造价技术与计量安装精讲班05造价安装精讲班第5讲第一章安装工程材料4.docx
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造价技术与计量安装精讲班05造价安装精讲班第5讲第一章安装工程材料4
二、非金属材料
非金属材料也是重要的工程材料。
它包括无机非金属材料和高分子材料。
无机非金属材料包括耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀（酸）非金属材料和陶瓷材料等；高分子材料包括橡胶、塑料和合成纤维等。
（一）无机非金属材料
1.耐火材料
按耐火材料的主要化学特性分为酸性（硅砖和粘土砖为代表）、中性（以高铝质制品为代表，其主晶相是莫来石和刚玉）和碱性（以镁质制品为代表，它含氧化镁80%～85%以上，以方镁石为主晶相）。
2.耐热保温和绝热材料
（1）耐热保温材料
耐热保温材料又称为耐火隔热材料。
它是各种工业用炉的重要筑炉材料。
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。
（2）绝热材料
绝热材料一般是轻质、疏松、多孔的纤维状材料。
它既包括保温材料，也包括保冷材料。
1）按其成分不同，可分为有机材料和无机材料两大类。
热力设备及管道保温用的材料多为无机绝热材料，此类材料具有不腐烂、不燃烧、耐高温等特点。
如石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维、泡沫混凝土和硅酸钙等。
低温保冷工程多用有机绝热材料，此类材料具有表观密度小、导热系数低、原料来源广、不耐高温、吸湿时易腐烂等特点，如软木、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨基甲酸酯、牛毛毡和羊毛毡等。
2）按照绝热材料使用温度，可分为高温、中温和低温绝热材料。
高温用绝热材料，使用温度可在700℃以上。
这类纤维质材料有硅酸铝纤维和硅纤维等；多孔质材料有硅藻土、蛭石加石棉和耐热粘合剂等制品。
中温用绝热材料，使用温度在100～700℃之间。
中温用纤维质材料有石棉、矿渣棉和玻璃纤维等；多孔质材料有硅酸钙、膨胀珍珠岩、蛭石和泡沫混凝土等。
低温用绝热材料，使用温度在100℃以下的保冷工程中。
3.耐蚀（酸）非金属材料
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。
铸石是以辉绿岩、玄武岩、页岩等天然岩石为主要原料，经熔化、浇注、结晶、退火而成的一种硅酸盐结晶材料。
铸石具有极优良的耐磨性、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。
在各类酸碱设备中的应用效果，高于不锈钢、橡胶、塑性材料及其他有色金属十倍到几十倍；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，当不受冲击震动时，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。
它不仅具有高度的化学稳定性，还具有极高的导热性能。
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，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两倍多，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。
人造石墨材料的耐腐蚀性能良好，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。
（3）玻璃。
按形成玻璃的氧化物可分为硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃和铝酸盐玻璃等，其中硅酸盐玻璃是应用最为广泛的玻璃品种。
（4）天然耐蚀石料。
天然耐蚀石料组成中含SiO2的质量分数大于55.0%以上，其含量越高耐酸性能越好。
含MgO、CaO的质量分数在50.0%以上的石料，有较好的或好的耐碱性能，但不耐酸侵蚀。
而某些耐酸石料含SiO2虽然很高，由于结构致密也能耐碱侵蚀。
（5）水玻璃耐酸水泥。
水玻璃耐酸水泥具有能抵抗大多数无机酸和有机酸腐蚀的能力，但不耐碱。
4.陶瓷材料
陶瓷材料主要是以粘土为主要成分的烧结制品，它具有结构致密、表面平整光洁，耐酸性能良好等特点，工业中常用的有电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、结构陶瓷和耐酸陶瓷等。
例题1.腐蚀（酸）非金属材料的主要成分是金属氧化物、氧化硅和硅酸盐等。
下面选项中属于耐腐蚀（酸）非金属材料的是（）。
