第四章 非金属材料
4.1 高分子材料
4.2 工业陶瓷
4.3 复合材料
4.1 高分子材料
4.1.1 工程塑料
4.1.2 橡胶
4.1.3 胶粘剂
4.1.1 工程塑料
1．塑料的组成
? 塑料的主要成分是合成树脂，此外还包括填
料或增强材料、增塑剂、固化剂、润滑剂、
稳定剂、着色剂、阻燃剂等
? 它是将各种单体通过聚合反应合成的高聚物
? 树脂在一定的温度、压力下可软化并塑造成
形，它决定了塑料的基本属性，并起到粘结
剂的作用
? 其它添加别是为了弥补或改进塑料的某些性
能。例如填料（木粉、碎布、纤维等 )主要起
增强和改善性能作用，其用量可达 20%-50%。
2．塑料的特性
? 密度小 塑料的相对密度一般只有 1.0-2.0，大约为
钢的 1/6，铝的 1/2。这对减轻车辆、飞机、船舶
等运输工具的自重意义十分重大
? 耐腐蚀 大多数塑料化学稳定性好，对酸、碱和有
机溶液都有良好的抗蚀能力。有些还可与陶瓷材
料媲美
? 电绝缘性 绝大多数塑料具有良好的电绝缘性和较
小的介电损耗。因此，是理想的电绝缘材料
? 耐磨和减摩性好 大部分塑料摩擦系数低，
有自润滑能力，可在湿摩擦和干摩擦条件下
有效工作。
? 良好的成形性 大部分塑料都可以直接采用
注塑或挤压成形工艺，无须切削。所以可提
高生产率，降低成本
? 塑料的不足之处是强度、硬度较低，耐热性
差，易老化、易蠕变等。
3．常用工程塑料
? 根据树脂的热性能，塑料可分为
? 热塑性塑料
? 热固性塑料
? （ 1）热塑性塑料
? 热塑性塑料受热时软化，冷却后变硬，再
受热时又软化。具有可塑性和重复性。其
树脂结构为线型或支链型结构。常用的塑
料有聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯,ABS、
聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚四氯乙烯
和聚甲基丙烯酸甲酯等
? 1）聚烯烃 聚烯烃塑料主要有聚乙烯和聚
丙烯等两种，无毒、无味。
? 聚乙烯（ PE）按生产工艺不同，分为高压、
中压、低压三种。其中高压、低压聚乙烯
应用较多。高压聚乙烯的短链分枝多，密
度、分子量较小，结晶度较低。所以质地
较柔软，常用于制造薄膜、软管等。低压
聚乙烯则分子量、密度较大、结晶度较高，
因此比较刚硬、耐磨、耐蚀，绝缘性较好
? 常用来制造塑料管、板和绳以及载荷不高
的齿轮、轴等
? 聚丙烯（ PP）相村密度小（ 0.9~0.92），其
强度、刚度和刚性优于聚乙烯
? 具有良好的耐蚀性、绝缘件、耐热性（加热
到 150℃ 不变形）和耐曲折性（可弯折 100万
次以上）
? 可用作各种机械零件、医疗器械、生活用具，
如齿轮、法兰、叶片、壳体、包装带等
? 2）聚氯乙烯（ PVC） 聚氯乙烯按其加入
增塑剂量的大小，可分为硬质和软质两种
? 增塑剂量少的硬质聚氯乙烯强度、硬度较
高，耐蚀、耐油和耐水性好。常用于制造
塑料管、塑料板。此外，聚氯乙烯板材及
管材易于热成形、热接以及切削加工，故
用途广泛
? 软质聚氯乙烯强度、硬度低，耐蚀性较差、
易老化
? 可制造薄膜、软管、低压电线的绝缘层等
? 此外，在聚氯乙烯中加入发泡剂可制成泡
沫塑料。常用作垫衬、包装袋等
? 3）聚苯乙烯（ PS） 聚苯乙烯密度小，无
色、透明，透光率仅次于有机玻璃，着色
性好、吸水性极微
? 而且具有良好的耐蚀性和绝缘性，高频绝
缘性尤佳
? 但其冲击韧性低，耐热性差、易燃且易脆
裂
? 常用来制造仪表零件、设备外壳，日用装
饰品等。聚苯乙烯泡沫塑料因相对密度只
有 0.033，是隔音、包装、救生等器材的极
好材料
? 4） ABS塑料 ABS塑料是丙烯腈（ A）、丁
二烯（ B）、苯乙烯（ S）的三元共聚物，
它具有三种组元的特性
? 丙烯腈使 ABS具有良好的耐热、耐蚀性和 —
定的表面硬度
? 丁二烯能提高 ABS的弹性和韧性
? 苯乙烯赋于 ABS较高的刚性，良好的加工工
艺性和着色性。
? ABS具有较高的综合性能。此外,ABS的性
能还可以根据要求由改变其组成单体的含量
来进行调整。目前，有三百多种不同性能的
ABS，热变形温度从 60~120℃ 不等。有些
ABS能耐低温，在 -40℃ 仍有很高的冲击韧
性，还具有好的电绝缘性、尺寸稳定性、吸
水性低、表面光滑、硬度高等特性
? ABS的用途极广，在机械工业中可制造轴承、
齿轮、叶片、叶轮、设备外壳、管道、容
器、把手等，电气工业中仪器、仪表的各
种零件等
? 近年来在交通运输车辆、飞机零件上的应
用发展很快，如车身、方向盘、内衬材料
等
? 5）聚酰胺（ PA） 它在商业上又称为尼龙
或锦纶，是由二元胺与二元酸缩聚而成，或
由氨基酸脱水成内酰胺再聚合而得。由于含
有极性基团的尼龙大分子链间易于形成氢键，
故分子间作用力大、结晶度较高
? 尼龙具有较高的强度和韧性，突出的耐磨性
和自润滑性以及良好的成形工艺性。此外，
耐蚀性也较好，抗霉、抗菌、无毒
? 但尼龙具有较大的吸水性，尺寸稳造性差，
耐热性不高，蠕变值较大
