常用有机非金属材料.docx

常用有机非金属材料.docx

《常用有机非金属材料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常用有机非金属材料.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

常用有机非金属材料

常用有机非金属材料

1．非金属材料的特点和分类    

（1）特点 非金属材料具有金属所不具备的特点，主要表现在以下几方面。

   a．耐蚀性良好 在许多场合，非金属材料能起到金属材料，包括贵金属材料起不到的作用。

例如聚四氟乙烯可以平安地应用于高温十高腐蚀性的介质中，包括耐王水的腐蚀；相反，白金和黄金却会溶解于王水中。

聚氯乙烯、玻璃钢、玻璃、搪瓷等是耐盐酸腐蚀的，而不锈钢却不能应用于盐酸介质中。

   b．原料来源丰富，价格比拟廉价 石灰石、石材、食盐、天然气、石油裂解气和农副产品等，都是非金属材料取之不尽，用之不竭的原料。

因此，多数非金属材料的价格相比照拟廉价。

   但是，非金属材料的机械强度较低、刚性较小，在长时间载荷下，容易发生形变与破坏。

除石墨以外，导热性不良，耐热性、热稳定性低。

（2）非金属材料的分类 非金属材料的种类很多。

按常用的非金属材料的化学组成，可分为有机非金属材料和无机非金属材料。

   a．有机非金属材料 包括塑料、橡胶、涂料、木材等。

   b．无机非金属材料 工业上常用的无机非金属材料有硅酸盐材料、石墨、铸石等。

   2．塑料   

（1）塑料的组成 塑料是以合成树脂为主要原料，参加必要的添加剂，在二定的温度和压力条件下，塑制而成的具有一定塑性的材料。

塑料的主要成分是树脂；塑料的性质主要由树脂决定的。

为子满足各种实际应用的要求，往往要加人必要的添加剂，以改善性能，塑料中常用到的添加剂有：

   a．填充剂 可改善塑料的强度、刚性、抗冲击韧性、耐热性等物理、机械性能。

一般选用碳纤维、玻璃纤维、石墨、云母、辉绿岩粉和金属粉等。

所用质量分数一般在50％以下。

   b．稳定剂 可抑制塑料在加工和使用过程中，因光和热等的作用引起的性质变化，延长其使用寿命。

常用的有硬脂酸钡、硬脂酸铅等金属盐和紫外线吸收剂等。

   c．增塑剂 可使塑料在加工过程中易于塑化，增加制品的柔软性。

例如，邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、癸二酸二辛酯和磷酸三丁酯等。

   d．着色剂 可改变塑料制品的色泽。

   e．润滑剂 用以防止塑料在加工过程中粘附于模具和设备上；以便于脱模，使制品的外表光洁。

常用的有硬脂酸及其盐等。

（2）塑料的特性    

   a．轻质 无填料的塑料的相对密度在0．82～22之间，是钢铁的1/8～1/4。

有填料的塑料的相对密度也只有铝的1／2。

因此，塑料的比强度反而比金属大。

表2-2列出局部增强塑料和几种金属的比强度。

   表2-2 局部金属和增强塑料的比强度  

   ①抗强度指塑料在受拉时，抵抗被扯断的能力，用kg/cm2表示。

   b．耐腐蚀性良好 塑料在水、水蒸气、酸、碱、盐、汽抽等化学介质中；大多比拟稳定，不起化学变化。

在某些强腐蚀性介质中，有的塑料的耐蚀性甚至超过某些贵金属。

因此，在工业生产中，许多设备是由塑料制造的。

所谓“塑料王〞一聚四氟乙烯，在很宽的温度围，对许多强腐蚀性的优学介质，甚至王水是稳定的。

  [page]

