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　　非金屬材料

　　非金屬材料也是重要的工程材料。它包括耐火材料、耐火隔熱材料、耐蝕(酸)非金屬材料和陶瓷材料等。

　　1.耐火材料

　　能承受高溫作用而不易損壞的材料，稱為耐火材料。

　　(1)耐火材料的主要性能指標和分類：

　　1)耐火材料的主要性能指標。

　　①耐火度。

　　②荷重軟化溫度。

　　③高溫化學穩定性。

　　④抵抗溫度變化的能力越好，則耐火材料在經受溫度急劇變化時越不易損壞。

　　⑤抗壓強度要好。

　　⑥密度和比熱容。密度和比熱容要小，這樣可以減少耐火材料加熱時吸收的熱量，使加熱速度加快，但是密度小時，耐火材料的強度較低。

　　⑦熱導率要小，隔熱性能要好，電絕緣性能要好。

　　2)耐火材料的分類。

　　①耐火砌體材料。

　　②耐火水泥及混凝土。

　　2.耐火隔熱材料

　　耐火隔熱材料，又稱為耐熱保溫材料。它是各種工業用爐(冶煉爐、加熱爐、鍋爐爐膛)的重要筑爐材料。常用的隔熱材料有硅藻土、蛭石、玻璃纖維(又稱礦渣棉)、石棉，以及它們的制品如板、管、磚等。

　　(1)硅藻土耐火隔熱保溫材料。

　　(2)硅酸鋁耐火纖維。

　　(3)微孔硅酸鈣保溫材料。

　　(4)礦渣棉制品。

　　3.耐蝕(酸)非金屬材料

　　耐蝕(酸)非金屬材料的組成主要是金屬氧化物、氧化硅和硅酸鹽等。常用的非金屬耐蝕材料有鑄石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。

　　(1)鑄石。鑄石具有極優良的耐磨與耐化學腐蝕性、絕緣性及較高的抗壓性能。其耐磨性能比鋼鐵高十幾倍至幾十倍。在各類酸堿設備中，其耐腐蝕性比不銹鋼、橡膠、塑性材料及其他有色金屬高得多，但脆性大、承受沖擊荷載的能力低。因此，在要求耐蝕、耐磨或高溫條件下，當不受沖擊振動時，鑄石是鋼鐵(包括不銹鋼)的理想代用材料，不但可節約金屬材料、降低成本，而且能有效地提高設備的使用壽命。

　　(2)石墨

　　關鍵知識點二：耐蝕(酸)非金屬材料及其特性——其中的石墨是重點

　　石墨材料具有高熔點(3700℃)，在高溫下有高的機械強度。當溫度增加時，石墨的強度隨之提高。石墨在3000℃以下具有還原性，并且在中性介質中有很好的熱穩定性。

　　在急劇改變溫度的條件下，石墨比其他結構材料都穩定，不會炸裂破壞，石墨的導熱系數比碳鋼大2倍多，所以，石墨材料常用來制造傳熱設備。

　　石墨具有良好的化學穩定性。除了強氧化性的酸(如硝酸、鉻酸、發煙硫酸和鹵素)之外，在所有的化學介質中都很穩定，甚至在熔融的堿中也很穩定。

　　石墨按來源不同可分為天然石墨和人造石墨。

　　【2009年單選題】在熔融的堿液中仍具有良好化學穩定性的非金屬材料為(　)。

　　A.鑄石

　　B.玻璃

　　C.石墨

　　D.水玻璃型耐蝕石料

　　[答疑編號502008010103]

　　『正確答案』C

　　『答案解析』參見教材P15。

　　(3)玻璃。不耐氫氟酸、熱磷酸和熱濃堿液的腐蝕。一般用作制造化學儀器和高級玻璃制品、無堿玻璃纖維、耐熱用玻璃和絕緣材料等。

　　(4)天然耐蝕石料。天然耐蝕石料的組成含二氧化硅的質量分數一般大于55%，且其含量越高耐酸性能越好。含氧化鎂、氧化鈣的質量分數在50% >以上的石料，有較好的或好的耐堿性能，但不耐酸侵蝕。