? 尼龙品种较多，它是根据胺与酸中的碳原
子数或氢基酸中的碳原子数来命名的。如
尼龙 6是含 6个碳原子的己内酰胺自身聚合
而得。而尼龙 610则由 6个碳原子的己二胺和
含 10个碳原子的癸二酸缩合而成
? 尼龙被广泛用作各种机器零件，如轴承、
齿轮、轴套、螺帽、垫圈等
? 6）聚甲醛（ NM） 聚甲醛是一种没有侧链、密度
大、结晶度高的工程塑料。按聚合方法有均聚甲醛
和共聚甲醛两种
? 聚甲醛具有优异的综合性能。抗拉强度在 70MPa左
右，并有较高的冲击韧性、耐疲劳性和刚性。还具
有良好的耐磨性和自润滑性，摩擦系数低而稳定，
在干摩擦条件下尤为突出。使用温度为 -50~110℃,
吸水性小，尺寸稳定，但聚甲醛成形时收缩率较大，
热稳定性较差。
? 聚甲醛已广泛用来制造齿轮、轴承、凸轮、制动闸
瓦、阀门、仪表外壳、化工容器、叶片、运输带等
? 7）聚碳酸酯（ PL） 聚碳酸酯是 60年代初
发展起来的一种工程塑料。它的透明度为
86%~92%，有, 透明金属, 之称。聚碳酸
酯大分子链中既有刚性的苯环，又有柔顺
的醚链，因此，它具有良好的综合性能。
其抗拉强度达 66— 70MPa，耐冲击特别突出，
比尼龙和聚甲醛高 10倍左右，是刚而韧的
工程塑料。抗蠕变性能好，尺寸稳定，使
用温度宽，可以长期在 -60~130℃ 间使用。
此外，还具有良好的耐气候性和电性能，
在 10~130℃ 之间介电常数和介电损耗几乎
不变
? 自润滑性差，耐磨性不如尼龙和聚甲醛，疲
劳抗力较低，有应力开裂倾向
? 聚碳酸酯常用于制造各种机器、电器及仪表
零件，如齿轮、蜗轮、轴承、凸轮、螺校、
外壳、护罩等。又由于透明度高，耐冲击性
好，可用作防盗、防弹窗玻璃、安全帽、驾
驶室挡风等
? 8）聚四氟乙烯（ F-4） 其突出的优点是在很宽的
温度范围内性能相当稳定，可长期在 -180~240℃ 之
间使用，耐热性和耐寒性极好
? 它具有极高耐蚀性，任何强酸、强碱、强氧化剂
对它都不起作用，素有, 塑料王, 之称。它的摩
擦系数极低，只有 0.02~0.04，是极为优良的减磨、
自润滑材料。吸水性极小，绝缘性能优良，是目
前介电常数和介电损耗最小的固体材料，且不受
频率和温度的影响
? 但它强度较低，冷流性强，结晶熔点高，加工成
形困难
? 聚四氟乙烯常用做化工设备的管道、泵、阀门，
各种机械的密封垫圈、活塞环、轴承及医疗手术
的代用血管、人工心、肺等
? 9）聚甲基丙烯酸甲酷（ PMMA） 聚甲基丙
烯酸甲酯俗称有机玻璃，是由加增塑剂或不
加增塑剂的聚甲基丙烯酸甲酯挤压成型的板、
棒、管材半成品塑料，分为透明、半透明、
不透明或有色素、无色等品种
? 有机玻璃的强度、韧性与硬质聚氯乙烯差不
多，透光率可达 92%，透明度比无机玻璃还
好，可耐稀酸、碱。不易老化，但表面硬度
低，易擦伤、较脆
? 有机玻璃主要用于制造要求一定透明度和强
度的零件，如油标、窥镜、透明管道和仪器、
仪表零件等
（ 2）热固性塑料
? 热固性塑料加热固化后将不再软化，形成
不溶、不熔物。其结构为网状结构。常用
的有酚醛塑料、环氧塑料等
? 1）酚醛塑料（ PF） 由酚类和醛类经缩聚反应而
制成的树脂称为酚醛树脂。根据不同性能要求加
入各种填料便制成各种酚醛塑料。常用的酚醛树脂是由苯酚和甲醛为原料制成的，简称 PF
? 其性质可根据制备工艺的不同，分热塑性和热固性两类
? 以木粉为填料制成酚醛压缩粉，俗称胶木粉，是
常用的热固性塑料。经压制而成的电器开关、插
座、灯头等，不仅绝缘性好，而且有较好的耐热性，较高的硬度、刚性和一定的强度
? 以纸片、棉布、玻璃布等为填料制成的层压酚醛
塑料，具有强度、耐冲击性好以及优良的耐磨性
等特点，常用以制造受力要求较高的机械零件，如齿轮、轴承、汽车刹车片等
? 2）氨基塑料（ UF） 是以氨基化合物（如
尿素或三聚氯胺）与甲醛经缩聚反应制成氨
基树脂，然后加入添加剂而制成氨基塑料。
氨基塑料中最常用的是脲醛塑料
? 用脲醛塑料压塑粉压制的各种制品，有较高
的表面硬度，颜色鲜艳，且有光泽，又有良
好的绝缘性，俗称, 电玉, 。常见的制品有
仪表外壳、电话机外壳、开关、插座等
? 3）环氧塑料（ EP） 环氧塑料是由环氧树
脂加入固化剂（胺类和酸酐类）后形成的热
固性塑料
? 它强度较高，韧性较好，并具有良好的化学
稳定性、绝缘性以及耐热、耐寒性，长期使
用温度为 -80~150℃,成形工艺性好。可制
作塑料模具、船体、电子工业零部件
? 环氧树脂对各种工程材料都有突出的粘附力，
是极其优良的粘接剂。目前，广泛用于各种
结构粘接剂和制备各种复合材料，如玻璃钢
等。
4.1.2 橡胶
? 1．工业橡胶的组成
? 工业橡胶的主要成分是生胶
? 生胶基本上是线型非晶态高聚物，其结构特点是
由许多能自由旋转的链段构成柔顺性很大的大分
子长链，通常呈卷曲线团状。当受外力时，分子
便沿外力方向被拉直，产生变形，外力去除后又恢复到卷曲状态，变形消失
? 生胶具有很高的弹性。但生胶分子链间相互作用
力很弱，强度低，易产生永久变形。此外，生胶
的稳定性差，如会发粘、变硬、溶于某些溶剂等。为此，工业橡胶中还必须加入各种配合剂