A.铸石
B.石墨
C.玻璃
D.陶瓷
【答案】ABC
【解析】常用的非金属耐蚀（酸）材料有铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。
例题2.某盐酸合成车间的换热器，其材质应选用（）。
A．高合金钢
B．铸石
C．石墨
D．耐蚀陶瓷
【答案】C
【解析】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，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两倍多，所以石墨材料常用来制造传热设备。
例题3.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
答案：
C
解析：
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。
例题4.在非金属材料中，具有较高的抗压、耐酸碱腐蚀、耐磨性能，并适用于高温条件，但其脆性大、承受冲击荷载的能力低，此种材料为（）。
A．石墨
B．玻璃
C．陶瓷
D．铸石
答案：
D
解析：
本题考点是非金属材料的性能和特点，具体考的是铸石。
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，当不受冲击震动时，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。
例题5.常用的隔热材料中，除硅藻土、矿渣棉、石棉以及其制品外，还有（）。
A．铸石B．蛭石
C．石墨D．玻璃
答案：
B
解析：
这道题的考点是非金属的种类及其主要材料。
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。
例题6.使用温度在700℃以上的高温用绝热材料包括（）。
（06年）
A.硅酸铝纤维B.硅藻土
C.蛭石D.膨胀珍珠岩
【答案】A、B、C
【思路】高温用绝热材料，使用温度可在700℃以上。
这类纤维质材料有硅酸铝纤维和硅纤维等；多孔质材料有硅藻土、蛭石加石棉和耐热粘合剂等制品。
例题7.使用温度在100~700℃之间的中温永绝热材料，其主要类别有（BCD）。
（07年）
A.硅藻土B.膨胀珍珠岩C.矿渣棉D.蛭石
例题8.某热力管道的介质工作温度为800℃，为了节能及安全，其外设计有保温层，该保温层宜选用的材料有（）。
（08年）
A.硅藻土B．矿渣棉
C.硅酸铝纤维D.泡沫混凝土
答案：
AC
解题思路：
高温用绝热材料，使用温度可在700℃以上。
这类纤维质材料有硅酸铝纤维和硅纤维等；多孔质材料有硅藻土、蛭石加石棉和耐热粘合剂等制品。
（二）高分子材料
1.高分子材料的基本概念
高分子材料一般分为天然和人工合成两大类。
天然高分子材料有蚕丝、羊毛、纤维素和橡胶以及存在于生物组织中的淀粉和蛋白质等。
工程上的高分子材料主要是人工合成的各种有机材料。
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
（1）质轻。
密度平均为1.45g/cm3，约为钢的l/5，铝的1/2；
（2）比强度高。
接近或超过钢材，是一种优良的轻质高强材料；
（3）有良好的韧性。
高分子材料在断裂前能吸收较大的能量；
（4）减摩、耐磨性好。
有些高分子材料在无润滑和少润滑的条件下，它们的耐磨、减摩性能是金属材料无法比拟的；
（5）电绝缘性好。
电绝缘性可与陶瓷、橡胶媲美；
（6）耐蚀性。
化学稳定性好，对一般的酸、碱、盐及油脂有较好的耐腐蚀性；
（7）导热系数小。
如泡沫塑料的导热系数只有0.02～0.046W/（m·K），约为金属的1/1500，是理想的绝热材料；
（8）易老化。
高分子材料在光、空气、热及环境介质的作用下，分子结构会产生逆变，机械性能变差，寿命缩短；
（9）易燃。
塑料不仅可燃，而且燃烧时发烟，产生有毒气体；
（10）耐热性。
高分子材料的耐热性是指温度升高时其性能明显降低的抵抗能力。
主要包括机械性能和化学性能两方面，而一般多指前者，所以耐热性实际常用高分子材料开始软化或变形的温度来表示。
（11）刚度小。
如塑料弹性模量只有钢材的1/10～1/20，且在长期荷载作用下易产生蠕变。
但在塑料中加入纤维增强材料，其强度可大大提高，甚至可超过钢材。
4.工程中常用高分子材料
（1）塑料
1）塑料的组成。
常用的塑料制品都是以合成树脂为基本材料，再按一定比例加入填料、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。
①树脂。
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。
填料又称填充剂，填料常占塑料组成的40%～70%。