   c．加工和成型的工艺性能良好 塑料的加工成型方法很多，而且加工方法简单。

热塑性的塑料在很短的时间即可成型出制品。

比金属加工成零件的车、铣、刨、钻、磨等工序简单得多。

塑料也可以采用机加工，大多数塑料便于焊接。

   d．优良的电绝缘性 大多数塑料有优良的电绝缘性，在高频电压下，可以作为电容器的介电材料和绝缘材料，也可以应用于电视、雷达等装置中。

   e．摩擦系数小，润滑性能好 因此塑料制成的机械传动部件，机械动力的损耗小，有的甚至可以不加润滑剂，或用水润滑即可。

这是金属材料所无法相比的。

   f．热性能不好，耐热性差 大多数塑料的耐热性差，一般只可在100℃以下使用，有的使用温度不能超过60℃，少数可以在200℃左右的条件下使用。

高于这些温度，塑料即软化、变形、甚至丧失使用性能。

   g．塑料较容易变形 大多数塑料比金属容易变形，这是作为工程材料的塑料的最大缺点。

金属材料在较高温度下，才有显著的蠕变现象；而塑料即使在室温下，经过长时间受力，也会缓慢变形厂并随温度升高，蠕变加剧。

热塑性塑料的蠕变更为严重。

添加填料，或使用金属、玻璃纤维、碳纤维等增强材料的塑料，可使所受外力分布到较大的面积上，蠕变会减轻。

   h．塑料会逐步老化 塑料制品在使用中，由于大气中氧气、臭氧、光、热等以及各类机械力的作用，又有树脂部微量杂质的存在，塑料的性能变坏，甚至丧失使用价值，即为塑料的老化。

当然，如果在塑料中加人一些防老剂，或者在塑料的外表喷涂防老剂广阻隔或减轻光和热的作用，可以减缓塑料的老化速度，延长使用寿命。

   （3）塑料的分类 塑料的种类很多，有多种分类方法，常按其受热后的性能变化，分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。

    a．热塑性塑料

   （a）聚氯乙烯（PVC） 是应用最广的塑料品种。

聚氯乙烯树脂是由聚氯乙烯单体聚合而成的。

按照其增塑剂用量的不同，分为硬聚氯乙烯和软聚氯乙烯，前者在100份重的树脂中所加增塑剂<5份；后者所加增塑剂达30～70份。

   物理性能：

硬聚氯乙烯的相对密度1．35～1．60，是碳钢的1／5；软聚氯乙烯的相对密度为1．2～1．4。

   硬聚氯乙烯的吸水率很低，长期浸于水中的吸水率<0．5％；浸水24h，吸水率为0．05％。

聚氯乙烯的透气率很低。

   聚氯乙烯的玻璃态温度为80～85℃，粘流态温度180℃，‘分解温度240～260℃（含稳定剂），脆化温度为-50～-60℃。

   硬聚氯乙烯的建议使用温度围，原那么上在脆化温度和玻璃态温度之间，即在—50—80％可保持其使用性能。

如果在50℃以上使用，应采取必要的措施。

   不加稳定剂的纯聚氯乙烯，在150℃时开场分解，放出氯化氢，并进一步加速自身的分解；超过180℃分解更快。

加稳定剂的聚氯乙烯，分解温度升高到240～260℃，但是如果在220℃长期使用，也会分解出氯化氢，材料的颜色由深灰色变为黄棕色，甚至黑色。

因此，在焊接时，应尽量防止此种现象的产生。

   硬聚氯乙烯的线膨胀系数为（5～6）X10-5／℃，比碳钢大5-6倍。

因此，架设聚氯乙烯管道时，应安装膨胀节或加强支撑，以防止变形。

在用聚氯乙烯做衬里，或与其他材料粘接时，应考虑受热时可能产生的剥离现象。

   聚氯乙烯在压制成型过程中，残存应力。

因此，在受热时的收缩率比拟大，纵向约为1％～6％，横向为、1％～2％，在下料时应该考虑到。

    [page]