? 橡胶的配合剂主要有硫化剂、填充剂、软
化剂、防老化剂及发泡剂等。硫化剂的作
用是使生胶分子在硫化处理中产生适度交
联而形成网状络构，从而大大提高橡胶的
强度、耐磨性和刚性，并使其性能在很宽
的湿度范围内具有较高的稳定性
2．橡胶的性能特点
? （ 1）高弹性能
? 1）高弹态
? 受外力作用而发生的变形是可逆弹性变形，
外力去除后，只需要千分之一秒便可恢复
到原来的状态。
? 高弹变形时，弹性模量低，只有 1MPa。
? 高弹变形时，变形量大，可达 100%-1000%。
? 2）回弹性能
? 橡胶具有良好的回弹性能。如天然橡胶的回
弹高度可达 70%~80%。
? （ 2）强度
? 经硫化处理和炭黑增强后，其抗拉强度达
25~35MPa，并具有良好的耐磨性
3．常用橡胶材料
? 根据原材料的来源可分为天然橡胶和合成
橡胶。按应用范围又可分为通用橡胶和特
种橡胶
? （ 1）天然橡胶
? 天然橡胶是橡胶树上流出的胶乳，经过加工制成
的固态生胶。它的成分是异戊二烯高分子化合物。
天然橡胶具有很好的弹性，但强度、硬度并不高。
为了提高其强度并使其硬化，要进行硫化处理。
经处理后抗拉强度约为 17~29MPa，用炭黑增强后
可达 35MPa
? 天然橡胶是优良的电绝缘体，并有较好的耐碱性。
但耐油、耐溶剂性和耐臭氧老化性差，不耐高温，
使用温度 -70~110℃,广泛用于做轮胎、胶带、胶
管等
? （ 2）合成橡胶
? 1）丁苯橡胶（ SBR） 丁苯橡胶是应用最广、
产量最大的一种合成橡胶。它以丁二烯和苯
乙烯为单体形成的共聚物。丁苯橡胶的性能
主要受苯乙烯含量的影响，随苯乙烯含量的
增加，橡胶的耐磨性、硬度增大而弹性下降
? 丁苯橡胶比天然橡胶质地均匀，耐磨、耐热、
耐老化性能好。但加工成型困难，硫化速度
慢。这种橡胶广泛用于制造轮胎、胶布、胶
板等
? 2）顺丁橡胶（ BR） 顺丁橡胶是丁二烯的
聚合物。其原料易得，发展很快，产量仅次
于丁苯橡胶
? 顺丁橡胶的特点是具有较高的耐磨性，比丁
苯橡胶高 26%，它可制造轮胎、三角胶带、
减震器、橡胶弹簧、电绝缘制品等
? （ 3）特种合成橡胶
? 1）丁腈橡胶（ NBR） 丁腈橡胶是丁二烯和
丙烯腈的共聚物。丙烯腈的含量一般在
15%~50%之间，过高会失去弹性，过低则
不耐油
? 丁腈橡胶具有良好的耐油性及对有机溶液的
耐蚀性，有时也称为耐油橡胶。此外，还有
较好的耐热、耐磨和耐老化性等。但其耐寒
性和电绝缘性较差，加工性能也不好
? 它主要用于制造耐油制品，如输油管、耐油
耐热密封圈、贮油箱等。
? 2）硅橡胶 硅橡胶的分子结构中是以硅原子和氧
原子构成主链。这种链是柔性链。极易于内旋转，
因而硅橡胶在低温下也具有良好的弹性。此外，
硅氧键的键能较高，这就使硅橡胶有很高的热稳
定性
? 硅橡胶品种很多，目前用量最大的是甲基乙烯基
硅橡胶。其加工性能好，硫化速度快，能与其他
橡胶并用，使用温度为 -70~300℃
? 硅橡胶具有优良的耐热性、抗寒性、耐候性、耐
臭氧性以及良好的绝缘性
? 主要用于制造各种耐高低温的橡胶制品。如管道
接头、高温设备的垫圈、衬垫、密封件及高压电
线、电缆的绝缘层等
? 表 4-5 常用橡胶的性能和用途
类
别
名称 代号 抗拉强
度 MPa
伸长率 (%) 使用温度
℃
回
弹
性
耐
磨
性
耐
浓
碱
性
耐
油
性
耐
老
化
用途
通
用
橡
胶
天然 NR 25~30 650~900 -50~120 好 中 中 差 轮胎、通用制品
丁苯 SBR 15~20 500~600 -50~140 中 好 中 差 好 轮胎、胶板、通用制
品
顺丁 BR 18~25 450~800 120 好 好 好 差 轮胎、耐寒运输带
丁腈 NBR 15~30 300~800 -35~175 中 中 中 好 中 输油管、耐油密封圈
氯丁 CR 25~27 800~1000 -35~130 中 中 好 好 好 胶管、胶带、电线包
皮
特
种
橡
胶
聚氨酯 UR 20~35 300~800 80 中 好 差 好 胶管、耐磨制品
三元乙
丙
EPD
M
10~25 400~800 150 中 中 好 差 好 散热管、绝缘体
氟 EPM 20~22 100~500 -50~300 中 中 中 好 好 高级密封件、高真空
耐蚀件
硅 4~10 50~500 -70~275 差 差 好 差 耐高低温零件、绝缘
体
聚硫 9~15 100~700 80~135 差 差 好 好 好
4.1.3 胶粘剂
? 在工程中，工程材料的连接方法除焊接、
铆接、螺纹连接之外，还有一种连接工艺
称为粘接剂粘接，又称胶接。其特点是接
头处应力分布均匀，应力集中小、接头密
封性好，而且工艺制作简单，成本低
1．胶粘剂的组成
? 胶粘剂的组成是根据使用性能要求而采用不同的
配方。但其中粘性基料是主要的组成成分，它对
粘接剂的性能起主要作用，它必须具有优异的粘附力及良好的耐热性、抗老化性等
? 常用粘性基料有环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、氯丁橡胶、丁腈橡胶等