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，并可提高塑料制品的耐磨性、导热性、导电性及阻燃性，改善加工性能。
③增塑剂。
增塑剂的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。
常用的增塑剂为酯类和酮类等。
④着色剂。
着色剂的种类按其在着色介质中或水中的溶解性分为染料和颜料两大类。
颜料分为有机和无机两种，与染料相比，其突出的特点是不溶于被着色介质或水中。
在塑料制品中，常用的是无机颜料。
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。
如炭黑既是颜料，又有光稳定作用。
⑤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。
它是高纯度乙烯在高压（130～250MPa）、高温（160～330℃）和引发剂存在下经聚合而制得的。
低密度聚乙烯具有质轻、吸湿性小、电绝缘性好、延伸性和透明性强、耐寒性好和化学稳定性强等特点，但其强度低、耐老化性能较差。
一般用作耐蚀材料、小荷载零件（齿轮、轴承）及电缆包皮等。
低密度聚乙烯是可燃物，其粉尘在空气中可燃烧、爆炸，故在储存和运输中应严防火种和高温。
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。
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，吸水性和水蒸汽渗透性很低，但耐老化性能较差，表面硬度高，尺寸稳定性好。
高密度聚乙烯主要用于制作单口瓶、运输箱、储罐、电缆护套、压力管道等。
c聚丙烯（PP）。
聚丙烯是由丙烯聚合而得的结晶型热塑性塑料。
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、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、各种化工容器、管道、阀门配件、泵壳等。
使用温度为-30～100℃。
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。
因此，硬聚氯乙烯塑料常被用来制作化工、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。
另外，硬聚氯乙烯塑料板在常温下容易加工，又有良好的热成型性能，工业用途很广。
软聚氯乙烯塑料常制成薄膜，用于工业包装等，但不能用来包装食品，因增塑剂或稳定剂有毒，能溶于油脂中，污染食品。
e聚四氟乙烯（PTFE，F-4）。
聚四氟乙烯俗称塑料王，它是由四氟乙烯用悬浮法或分散法聚合而成，具有非常优良的耐高、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。
聚四氟乙烯不吸水、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、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）。
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、防震、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。
可用以制造电子工业中的仪表零件、设备外壳；化工中的储槽、管道、弯头等。
gABS。
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。
。
丙烯腈的增加，可提高塑料的耐热、耐蚀性和表面硬度；丁二烯可提高弹性和韧性；苯乙烯则可改善电性能和成型能力。
h聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。
俗称亚克力或有机玻璃，其透明度比无机玻璃还高，透光率达92%；密度只有后者的一半，为1.18g/cm3。
机械性能比普通玻璃高得多（与温度有关），拉伸强度为50~80MN/m2。
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。
在80℃开始软化，在105~150℃间塑性良好，可以进行成型加工。
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。
此外，易溶于有机溶液中。
②热固性塑料
a酚醛树脂（PF）
b环氧树脂（EP）
c呋喃树脂
d不饱和聚酯树脂
了解以上各种塑料的主要特性。
（2）橡胶
1）天然橡胶（NR）
2）丁基橡胶（IIR）
3）氯丁橡胶（CR）
4）氟硅橡胶（MFQ）
