發(fā)布時間： 2016年11月17日
(二)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(wěn)定性。
④抵抗溫度變化的能力越好，則耐火材料在經(jīng)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(yè)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(yōu)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(jié)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(wěn)定性。
在急劇改變溫度的條件下，石墨比其他結構材料都穩(wěn)定，不會炸裂破壞，石墨的導熱系數(shù)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(wěn)定性。除了強氧化性的酸(如硝酸、鉻酸、發(fā)煙硫酸和鹵素)之外，在所有的化學介質中都很穩(wěn)定，甚至在熔融的堿中也很穩(wěn)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(wěn)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(chǎn)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(qū)別于其他材料的物理化學性能。比如高溫化學穩(wěn)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(yè)構件、零件和工具。陶瓷的種類很多，但缺乏統(tǒng)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?？?
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(yōu)良性能，在工程上是發(fā)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(shù)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(xiàn)象及提高熱穩(wěn)定性，對降低塑料制品的成本、增加產(chǎn)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(wěn)定劑的作用。
⑤穩(wěn)定劑。為延長塑料制品的使用壽命，通常在其組分中加入穩(wěn)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(wěn)定性，但強度和耐環(huán)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(nóng)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(yōu)于低密度聚乙烯，介電性能優(yōu)良，但略低于低密度聚乙烯;耐磨性及化學穩(wěn)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(wěn)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(wěn)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(fā)生變形)，力學性能優(yōu)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(jié)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(yōu)于聚乙烯。
e.聚四氟乙烯(PTFE，F(xiàn)—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(yōu)良的耐高、低溫性能，可在-180～260℃的范圍內(nèi)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(shù)極低，僅為0.04。它也不粘、不吸水、電性能優(yōu)異。是目前介電常數(shù)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(jīng)本體或懸浮法聚合制得的均聚物?？刹捎米⑸?、擠出、吹塑和發(fā)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(yōu)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(yè)中的紗管、紗錠和線軸，電子工業(yè)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?？刹捎米⑸?、擠出、壓延、吹塑、發(fā)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(wěn)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(jù)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(yōu)良、尺寸基本穩(wěn)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(huán)氧樹脂(EP)
環(huán)氧樹脂強度較高，韌性較好;尺寸穩(wěn)定性高和耐久性好;具有優(yōu)良的絕緣性能，耐熱、耐寒，可在-80～155℃溫度范圍內(nèi)長期工作;化學穩(wěn)定性很高，成型工藝性能好。
缺點是有毒性。
環(huán)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(huán)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(xiàn)—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(huán)氧樹脂(EP)、呋喃樹脂、不飽和聚酯樹脂。
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