? 胶粘刑中除了粘性基料，通常还有各种添加剂，
如填料、固化剂、增塑剂等。这些添加剂是根据
胶粘剂的性质及使用要求选择的
? 根据胶粘剂的粘性基料的化学成分，胶粘剂可分
为无机胶和有机胶。按其主要用途可分为结构胶、非结构胶和其他胶粘剂
2．常用胶粘剂
? （ 1）有机胶粘剂
? 1）环氧胶粘剂 环氧胶粘剂是以环氧树脂为基料的胶粘
剂。目前常用的环氧树脂主要是双酚 A型的。它对许多工
程材料均有很强的粘附力，如金属、玻璃、陶瓷等
? 由于环氧树脂是线型高聚物，本身不会固化，所以必须加
入固化剂，使其形成体型结构，才能发挥其优异的物理、
力学性能。常用的固化剂有胺类、酸酐类、咪唑类和聚酰
胺树脂等
? 环氧树脂固化后会变脆，为了提高冲击韧度，常加入增塑
剂和增韧剂，如对苯二甲酸二丁酯、丁腈橡胶等。环氧胶
粘剂常用作各种结构用胶
? 2）改性酚醛胶粘剂 酚醛树脂固化后有较多的交
联键。因此，它具有较高的耐热性和很好的粘附
力。但脆性较大，为了提高韧性，需要进行改性
处理。
? 由酚醛树脂与丁腈混炼胶混合而成的改性胶粘剂
称为酚醛 — 丁腈胶。它的胶接强度高，弹性、韧
性好，耐振动、耐冲击，具有较广的使用温度范
围，可在 -50~180℃ 之间长期工作。此外，还耐水、
耐油、耐化学介质腐蚀
? 主要应用于金属及大部分非金属材料的结构中，
如汽车刹车片的粘合，飞机中铝、铜合金的粘合
等
? 由酚醛树脂与缩醛树脂混合而成的粘胶剂称
为酚醛 — 缩醛胶。它具有较高的胶接强度，
持别是冲击韧度和耐疲劳性好。同时，也具
有良好的耐老化性和综合性能
? 适用于各种金属和非金属材料的胶接。但它
们的耐热性能比酚醛 — 丁腈胶差。
? （ 2）无机胶
? 无机胶主要有磷酸型、硼酸型和硅酸型。目
前在工程上常用的是磷酸型。
? 磷酸型胶粘剂的组成为：磷酸铝 1 ml [磷酸
（相对密度 1.7） 100ml+氢氧化铝（化学纯）
5— 10g） ] +氧化铜（ 180目以上） 3.5~4.5g。
? 与有机胶粘剂相比，无机胶有下列特点：
? 1）优良的耐热性，长期使用温度为
800~1000℃,并具有一定的强度，这是有
机胶无法比拟的。
? 2）胶接强度高，抗剪强度可达 100MPa，抗
拉强度也有 22Mpa。
? 3）较好的低温性能，可在 -196℃ 下工作，
强度几乎无变化。
? 4）耐候性、耐水性和耐油性良好，但耐酸、
碱性较差。
4.2 工业陶瓷
4.2.1 陶瓷材料的分类
4.2.2 陶瓷材料的性能
4.2.3 常用工业陶瓷
4.2.1 陶瓷材料的分类
? 除了玻璃、水泥、耐火材料外，按成分和
用途的不同，陶瓷可分为普通陶瓷、特种
陶瓷和金属陶瓷三类。
? 普通陶瓷，又称为传统陶瓷，是以粘土、长
石、石英等主要成分制成的，杂质较多。常
用作日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化
工陶瓷、多孔陶瓷等
? 特种陶瓷是以人工提炼、纯度较高的化合
物为原料制成的陶瓷。如氧化物、氮化物、
碳化物、碱土金属碳酸盐等的烧结材料。
它们具有各种独特的力学、物理和化学性
能，可满足工程上的特殊需要
? 常见的有高温陶瓷、高强度陶瓷、精密陶
瓷、磁性陶瓷、压电陶瓷、电容器陶瓷等
多种
? 金属陶瓷是由金属和陶瓷组成的非均质复
合材料，它应属于复合材料，但习惯上被
看作陶瓷的一部分
? 由于粉末冶金的生产工艺与陶瓷类似，因
此粉末冶金生产的金属材料也统称为金属
陶瓷。采用不同组成的金属和陶瓷，并改
变它们的相对数量，可以制成各种结构材
料、工具材料、耐热材树和电工材料等
4.2.2 陶瓷材料的性能
? 1．力学性能
? 陶瓷材料具有很高的弹性模量和硬度，比金属高
若干倍，比有机高聚物高 2.4个数量级。这是由于
陶瓷材料具有强大的化学键所致
? 陶瓷的塑性变形能力很低，在室温下几乎没有塑
性，因为陶瓷晶体滑移系很少，共价键有明显的
方向性和饱和性，离子键的同号离子接近时斥力
很大，当产生滑移时，极易造成键的断裂，再加
上有大量气孔存在，所以陶瓷材料呈现出很明显
的脆性特征，韧性极低
? 表 4-7 各种常见材料的弹性模量和硬度
材料 弹性模量（ MN/m2） 硬度（ HV）
橡胶
塑料
镁合金
铝合金
钢
氧化铝
碳化钛
金刚石
6.9
1380
41300
72300
207000
400000
390000
1171000
很低
~17
30~40
~170
300~800
~1500
~3000
6000~10000
? 由于陶瓷内有气孔、杂质和各种缺陷的存
在．所以陶瓷材料的抗拉强度很低，抗弯
强度较高，而抗压强度非常高，因受压时，
裂纹不易扩展
2．热性能
? 陶瓷材料熔点高，具有比金属材料高得多的
耐热性。此外，它的热膨胀系数低、导热性
小，是优良的绝热材料
? 但陶瓷的抗热振性低，这是它的致命弱点之
一
3．电性能
? 陶瓷材料的导电性变化范围很广。由于离子晶体
无自由电子，所以大多数陶瓷材料都是良好的绝
缘体