了解以上各种橡胶的主要特性。
（3）合成纤维
合成纤维具有强度高、密度小、耐磨和不霉不腐等特点，广泛用于制作衣料。
在工农业生产、交通运输及国防建设上也发挥了很大作用。
例题1.聚苯乙烯属于一种热塑性塑料，其主要特点包括（）。
A.具有较大的刚度和较高的密度
B.具有优良的耐蚀性，几乎不吸水
C.具有良好的隔热、防振和高频耐缘性能
D.耐冲击性差，不耐沸水，耐油性有限
【答案】BCD
【解析】聚苯乙烯具有较大的刚度，其密度小，常温下透明，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。
例题2.在高分子材料的特性中，比较突出的性能为（ ）。
A．比强度低 B．导热系数大
C．减摩、耐磨性好 D．不易老化
答案：
C．减摩、耐磨性好
解析：
高分子材料的基本性能及特点
（1）质轻。
密度平均为1.45g/cm3，约为钢的l/5，铝的1/2；
（2）比强度高。
接近或超过钢材，是一种优良的轻质高强材料；
（3）有良好的韧性。
高分子材料在断裂前能吸收较大的能量；
（4）减摩、耐磨性好。
有些高分子材料在无润滑和少润滑的条件下，它们的耐磨、减摩性能是金属材料无法比拟的；
（5）电绝缘性好。
电绝缘性可与陶瓷、橡胶媲美；
（6）耐蚀性。
化学稳定性好，对一般的酸、碱、盐及油脂有较好的耐腐蚀性；
（7）导热系数小。
如泡沫塑料的导热系数只有0.02～0.046W/（m·K），约为金属的1/1500，是理想的绝热材料；
（8）易老化。
高分子材料在光、空气、热及环境介质的作用下，分子结构会产生逆变，机械性能变差，寿命缩短；
（9）易燃。
塑料不仅可燃，而且燃烧时发烟，产生有毒气体；
（10）耐热性。
高分子材料的耐热性是指温度升高时其性能明显降低的抵抗能力。
主要包括机械性能和化学性能两方面，而一般多指前者，所以耐热性实际常用高分子材料开始软化或变形的温度来表示。
（11）刚度小。
如塑料弹性模量只有钢材的1/10～1/20，且在长期荷载作用下易产生蠕变。
但在塑料中加入纤维增强材料，其强度可大大提高，甚至可超过钢材。
例题3.安装工程中常用的聚苯乙烯（PS）材料，其使用特征有（）。
A．具有较大的刚度
B．不耐沸水
C．耐油性好
D．高频绝缘性好
【答案】ABD
【解析】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、防震、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。
例题4.在热塑性工程塑料中，具有质轻、不吸水，介电性、化学稳定性、耐热性、力学性能优良等特点，但是耐光性能差，易老化、低温韧性和染色性能不好。
此种塑料为（）。
A．聚丙烯B．聚氯乙烯
C．低密度聚乙烯D．高密度聚乙烯
答案：
A
解析：
这道题的考点是高分子材料中常用塑料的性能。
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。
使用温度为-30~100℃。
三、复合材料
（一）复合材料组成、分类和特点
复合材料中至少包括基体相和增强相两大类。
基体相起粘结、保护增强相并把外加荷载造成的应力传递到增强相上去的作用，基体相可以由金属、树脂和陶瓷等构成，在承载中，基体相承受应力作用的比例不大；增强相是主要承载相，并起着提高强度（或韧性）的作用，增强相的形态各异，有纤维状、细粒状和片状等。
与普通材料相比，复合材料具有许多特性，可改善或克服单一材料的弱点，充分发挥各材料的优势，并赋予材料新的性能；可按照构件的结构和受力要求，给出预定的分布合理的配套性能，进行材料最佳性能设计等。
具体表现在：
（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。
（7）较优良的减摩性、耐磨性、自润滑性和耐蚀性。
同时由于复合材料构件制造工艺简单，表现出良好的工艺性能，适合整体成型。
在制造复合材料的同时，也就获得了制件，从而减少了零部件、紧固件和接头的数目，并可节省原材料和工时。
（二）复合材料基体
（1）树脂基体。
树脂基复合材料是复合材料中最主要的一类，通常称为增强塑料。
（2）金属基体。
金属基复合材料主要有三类：
颗粒增强、短纤维或晶须增强、连续纤维或薄片增强。
多种金属及其合金可用作基体材料。
（3）陶瓷基体。
制作陶瓷基复合材料的主要目的是增加韧性。
适用陶瓷基复合材料的基体材料主要有氧化物陶瓷基体（氧化铝陶瓷基体和氧化锆陶瓷基体等）。
非氧化物陶瓷基体（氮化硅陶瓷基体、氮化铝陶瓷基体、碳化硅陶瓷基体及石英玻璃）
（三）复合材料增强体
（1）纤维增强体。
（2）颗粒增强体。
（3）片状增强体。
（四）复合材料应用
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