　　(5)水玻璃型耐酸水泥。具有能抗大多數無機酸和有機酸腐蝕的能力，但不耐堿。能在空氣中硬化，具有抵抗大多數無機酸和有機酸腐蝕的能力。用于硫酸、鹽酸、磷酸(除30℃以上熱磷酸)、醋酸、氯氣、二氧化硫、三氧化硫、蟻酸和草酸等生產設備。

　　4.陶瓷材料

　　陶瓷材料屬于硅酸鹽材料。陶瓷材料有著許多區別于其他材料的物理化學性能。比如高溫化學穩定性、超硬的特點和極好的耐腐蝕性能。

　　(1)陶瓷材料的分類。它們可用于制造某些工業構件、零件和工具。陶瓷的種類很多，但缺乏統一的分類方法，按照習慣，陶瓷一般分為普通陶瓷和新型陶瓷兩大類。

　　(2)常用的陶瓷材料。在工程中常用的陶瓷有電器絕緣陶瓷、化工陶瓷、結構陶瓷和耐酸陶瓷等。

　　關鍵知識點三：高分子材料的特性及其中的各種塑料的特性(2009年沒有考，以前常考)

　　1.高分子材料具有較高的強度、良好的塑性、較強的耐腐蝕性能、很好的絕緣性和重量輕等優良性能，在工程上是發展最快的一類新型結構材料。

　　高分子材料的基本性能及特點：

　　(1)質輕。

　　(2)比強度高。

　　(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)導熱系數小。

　　(8)易老化。

　　(9)易燃。

　　(10)耐熱性。

　　(11)剛度小。

　　2.塑料是一種以樹脂為主要成分的多組分材料，但也有少部分塑料制品例外。

　　①樹脂。有合成樹脂和天然樹脂之分，在所有的塑料制品中幾乎都是采用合成樹脂。

　　樹脂是塑料組成材料中的基本組分，在一般塑料中約占30%～60%，有的甚至更多。

　　樹脂在塑料中主要起膠結作用，通過膠結作用把填充料等膠結成堅實整體。因此，塑料的性質主要取決于樹脂的性質。

　　②填料。又稱填充劑，其作用是提高塑料的強度和剛度，減少塑料在常溫下的蠕變(又稱冷流)現象及提高熱穩定性，對降低塑料制品的成本、增加產量有顯著的作用，提高塑料制品的耐磨性、導熱性、導電性及阻燃性，并可改善加工性能。

　　③增塑劑。其作用是提高塑料加工時的可塑性及流動性，改善塑料制品的柔韌性。

　　④著色劑。無機顏料不僅對塑料具有著色性，同時又兼有填料和穩定劑的作用。

　　⑤穩定劑。為延長塑料制品的使用壽命，通常在其組分中加入穩定劑。

　　2)工程中常用塑料制品。

　　①熱塑性塑料。

　　a.低密度聚乙烯(LDPE)又稱為高壓聚乙烯，低密度聚乙烯具有質輕、吸濕性小、良好的電絕緣性、延伸性和透明性強、較好的耐寒性和化學穩定性，但強度和耐環境老化性較差。一般用作耐蝕材料、小荷載零件(齒輪、軸承)及一般電纜包皮和農用薄膜等。

　　b.高密度聚乙烯(HDPE)。又稱為低壓聚乙烯，它是乙烯在催化劑存在下聚合制得，可采用注射、擠出、吹塑等方法成型。高密度聚乙烯具有良好的耐熱性和耐寒性;力學性能優于低密度聚乙烯，介電性能優良，但略低于低密度聚乙烯;耐磨性及化學穩定性良好，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，尺寸穩定性好。主要用于制作單口瓶、運輸箱、安全帽、汽車零件、儲罐、電纜護套、壓力管道及編織袋等。

　　c.聚丙烯(PP)。聚丙烯具有質輕、不吸水，介電性、化學穩定性和耐熱性良好(可在100%以上使用。若無外力作用，溫度達到150℃時也不會發生變形)，力學性能優良，但是耐光性能差、易老化、低溫韌性和染色性能不好。聚丙烯主要用于制作受熱的電氣絕緣零件、汽車零件、防腐包裝材料以及耐腐蝕的(濃鹽酸和濃硫酸除外)化工設備，如法蘭、齒輪、風扇葉輪、泵葉輪、接頭、把手和汽車方向盤調節蓋、各種化工容器、管道、閥門配件、泵殼等。