? 但不少陶瓷既是离子导体，又有一定的电子导电
性。例如氧化物 ZnO,Ni0,Fe3O4等实际上是半
导体。可见，陶瓷也是重要的半导体材料
? 此外，最近几年出现的超导材料，大多数也是陶
瓷材料。
4．化学性能
? 陶瓷的组织结构很稳定，这是由于具有强
大的离子键和共价键结合,并且在离子晶体
中金属原子被包围在非金属原子的间隙中，
形成稳定的化学结构。因此，陶瓷材料具
有良好的抗氧化性和不可燃烧性，即使在
1000℃ 的高温也不会被氧化
? 此外，陶瓷对酸、碱、盐等介质均具有较
强的抗蚀性，与许多金属熔体也不发生作
用，因而是极好的耐蚀材料和坩埚材料
5．光学性能
? 光学性能对于近代陶瓷材料来讲也占了重
要地位，如制造固体激光器材料、光导纤
维材料、光存储材科等。这些材料的研究
和应用，对通讯、摄影、计算机等具有重
要的实际意义
? 氧化铝透明陶瓷的出现，是光学材料的重
大突破。透明陶瓷大多是单一晶相组成的
多晶材料,1mm厚的试片透光率可达 80％以
上
4.2.3 常用工业陶瓷
? 1．传统陶瓷（普通陶瓷）
? 传统陶瓷是以高岭土（ Al2O3·SiO2·2H2O）、长石
（钾长石（ K2O·A12O3·6SiO2）和钠长石
（ Na20·A12O3·6SiO2））、石英 (SiO2)为原料配制
成的
? 这类陶瓷的主晶相为莫来石，约占 25%~30%，玻
璃相 35%~60%，气相占 1%~3%以上。通过改变组
成物的配比、熔剂、辅料以及原料的细度和致密
度，可以获得不同特性的陶瓷
? 传统陶瓷质地坚硬，有良好的抗氧化性、
耐蚀性和绝缘性。能耐一定高温，成本低、
生产工艺简单，但由于含有较多的玻璃相，
故结构疏松，强度较低。在一定温度下会
软化，耐高温性能不如近代陶瓷，通常最
高使用温度为 1200℃ 左右
? 传统陶瓷广泛应用于日用、电气、化工、
建筑等部门，如装饰瓷、餐具、绝缘子、
耐蚀容器、管道、设备等
2．近代陶瓷（特种陶瓷 )
? （ 1）氧化物陶瓷
? 氧化物陶瓷可以是单一氧化物，也可是复
合氧化物。目前应用最广泛的是氧化铝陶
瓷。这类陶瓷以 Al2O3为主要成分，并按
Al2O3的含量不同可分为刚玉瓷、刚玉 -莫来
石瓷和莫来石瓷。其中刚玉瓷中 Al2O3的含
量高达 99％。
? 氧化铝陶瓷的熔点在 2000℃ 以上，耐高温，
能在 1600℃ 左右长期使用。具有很高的硬度，
仅次于碳化硅、立方氮化硼、金刚石等，并
有较高的强度、高温强度和耐磨性。此外，
它还具有良好的绝缘性和化学稳定性，能耐
各种酸碱的腐蚀，但氧化铝陶瓷的缺点是热
稳定性低
? 氧化铝陶瓷广泛用于制造高速切削工具、量
规、拉丝模、高温炉零件、空压机泵零件、
内燃机火花塞等。此外，还可用作真空材料、
绝热材科和坩埚材料
? （ 2）氮化物陶瓷
? 周期表中第 Ⅱ ~Ⅳ 族的过渡元素，均可生成
高熔点氮化物，它们的化学稳定性好。最
常用的氯化物陶瓷是氮化硅 (Si3N4)和氮化硼
(BN)陶瓷
? 氮化硅陶瓷摩擦系数小，有自润滑性，所
以，具有良好的耐磨性，而且化学稳定性
高，可耐各种无机酸和碱溶液的腐蚀，并
能抵抗熔融铝、铅、镍等非铁金属的侵蚀，
还具有优异的绝缘性
? 可用来制造各种泵的密封环、热电偶套管、
切削刀具、高温轴承等
? 氮化硼陶瓷具有石墨型六方结构。所以，
又称为白石墨，能耐高温，并有自润滑性
? 常用作高温轴衬、高温模具耐摩擦等零件
? 在高压和 1360℃ 温度时，六方氮化硼转变为
立方结构的 β-BN，相对密度为 3.45，具有极
高的硬度。能抗高温达 2000℃,已成为仅次
于金刚石硬度的新型超硬材料，可用来制
作金属切削刀具。适用于高硬度金属材料
(调质、淬火钢 )的精加工、高强度钢和耐热
钢的精加工，有色金属的低粗糙度加工等
? （ 3）碳化物陶瓷
? 碳化物陶瓷有 SiC,WC,TiC等。这类材料
具有高的硬度、熔点和化学稳定性
? 碳化物陶瓷具有较高的高温强度，其抗弯强
度在 1400℃ 时仍保持在 300~600MPa，而其
他陶瓷在 1200℃ 时抗弯强度已显著下降。此
外，它还具有很高的热传导能力，较好的热
稳定性、耐磨性、耐蚀性和抗蠕变性
? 碳化硅陶瓷可用来制造工作温度高于 1500℃
的零件炉零件，如火箭喷嘴、热电偶套管、
高温电炉零件，各种泵的密封圈等
3．金属陶瓷
? 金属陶瓷是把金属的热稳定性和韧性与陶
瓷的硬度、耐火度、耐蚀性综合起来而形
成的具有高强度、高韧性、高耐蚀和高的
高温强度的新型材料。
? （ 1）氧化物基金属陶瓷
? 这是目前应用最多的金属陶瓷。在这类金属陶瓷
中，通常以铬为粘结剂，其含量不超过 10%。由于
铬能和 Al2O3形成固溶体，故可将 Al2O3粉放牢固地
粘结起来。此外，铬的高温性能较好，抗氧化性
和耐蚀性较高，所以和纯氧化铝陶瓷相比，改善
了韧性、热稳定性和抗氧化能力
? 氧化铝基金属陶瓷的特点是热硬性高 (达 1200℃ )、
高温强度高、抗氧化性良好，与被加工金属材料
的粘着倾向小，可提高加工精度和降低表面粗糙
度。但它们的脆性仍较大，且热稳定性较低。主
要用作工具材料，如刃具、模具、喷嘴、密封环
