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　　非金属材料

　　非金属材料也是重要的工程材料。它包括耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀(酸)非金属材料和陶瓷材料等。

　　1.耐火材料

　　能承受高温作用而不易损坏的材料，称为耐火材料。

　　(1)耐火材料的主要性能指标和分类：

　　1)耐火材料的主要性能指标。

　　①耐火度。

　　②荷重软化温度。

　　③高温化学稳定性。

　　④抵抗温度变化的能力越好，则耐火材料在经受温度急剧变化时越不易损坏。

　　⑤抗压强度要好。

　　⑥密度和比热容。密度和比热容要小，这样可以减少耐火材料加热时吸收的热量，使加热速度加快，但是密度小时，耐火材料的强度较低。

　　⑦热导率要小，隔热性能要好，电绝缘性能要好。

　　2)耐火材料的分类。

　　①耐火砌体材料。

　　②耐火水泥及混凝土。

　　2.耐火隔热材料

　　耐火隔热材料，又称为耐热保温材料。它是各种工业用炉(冶炼炉、加热炉、锅炉炉膛)的重要筑炉材料。常用的隔热材料有硅藻土、蛭石、玻璃纤维(又称矿渣棉)、石棉，以及它们的制品如板、管、砖等。

　　(1)硅藻土耐火隔热保温材料。

　　(2)硅酸铝耐火纤维。

　　(3)微孔硅酸钙保温材料。

　　(4)矿渣棉制品。

　　3.耐蚀(酸)非金属材料

　　耐蚀(酸)非金属材料的组成主要是金属氧化物、氧化硅和硅酸盐等。常用的非金属耐蚀材料有铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。

　　(1)铸石。铸石具有极优良的耐磨与耐化学腐蚀性、绝缘性及较高的抗压性能。其耐磨性能比钢铁高十几倍至几十倍。在各类酸碱设备中，其耐腐蚀性比不锈钢、橡胶、塑性材料及其他有色金属高得多，但脆性大、承受冲击荷载的能力低。因此，在要求耐蚀、耐磨或高温条件下，当不受冲击振动时，铸石是钢铁(包括不锈钢)的理想代用材料，不但可节约金属材料、降低成本，而且能有效地提高设备的使用寿命。

　　(2)石墨

　　关键知识点二：耐蚀(酸)非金属材料及其特性——其中的石墨是重点

　　石墨材料具有高熔点(3700℃)，在高温下有高的机械强度。当温度增加时，石墨的强度随之提高。石墨在3000℃以下具有还原性，并且在中性介质中有很好的热稳定性。

　　在急剧改变温度的条件下，石墨比其他结构材料都稳定，不会炸裂破坏，石墨的导热系数比碳钢大2倍多，所以，石墨材料常用来制造传热设备。

　　石墨具有良好的化学稳定性。除了强氧化性的酸(如硝酸、铬酸、发烟硫酸和卤素)之外，在所有的化学介质中都很稳定，甚至在熔融的碱中也很稳定。

　　石墨按来源不同可分为天然石墨和人造石墨。

　　【2009年单选题】在熔融的碱液中仍具有良好化学稳定性的非金属材料为(　)。

　　A.铸石

　　B.玻璃

　　C.石墨

　　D.水玻璃型耐蚀石料

　　[答疑编号502008010103]

　　『正确答案』C

　　『答案解析』参见教材P15。

　　(3)玻璃。不耐氢氟酸、热磷酸和热浓碱液的腐蚀。一般用作制造化学仪器和高级玻璃制品、无碱玻璃纤维、耐热用玻璃和绝缘材料等。

　　(4)天然耐蚀石料。天然耐蚀石料的组成含二氧化硅的质量分数一般大于55%，且其含量越高耐酸性能越好。含氧化镁、氧化钙的质量分数在50% >以上的石料，有较好的或好的耐碱性能，但不耐酸侵蚀。

　　(5)水玻璃型耐酸水泥。具有能抗大多数无机酸和有机酸腐蚀的能力，但不耐碱。能在空气中硬化，具有抵抗大多数无机酸和有机酸腐蚀的能力。用于硫酸、盐酸、磷酸(除30℃以上热磷酸)、醋酸、氯气、二氧化硫、三氧化硫、蚁酸和草酸等生产设备。

　　4.陶瓷材料

　　陶瓷材料属于硅酸盐材料。陶瓷材料有着许多区别于其他材料的物理化学性能。比如高温化学稳定性、超硬的特点和极好的耐腐蚀性能。

　　(1)陶瓷材料的分类。它们可用于制造某些工业构件、零件和工具。陶瓷的种类很多，但缺乏统一的分类方法，按照习惯，陶瓷一般分为普通陶瓷和新型陶瓷两大类。

　　(2)常用的陶瓷材料。在工程中常用的陶瓷有电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、结构陶瓷和耐酸陶瓷等。

　　关键知识点三：高分子材料的特性及其中的各种塑料的特性(2009年没有考，以前常考)

　　1.高分子材料具有较高的强度、良好的塑性、较强的耐腐蚀性能、很好的绝缘性和重量轻等优良性能，在工程上是发展最快的一类新型结构材料。

　　高分子材料的基本性能及特点：

　　(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。

　　2.塑料是一种以树脂为主要成分的多组分材料，但也有少部分塑料制品例外。

　　①树脂。有合成树脂和天然树脂之分，在所有的塑料制品中几乎都是采用合成树脂。

　　树脂是塑料组成材料中的基本组分，在一般塑料中约占30%～60%，有的甚至更多。

　　树脂在塑料中主要起胶结作用，通过胶结作用把填充料等胶结成坚实整体。因此，塑料的性质主要取决于树脂的性质。

　　②填料。又称填充剂，其作用是提高塑料的强度和刚度，减少塑料在常温下的蠕变(又称冷流)现象及提高热稳定性，对降低塑料制品的成本、增加产量有显著的作用，提高塑料制品的耐磨性、导热性、导电性及阻燃性，并可改善加工性能。

