耐酸、碱、油以及醇类的侵蚀，耐水性也好;

　　2)塑料与钢材间的剥离强度大于或等于20MPa;

　　3)深冲加工时不剥离，冷弯120°不分离开裂;

　　4)绝缘性能和耐磨性能良好;

　　5)具有低碳钢的冷加工性能;

　　6)在-10～60℃之间可长期使用，短时间使用可耐120℃。

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