   化学性能聚氯乙烯的分子链上不含活性基团，因此有较高的化学稳定性。

   硬聚氯乙烯在50℃以下；除了强氧化剂（如发烟硫酸；质量分数>50％的硝酸）以外，能耐大多数酸、碱、盐的腐蚀。

50℃以上的浓硫酸和硝酸，使聚氯乙烯首先形成羧基；进而氧化裂解形成羰’基或醛基，而受到破坏。

   （b）聚乙烯（PE） 是乙烯单体的聚合体。

按其聚合条件的不同，可以分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚乙烯。

   高压聚乙烯分子有较多的支链，相对密度较小，故又称为低密度聚乙烯；低压聚乙烯分子的支链较少，相对密度较大，所以又称为高密度聚乙烯。

由中压法也可以制得高密度聚乙烯。

   物理机械性能 聚乙烯的物理机械性能受其结晶度的影响较大。

它属于非极性高分子化合物，分子问作用力较小，因此其抗拉强度只有硬聚氯乙烯的20％～65％，弹性模量只有硬聚氯乙烯的5％～25％。

其玻璃化温度较低（-68℃），因此它的抗冲击性能和韧性比聚氯乙烯强。

在无载荷和短期，高密度聚乙烯可耐100℃，低密度聚乙烯可耐75℃；在高温和载荷作用下，产生变形，长期使用不可超过65℃。

耐寒性较好，最低使用温度为—70℃。

   化学性能 耐蚀性优良，对非氧化性酸（盐酸、稀硫酸、氢氟酸等），稀硝酸、碱和盐溶液具有良好耐腐蚀性。

   在常温下，脂肪烃、

芳香烃和卤代烃等有机溶剂能使其溶胀。

它可以耐受60℃以下的其他大多数溶剂。

但是，当有外应力时，有些挥发性溶剂和它的蒸汽以及某些外表活性剂会使聚乙烯发生环境应力开裂。

空气中的氧会使聚乙烯缓慢降解、褪色甚至变脆、开裂，热、紫外线、高能辐射会加速这种变化。

含质量分数2％的炭黑的聚乙烯的抗紫外线能力较强。

   （c）聚丙烯（PP） 是丙烯单体的聚合物，是一种结晶聚合物。

共结晶构造比拟复杂；在不同条件下会生成不同形态的结晶。

而不同结晶度、结晶形态和晶球大小，对其性能有很大影响。

结晶度高的，球晶大，材料的熔点高，强度大，刚性强，但是脆性大，冲击强度小；反之，强度小，刚性弱，但是韧性大，冲击强度大。

   物理机械性能 聚丙烯的相对密度0．9～0．91，是商品塑料中最轻的一种。

相对密度轻，比强度大。

   聚丙烯是非极性的材料，分子间作用力较小，抗拉强度比聚氯乙烯低得多；但是因其结晶度较高，仍有一定强度。

其弹性模量较低，在外力作用下容易变形。

在高温条件下使用，应加以改性，或采取外部增强措施。

   聚丙烯的外表光滑，不易结垢；无毒；吸水性小，外表的非极性致使其粘结性和印刷性不良，须进展化学或物理处理。

   聚丙烯的结晶性影响其耐热性。

聚丙烯从其玻璃化温度-10℃至熔点175℃以下，都有良好的结晶构造和一定的强度。

因此，如果无外力，许可使用的最高温度是120℃。

其高温性能比聚氯乙烯好，但是低温性能不及聚氯乙烯。

耐寒性较差，温度低于0℃，接近-10℃时，聚丙烯变脆抗冲击强度明显下降。

   聚丙烯的热分解温度约400℃，但是在高温环境和光的照射下，会发生氧化分解，因此热稳定性较差。

当与铜和黄铜等金属接触时，会促进其热氧老化，使热分解温度降低，在应用中应尽量防止与这些金属接触。

   聚丙烯的热膨胀系数很大，是碳钢的5～10倍，是聚氯乙烯的两倍。

在使用时应加以注意。

   聚丙烯的导热性能和它的相对密度有关i其相对密度比低密度聚乙烯还低，导热性小于聚乙烯。

其导热系数为8．7923X10-5W／m·K，是良好的绝热保温材料。

   化学性能 聚丙烯的耐化学品性能优良，在80℃以下，能耐许多酸、碱、盐溶液和有机溶剂。

例如，100℃以下的浓磷酸，质量分数40％的以下的硫酸，除浓醋酸和丙烯酸以外：

的羧酸、醇、醛、酚、酮等极性溶剂等。

但是，即使在常温下；也不能在发烟硫浓硝酸和氯磺酸等强氧化性；酸的介质中使用心常；温下的氯代烃、芳香烃会引起聚丙烯的溶胀，当温，度提高蓟80℃以上，甚至会溶解。

  [page] 

   聚丙烯耐环境应力开裂的性能优于聚乙烯于在许多溶剂、去污洗涤剂中不发生应力开裂，但是，乙三醇、蓖麻油和某些非离子外表活性剂却可能引起应力开裂，在清洗中应加以注意。

   （d）氯化聚醚（CPE） 又称为聚氯醚，是一种非极性、结晶型的高分子材料。

   物理机械性能 耐温变性、抗蠕变性、抗冲击性、耐磨性和尺寸稳定性良好。

加工成型性能良好，可以使用注塑、挤出、模压、压延、热焊接、粘接和溶剂溶接等方法加工成型。

成型中几乎不产生应力，制件很少发生开裂现象。

在沸水中浸泡24h，尺寸无变化。

在一般的情况下，成型收缩率约0．6％左右。

吸水率一般小于0．01％。

使用温度围为-30～120℃。

   化学性能 抗潮湿，即使在潮湿的情况下，也能保持良好的机械性能。

耐腐蚀性仅次于聚四氟乙烯，除了浓硫酸、浓硝酸等强氧化性酸外，耐各种酸、碱、盐和大多数有机溶剂的侵蚀。

但是，氯化聚醚不耐氟、氯、溴的腐蚀，会溶解于高温的吡啶、四氢呋喃中。

   （e）聚苯硫醚（PPS） 又称为聚苯撑硫，是一种线形结晶高聚物i有优良