等
? （ 2）碳化物基金属陶瓷
? 碳化物基金属陶瓷应用较为广泛，常用作工具材
料，通常又称为硬质合金。另外也作为耐热材料
使用，是一种较好的高温结构材料。
? 硬质合金一般以钴为粘结剂，其含量在 3%-8%。
含钴量较高，则韧性和结构强度愈好，但硬度和
耐磨性稍有下降。常用的有 WC-Co,WC-TiC-Co和
WC-TiC-TaC-Co物硬质合金。其性能特点是硬度高，
达 86~93HRA(相当于 69~81HRC)，热硬性好 (工作
温度达 900~1000℃ )，用硬质合金制作的刀具，切
削速度比高速钢高 4~7倍，刀具寿命可提高几倍到
几十倍。
? 近年来发展起来的钢结硬质合金，其粘结剂
为合金钢粉末，且含量很高 (50%~65%)。它
的热硬性与耐磨性略逊于一般硬质合金，但
韧性好，并可进行锻造、热处理和切削加工。
可制造各种形状复杂的刃具
? 高温结构材料中最常用的是碳化铁基金属陶
瓷。其粘接金属主要是 Ni,CO，含量高达
60%，以满足高温构件的韧性和热稳定性需
要。其特点是高温性能好，如在 900℃ 时，
仍可保持较高抗拉强度。碳化钛基金属陶瓷
主要用作涡轮喷气发动机燃料室、叶片、涡
轮盘以及航空、航天装置中的某些耐热件
4.3 复合材料
? 由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，
经人工合成的材料称为复合材料。它不仅具有各
组成材料的优点，而且还获得单一材料无法具备
的优越的综合性能。
? 日常所见的人工复合材料很多，如钢筋混凝土就
是用钢筋与石子、沙子、水泥等制成的复合材料，
轮胎是由人造纤维与橡胶复合而成的材料
4.3.1 复合材料的性能特点
4.3.2 复合材料的分类
? 1．比强度和比模量高
? 在复合材料中，由于一般作为增强相的多
数是强度很高的纤维，而且组成材料密度
较小。所以，复合材料的比强度、比模量
比其他材料要高得多（见表 4-11）。这对宇
航、交通运输工具，要求在保证性能的前
提下，减轻自重具有重大的实际意义
4.3.1 复合材料的性能特点
材料 相对
密度
抗拉
强度 σ b
（ MPa）
弹性模量 E
（ MPa）
比强度
σ b/ρ
比弹性
模量
E/ρ
钢
铝
钛
玻璃钢
碳纤维 Ⅱ /环氧树脂
碳纤维 Ⅰ /环氧树脂
有机纤维（ PRD） /环氧树脂
硼纤维 /环氧树脂
硼纤维 /铝
7.8
2.8
4.5
2.0
1.45
1.6
1.4
2.1
1.65
1010
461
942
1040
1472
1050
1373
1344
981
206× 103
74× 103
112× 103
39× 103
137× 103
235× 103
78× 103
206× 103
196× 103
129
165
209
520
1015
656
981
640
370
26× 103
26× 103
25× 103
20× 103
95× 103
147× 103
56× 103
98× 103
74× 103
? 表 4-11各类材料强度性能的比较
? 2．疲劳强度较高
? 碳纤维增强复合材料的疲劳极限相当于其抗
拉强度的 70%-80%，而多数金属材料疲劳强
度只有抗拉强度的 40%-50%。这是因为在纤
维增强复合材料中，纤维与基体间的界面能
够阻止疲劳裂纹的扩展。当裂纹从基体的薄
弱环节处产生并扩展到结合面时，受到一定
程度的阻碍，因而使裂纹向载荷方向的扩展
停止
? 3．减振性好
? 当结构所受外载荷频率与结构的自振频率
相同时，将产生共振，容易造成灾难性事
故。而结构的自振频率不仅与结构本身的
形状有关，而且还与材料比模量的平方根
成正比关系。因为纤维增强复合材料的自
振频率高，可以避免共振。此外，纤维与
基体的界面具有吸振能力，所以具有很高
的阻尼作用。
? 除了上述几种特性外，复合材料还有较高的
耐热性和断裂安全性，良好的自润滑和耐磨
性等。但它也有缺点，如断裂伸长率较小，
抗冲击性较差，横向强度较低，成本较高等
4.3.2 复合材料的分类
? 复合材料依照增强相的性质和形态，可分
为纤维增强复合材料、层合复合材料和颗
粒复合材料三类。
1．纤维增强复合材料
? （ 1）玻璃纤维增强复合材料
? 玻璃纤维增强复合材料是以玻璃纤维及制
品为增强剂，以树脂为粘结剂而制成的，
俗称玻璃钢。
? 以尼龙、聚烯烃类、聚苯乙烯类等热塑性树
脂为粘结剂制成的热塑性玻璃钢，具有较高
的力学、介电、耐热和抗老化性能，工艺性
能也好。与基体材料相比，强度和疲劳性能
可提高 2-3倍以上，冲击韧度提高 1-4倍，蠕
变抗力提高 2-5倍。达到或超过了某些金属的
强度，可用来制造轴承、齿轮、仪表盘、壳
体、叶片等零件
? 以环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、聚
酯树脂等热固性树脂为粘结刑制成的热固
性玻璃钢，具有密度小、强度高 (表 4-12)，
介电性和耐蚀性及成形工艺性好的优点。
可制造车身、船体、直升飞机旋翼等