　　d.聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯剛度和強度比聚乙烯高，常見制品有硬、軟兩種。

　　加入增塑劑的為軟聚氯乙烯。未加的為硬聚氯乙烯。后者密度很小，抗拉強度較好，有良好的耐水性、耐油性和耐化學藥品侵蝕的件能，許多性能優于聚乙烯。

　　e.聚四氟乙烯(PTFE，F—4)俗稱塑料王，它是由四氟乙烯用懸浮法或分散法聚合而成，具有優良的耐高、低溫性能，可在-180～260℃的范圍內長期使用。幾乎耐所有的化學藥品，在侵蝕性極強的王水中煮沸也不起變化，摩擦系數極低，僅為0.04。它也不粘、不吸水、電性能優異。是目前介電常數和介電損耗最小的固體絕緣材料。

　　缺點是強度低、冷流性強。主要用于制作減摩密封零件、化工耐蝕零件、熱交換器及管、棒、板制品和各種零件，以及高頻或潮濕條件下的絕緣材料;分散法聚四氟乙烯可制成薄壁管、細棒、異型材、電線和電纜包覆層。

　　f.聚苯乙烯(PS)。是苯乙烯經本體或懸浮法聚合制得的均聚物。可采用注射、擠出、吹塑和發泡等方法成型，能切削加工和膠接。聚苯乙烯具有較大的剛度。聚苯乙烯密度小、常溫下較透明、幾乎不吸水、具有優良的耐蝕性、電阻高，是很好的隔熱、防振、防潮和高頻絕緣材料。

　　缺點是耐沖擊性差、不耐沸水、耐油性有限，但可改性。

　　可用于制造紡織工業中的紗管、紗錠和線軸，電子工業中的儀表零件、沒備外殼，化工中的儲槽、管道、彎頭等，是隔聲、包裝、打撈和救生等極好的材料。

　　g.ABS。普通ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。可采用注射、擠出、壓延、吹塑、發泡和真空成型等方法成型。其具有“硬、韌、剛”的混合特性，所以綜合機械性能良好。同時尺寸穩定，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械強度。此外，它的性能可以根據要求由改變單體的含量來進行調整。

　　h.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。俗稱有機玻璃。

　　②熱固性塑料。

　　a.酚醛模塑料(PF)。酚醛模塑料是以酚醛樹脂為基材，加入填料或添加劑制成的熱固性塑料。通常采用壓縮模塑熱成型。酚醛模塑料具有一定的機械強度(抗拉強度約40MN/㎡)和硬度、耐磨性好、絕緣性良好、擊穿電壓在l0kV以上、耐熱性較高、耐蝕性優良、尺寸基本穩定，但不耐強堿和酚類物質的侵蝕。

　　b.酚醛玻璃纖維增強塑料。

　　c.環氧樹脂(EP)

　　環氧樹脂強度較高，韌性較好;尺寸穩定性高和耐久性好;具有優良的絕緣性能，耐熱、耐寒，可在-80～155℃溫度范圍內長期工作;化學穩定性很高，成型工藝性能好。

　　缺點是有毒性。

　　環氧樹脂是很好的膠粘劑，對各種材料(金屬及非金屬)都有很強的膠粘能力。環氧樹脂可用于制作塑料模具、精密量具、灌封電器和電子儀表裝置、配制油船漆和罐頭涂料等。

　　d.呋喃樹脂。

　　它能耐強酸、強堿和有機溶劑腐蝕，并能適用于其中兩種介質的結合或交替使用的場合。

　　(2)橡膠。是一種具有良好耐酸、堿性能的高分子防腐蝕材料。橡膠分天然橡膠和合成橡膠兩大類。

　　(3)合成纖維。

　　工程中常用塑料制品分為熱塑性塑料和熱固性塑料。

　　常用的熱塑性塑料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE，F—4)俗稱塑料王、聚苯乙烯(PS)、ABS(是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗稱有機玻璃)等。

　　常用的熱固性塑料有酚醛模塑料(PF)(不耐強堿和酚類物質的侵蝕)、酚醛玻璃纖維增強塑料、環氧樹脂(EP)、呋喃樹脂、不飽和聚酯樹脂。

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