　　③增塑剂。其作用是提高塑料加工时的可塑性及流动性，改善塑料制品的柔韧性。

　　④着色剂。无机颜料不仅对塑料具有着色性，同时又兼有填料和稳定剂的作用。

　　⑤稳定剂。为延长塑料制品的使用寿命，通常在其组分中加入稳定剂。

　　2)工程中常用塑料制品。

　　①热塑性塑料。

　　a.低密度聚乙烯(LDPE)又称为高压聚乙烯，低密度聚乙烯具有质轻、吸湿性小、良好的电绝缘性、延伸性和透明性强、较好的耐寒性和化学稳定性，但强度和耐环境老化性较差。一般用作耐蚀材料、小荷载零件(齿轮、轴承)及一般电缆包皮和农用薄膜等。

　　b.高密度聚乙烯(HDPE)。又称为低压聚乙烯，它是乙烯在催化剂存在下聚合制得，可采用注射、挤出、吹塑等方法成型。高密度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，尺寸稳定性好。主要用于制作单口瓶、运输箱、安全帽、汽车零件、储罐、电缆护套、压力管道及编织袋等。

　　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(可在100%以上使用。若无外力作用，温度达到150℃时也不会发生变形)，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。聚丙烯主要用于制作受热的电气绝缘零件、汽车零件、防腐包装材料以及耐腐蚀的(浓盐酸和浓硫酸除外)化工设备，如法兰、齿轮、风扇叶轮、泵叶轮、接头、把手和汽车方向盘调节盖、各种化工容器、管道、阀门配件、泵壳等。

　　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。

　　加入增塑剂的为软聚氯乙烯。未加的为硬聚氯乙烯。后者密度很小，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件能，许多性能优于聚乙烯。

　　e.聚四氟乙烯(PTFE，F—4)俗称塑料王，它是由四氟乙烯用悬浮法或分散法聚合而成，具有优良的耐高、低温性能，可在-180～260℃的范围内长期使用。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。它也不粘、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。主要用于制作减摩密封零件、化工耐蚀零件、热交换器及管、棒、板制品和各种零件，以及高频或潮湿条件下的绝缘材料;分散法聚四氟乙烯可制成薄壁管、细棒、异型材、电线和电缆包覆层。

　　f.聚苯乙烯(PS)。是苯乙烯经本体或悬浮法聚合制得的均聚物。可采用注射、挤出、吹塑和发泡等方法成型，能切削加工和胶接。聚苯乙烯具有较大的刚度。聚苯乙烯密度小、常温下较透明、几乎不吸水、具有优良的耐蚀性、电阻高，是很好的隔热、防振、防潮和高频绝缘材料。

　　缺点是耐冲击性差、不耐沸水、耐油性有限，但可改性。

　　可用于制造纺织工业中的纱管、纱锭和线轴，电子工业中的仪表零件、没备外壳，化工中的储槽、管道、弯头等，是隔声、包装、打捞和救生等极好的材料。

　　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、挤出、压延、吹塑、发泡和真空成型等方法成型。其具有“硬、韧、刚”的混合特性，所以综合机械性能良好。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。此外，它的性能可以根据要求由改变单体的含量来进行调整。

　　h.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。俗称有机玻璃。

　　②热固性塑料。

　　a.酚醛模塑料(PF)。酚醛模塑料是以酚醛树脂为基材，加入填料或添加剂制成的热固性塑料。通常采用压缩模塑热成型。酚醛模塑料具有一定的机械强度(抗拉强度约40MN/㎡)和硬度、耐磨性好、绝缘性良好、击穿电压在l0kV以上、耐热性较高、耐蚀性优良、尺寸基本稳定，但不耐强碱和酚类物质的侵蚀。

　　b.酚醛玻璃纤维增强塑料。

　　c.环氧树脂(EP)

　　环氧树脂强度较高，韧性较好;尺寸稳定性高和耐久性好;具有优良的绝缘性能，耐热、耐寒，可在-80～155℃温度范围内长期工作;化学稳定性很高，成型工艺性能好。

　　缺点是有毒性。

　　环氧树脂是很好的胶粘剂，对各种材料(金属及非金属)都有很强的胶粘能力。环氧树脂可用于制作塑料模具、精密量具、灌封电器和电子仪表装置、配制油船漆和罐头涂料等。

　　d.呋喃树脂。

　　它能耐强酸、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。

　　(2)橡胶。是一种具有良好耐酸、碱性能的高分子防腐蚀材料。橡胶分天然橡胶和合成橡胶两大类。

　　(3)合成纤维。

　　工程中常用塑料制品分为热塑性塑料和热固性塑料。

　　常用的热塑性塑料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE，F—4)俗称塑料王、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，俗称有机玻璃)等。

　　常用的热固性塑料有酚醛模塑料(PF)(不耐强碱和酚类物质的侵蚀)、酚醛玻璃纤维增强塑料、环氧树脂(EP)、呋喃树脂、不饱和聚酯树脂。

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