非金属材料及其应用范围

非金属材料是指除金属材料和复合材料以外的其他材料。由于非金属材料的原料来源广，易成形，并具有金属材料所不及的某些特殊性能，因而应用很广泛。

一、工程塑料

工程塑料是一类以天然或合成树脂为主要成分，在一定的温度和压力下塑制成形，并在常温下保持其形状不变的材料。

1.塑料的分类

（1）按树脂在加热和冷却时所表现出的性能分类。

①热塑性塑料。热塑性塑料的特点是加热时软化，可塑造成形，冷却后则变硬，此过程可反复进行，其基本性能不变。这类塑料的加工成形简便，具有较高的力学性能，但耐热性和刚性较差，使用温度＜120℃，可直接注射、挤出、吹塑成形。常用的热塑性塑料有尼龙（聚酰胺）、聚乙烯、有机玻璃等。

②热固性塑料。热固性塑料的特点是初加热时软化，可塑制成形，冷凝固化后成为坚硬的制品，若再加热，则不软化，不溶于溶剂中，不能再成形。这类塑料具有抗蠕变性强、受压不易变形、耐热性较高等优点，但强度低，成形工艺复杂。常用的热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂、氨基塑料等。

（2）按塑料应用范围分类。

①通用塑料。通用塑料是指产量大（占总产量的75%以上）、用途广、通用性强、价格低而受力不大的一类塑料。常用的有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、酚醛塑性等。通用塑料主要用于制作生活用品、包装材料和一般小型零件。

②工程塑料。工程塑料是指具有优异的力学性能、绝缘性、化学性能、耐热性和尺寸稳定性的一类塑料。工程塑料的产量较小，价格较高。常用的工程塑料有聚酰胺（尼龙）、聚甲醛、ABS、有机玻璃等。工程塑料主要用于制作机械零件和工程结构件。

2.塑料的特性及用途

塑料密度小、比强度高，表面密实光滑，摩擦系数小，防水，气密，耐磨，消声吸振性好，耐腐蚀性好，绝缘性好以及成形工艺简单。但耐热性低，易蠕变，易燃烧，易老化，导热性差。塑料主要用作绝缘材料、建筑材料、工业结构材料和零件、日用品等。

二、橡胶

1.橡胶的组成和性能

橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分子材料。生胶是指未加配合剂的天然橡胶或合成橡胶，它也是将配合剂和骨架材料黏成一体的黏结剂。

橡胶的性能特点是在很宽的温度范围内（－50℃～150℃）具有高弹性，同时具有优良的伸缩性和吸振能力，良好的隔声性、阻尼性、耐磨性和挠性，优良的电绝缘性、不透水性和不透气性，一定的强度和硬度。但一般橡胶的耐蚀性较差，易老化。橡胶及制品在储运和使用时，要注意防止氧化、光辐射和高温，以免使橡胶老化、变脆、龟裂。

2.常用橡胶及其用途

橡胶有天然橡胶和合成橡胶两类。

天然橡胶属于天然树脂，是从橡胶树等植物的浆汁中制取的。天然橡胶的抗拉强度与回弹性比多数合成橡胶好，但耐热老化性和耐大气老化性较差，不耐臭氧，不耐油和有机溶剂，易燃烧。它一般用于制作轮胎及电线电缆的绝缘护套等。

合成橡胶是将石油或乙醇、乙炔、天燃气体或其他产物经过加工、提炼而获得，并具有类似橡胶性质的合成产物。常用的合成橡胶有丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶等。它一般用于制作轮胎、胶布、胶管、密封圈等。

三、胶黏剂

1.胶黏剂的特点

胶接处应力分布较均匀；质量轻，可连接各种材料；胶接处表面光滑、平整，胶缝具有绝缘、密封、耐腐蚀等性能。(www.xing528.com)

2.胶黏剂的分类及用途

胶黏剂可分为天然的和合成的两大类。天然胶黏剂使用范围较窄。常用的合成胶黏剂有环氧胶黏剂（即万能胶），广泛用于船舶、机械、电子仪表、化工、宇航工业等；聚氨酯胶黏剂（俗称乌利当），主要用于液氮和液氢容器等低温设备的胶接；特种胶黏剂，主要用于宇航、电子工业中零部件的胶接。

四、陶瓷

陶瓷是无机非金属固体材料，一般可分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类。传统陶瓷是将黏土、长石和石英等天然原料，经粉碎、成形和烧结制成，主要用于制作日用品、建筑、卫生以及工业上的低压和高压电瓷、耐酸、过滤制品；特种陶瓷是以各种人工化合物（如氧化物、氮化物等）制成的陶瓷，常见的有氧化铝瓷、氮化硅瓷等，主要用于化工、冶金、机械、电子工业、能源和某些新技术领域等，如制造高温器皿、高速切削刀具、耐磨零件、炉管、热电偶保护管以及发热元件等。

陶瓷的优点是硬度极高、抗压强度大、耐高温、抗氧化、耐磨损和耐蚀性能好等。但质脆易碎，延展性差，抗急冷急热性较差。

五、复合材料

1.复合材料的概念及性能特点

复合材料是由两种或多种固体材料复合而成。其特点是：比强度和比模量高，抗疲劳强度高，减振性和耐磨性好，耐高温能力强，化学稳定性及电绝缘性良好。

2.复合材料的分类和应用

（1）纤维增强复合材料。纤维增强复合材料大部分是纤维和树脂的复合，常用的有橡胶轮胎、玻璃钢、纤维增强陶瓷等，可制作齿轮、轴承、活塞、喷气飞机的涡轮叶片等。

（2）层叠复合材料。层叠复合材料是把两种以上不同材料层叠在一起，目前已用于汽车、矿山、化工机械等部门。例如玻璃复层是把两层玻璃板之间夹一层聚乙烯醇缩丁醛，可作安全玻璃使用等。

（3）细粒复合材料。一般是由一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体材料内所组成的材料，如铜粉加入氟塑料，可用作轴承材料。

任务实施

任务内容：

如图3－33所示国家体育场，是2008年北京奥运会主体育场是世界上跨度最大的钢结构体育建筑之一，由我国自主创新研制的4.2万吨Q460钢的一根根“钢筋铁骨”巧妙安排，构成了孕育生命的“鸟巢”。它别具一格的建筑结构，恢宏的气势，给人以强烈的视觉冲击效果，富有戏剧性，新颖并具有震撼力。试分析“鸟巢”的结构为何采用Q460钢而不采用Q275钢。

图3－33　国家体育场——“鸟巢”

任务步骤：

（1）分析工作环境。

“鸟巢”框架裸露在空气中，有多根钢件焊接而成，要求其具有足够的寿命。

（2）任务解析。

Q275钢虽然焊接性好，但强度没有Q460钢高；Q460钢具有良好的综合力学性能、优良的低温韧性和焊接性。所以采用Q460钢制作“鸟巢”结构。