项目 酚醛树脂 环氧树脂 聚酯树脂 有机硅树脂
相对密度 1.30~1.32 1.15 1.10~1.46 1.7~1.9
抗拉强度（ MPa） 42~63 84~105 42~70 21~49
抗弯强度（ MPa） 77~119 108.3 59.5~119 68.6
抗压强度（ MPa） 87.5~150 150 91~169 63~126
? （ 2）碳纤维增强复合材料
? 碳纤维增强复合材料是以碳纤维或其织物为
增强剂，以树脂、金属、陶瓷等为粘结剂而
制成的。目前有碳纤维树脂、碳纤维碳、碳
纤维金属、碳纤维陶瓷复合材料等。其中，
以碳纤维树脂复合材料应用最为广泛。
? 碳纤维树脂复合材料中采用的树脂有聚四氟
乙烯树脂等。与玻璃钢相比，其强度和弹性
模量高，密度小。因此，它的比强度、比模
量在现有复合材料中名列前矛。它还具有较
高的冲击韧度和疲劳强度，优良的减磨性、
耐磨性、导热性、耐蚀性和耐热性
? 碳纤维树脂复合材料广泛用于制造要求比
强度、比模量高的飞行器结构件，如导弹
的鼻锥体、火箭喷嘴、喷气发动机叶片等。
还可制造重型机械的轴瓦、齿轮、化工设
备的耐蚀件等。
2．层合复合材料
? 层合复合材料是由两层或两层以上的不同
性质的材科结合而成，达到增强的目的
? 三层复合材料是以钢板为基体，烧结铜为中
间层，塑料为表面层制成的
? 它的物理、力学性能主要取决于基体，而摩
擦、磨损性能取决于表面塑料层
? 中间多孔性青铜使三层之间获得可靠的结合
力。表面塑料层常为聚四氟乙稀 (如 SF-1型 )
和聚甲醛 (如 SF-2型 )。这种复合材料比单一
塑料提高承载能力 20倍。导热系数提高 50倍，
热膨胀系数降低 75%，从而改善了尺寸稳定
性。常用作无油润滑轴承，此外还可制作机
床导轨、衬套、垫片等
? 夹层复合材料是由两层薄而强的面板或称蒙
皮与中间夹一层轻而柔的材料构成
? 面板一般由强度高、弹性模量大的材料组成，
如金属板、玻璃等。而心料结构有泡沫塑料
和蜂窝格子两大类
? 这类材料的特点是密度小、刚性和抗压稳定
性高，抗弯强度好，常用于航空、船舷、化
工等工业，如飞机、船舶的隔板及冷却塔等
3．颗粒复合材料
? 颗粒复合材料是由一种或多种颗粒均匀分布在基
体材料内而制成的。颗粒起增强作用，一般粒子
直径在 0.01-0.1ym范围内。粒子直径偏离这一数值
范围，均无法获得最佳增强效果
? 常见的颗粒复合材料有两类：一类是颗粒与树脂
复合，如塑料中加颗粒状填料，橡胶用炭黑增强
等；另一类是陶瓷粒与金属复合，典型的有金属
基陶瓷颗粒复合材料等
? 思考题
? 1．塑料的主要成分是什么?它起什么作用？
? 2．为什么 A朋塑料种类繁多且综合力学性能良好？
? 3．试比较 ABS、尼龙、聚甲醛、聚碳酸 iS的性能，并指出
它们的应用场合及特点。
? 4．试比较热塑性塑料和热固性塑料的结构，性能特点。
? 5,有机胶与无机胶，各有何优点?
? 6．试比较氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷的性能
特点。
? 7．含碳化物的粉末冶金材料同于哪一类陶瓷？它们有何
用途？
? 8．比较玻璃钢与碳纤维增强的树脂复合材科的性能特点，
并指出它们的应用范围。
4.1 高分子材料
4.2 工业陶瓷
4.3 复合材料
4.1 高分子材料
4.1.1 工程塑料
4.1.2 橡胶
4.1.3 胶粘剂
4.1.1 工程塑料
1．塑料的组成
? 塑料的主要成分是合成树脂，此外还包括填
料或增强材料、增塑剂、固化剂、润滑剂、
稳定剂、着色剂、阻燃剂等
? 它是将各种单体通过聚合反应合成的高聚物
? 树脂在一定的温度、压力下可软化并塑造成
形，它决定了塑料的基本属性，并起到粘结
剂的作用
? 其它添加别是为了弥补或改进塑料的某些性
能。例如填料（木粉、碎布、纤维等 )主要起
增强和改善性能作用，其用量可达 20%-50%。
2．塑料的特性
? 密度小 塑料的相对密度一般只有 1.0-2.0，大约为
钢的 1/6，铝的 1/2。这对减轻车辆、飞机、船舶
等运输工具的自重意义十分重大
? 耐腐蚀 大多数塑料化学稳定性好，对酸、碱和有
机溶液都有良好的抗蚀能力。有些还可与陶瓷材
料媲美
? 电绝缘性 绝大多数塑料具有良好的电绝缘性和较
小的介电损耗。因此，是理想的电绝缘材料
? 耐磨和减摩性好 大部分塑料摩擦系数低，
有自润滑能力，可在湿摩擦和干摩擦条件下
有效工作。
? 良好的成形性 大部分塑料都可以直接采用
注塑或挤压成形工艺，无须切削。所以可提
高生产率，降低成本
? 塑料的不足之处是强度、硬度较低，耐热性
差，易老化、易蠕变等。
3．常用工程塑料
? 根据树脂的热性能，塑料可分为
? 热塑性塑料
? 热固性塑料
? （ 1）热塑性塑料
? 热塑性塑料受热时软化，冷却后变硬，再
受热时又软化。具有可塑性和重复性。其
树脂结构为线型或支链型结构。常用的塑
料有聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯,ABS、
聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚四氯乙烯
和聚甲基丙烯酸甲酯等
? 1）聚烯烃 聚烯烃塑料主要有聚乙烯和聚
丙烯等两种，无毒、无味。
? 聚乙烯（ PE）按生产工艺不同，分为高压、
中压、低压三种。其中高压、低压聚乙烯
应用较多。高压聚乙烯的短链分枝多，密
度、分子量较小，结晶度较低。所以质地
较柔软，常用于制造薄膜、软管等。低压
聚乙烯则分子量、密度较大、结晶度较高，
因此比较刚硬、耐磨、耐蚀，绝缘性较好
? 常用来制造塑料管、板和绳以及载荷不高
的齿轮、轴等
? 聚丙烯（ PP）相村密度小（ 0.9~0.92），其
强度、刚度和刚性优于聚乙烯
? 具有良好的耐蚀性、绝缘件、耐热性（加热
到 150℃ 不变形）和耐曲折性（可弯折 100万
次以上）
? 可用作各种机械零件、医疗器械、生活用具，
如齿轮、法兰、叶片、壳体、包装带等
? 2）聚氯乙烯（ PVC） 聚氯乙烯按其加入
增塑剂量的大小，可分为硬质和软质两种
? 增塑剂量少的硬质聚氯乙烯强度、硬度较
高，耐蚀、耐油和耐水性好。常用于制造
塑料管、塑料板。此外，聚氯乙烯板材及
管材易于热成形、热接以及切削加工，故
用途广泛
? 软质聚氯乙烯强度、硬度低，耐蚀性较差、
易老化
? 可制造薄膜、软管、低压电线的绝缘层等
? 此外，在聚氯乙烯中加入发泡剂可制成泡
沫塑料。常用作垫衬、包装袋等
? 3）聚苯乙烯（ PS） 聚苯乙烯密度小，无
色、透明，透光率仅次于有机玻璃，着色
性好、吸水性极微
? 而且具有良好的耐蚀性和绝缘性，高频绝
缘性尤佳
? 但其冲击韧性低，耐热性差、易燃且易脆
裂
? 常用来制造仪表零件、设备外壳，日用装
饰品等。聚苯乙烯泡沫塑料因相对密度只
有 0.033，是隔音、包装、救生等器材的极
好材料
? 4） ABS塑料 ABS塑料是丙烯腈（ A）、丁
二烯（ B）、苯乙烯（ S）的三元共聚物，
它具有三种组元的特性
? 丙烯腈使 ABS具有良好的耐热、耐蚀性和 —
定的表面硬度
? 丁二烯能提高 ABS的弹性和韧性
? 苯乙烯赋于 ABS较高的刚性，良好的加工工
艺性和着色性。
? ABS具有较高的综合性能。此外,ABS的性
能还可以根据要求由改变其组成单体的含量
来进行调整。目前，有三百多种不同性能的
ABS，热变形温度从 60~120℃ 不等。有些
ABS能耐低温，在 -40℃ 仍有很高的冲击韧
性，还具有好的电绝缘性、尺寸稳定性、吸
水性低、表面光滑、硬度高等特性
? ABS的用途极广，在机械工业中可制造轴承、
齿轮、叶片、叶轮、设备外壳、管道、容
器、把手等，电气工业中仪器、仪表的各
种零件等
? 近年来在交通运输车辆、飞机零件上的应
用发展很快，如车身、方向盘、内衬材料
等
? 5）聚酰胺（ PA） 它在商业上又称为尼龙
或锦纶，是由二元胺与二元酸缩聚而成，或
由氨基酸脱水成内酰胺再聚合而得。由于含
有极性基团的尼龙大分子链间易于形成氢键，
故分子间作用力大、结晶度较高
? 尼龙具有较高的强度和韧性，突出的耐磨性
和自润滑性以及良好的成形工艺性。此外，
耐蚀性也较好，抗霉、抗菌、无毒
? 但尼龙具有较大的吸水性，尺寸稳造性差，
耐热性不高，蠕变值较大
? 尼龙品种较多，它是根据胺与酸中的碳原
子数或氢基酸中的碳原子数来命名的。如
尼龙 6是含 6个碳原子的己内酰胺自身聚合
而得。而尼龙 610则由 6个碳原子的己二胺和
含 10个碳原子的癸二酸缩合而成
? 尼龙被广泛用作各种机器零件，如轴承、
齿轮、轴套、螺帽、垫圈等
? 6）聚甲醛（ NM） 聚甲醛是一种没有侧链、密度
大、结晶度高的工程塑料。按聚合方法有均聚甲醛
和共聚甲醛两种
? 聚甲醛具有优异的综合性能。抗拉强度在 70MPa左
右，并有较高的冲击韧性、耐疲劳性和刚性。还具
有良好的耐磨性和自润滑性，摩擦系数低而稳定，
在干摩擦条件下尤为突出。使用温度为 -50~110℃,
吸水性小，尺寸稳定，但聚甲醛成形时收缩率较大，
热稳定性较差。
? 聚甲醛已广泛用来制造齿轮、轴承、凸轮、制动闸
瓦、阀门、仪表外壳、化工容器、叶片、运输带等
? 7）聚碳酸酯（ PL） 聚碳酸酯是 60年代初
发展起来的一种工程塑料。它的透明度为
86%~92%，有, 透明金属, 之称。聚碳酸
酯大分子链中既有刚性的苯环，又有柔顺
的醚链，因此，它具有良好的综合性能。
其抗拉强度达 66— 70MPa，耐冲击特别突出，
比尼龙和聚甲醛高 10倍左右，是刚而韧的
工程塑料。抗蠕变性能好，尺寸稳定，使
用温度宽，可以长期在 -60~130℃ 间使用。
此外，还具有良好的耐气候性和电性能，
在 10~130℃ 之间介电常数和介电损耗几乎
不变
? 自润滑性差，耐磨性不如尼龙和聚甲醛，疲
劳抗力较低，有应力开裂倾向
? 聚碳酸酯常用于制造各种机器、电器及仪表
零件，如齿轮、蜗轮、轴承、凸轮、螺校、
外壳、护罩等。又由于透明度高，耐冲击性
好，可用作防盗、防弹窗玻璃、安全帽、驾
驶室挡风等
? 8）聚四氟乙烯（ F-4） 其突出的优点是在很宽的
温度范围内性能相当稳定，可长期在 -180~240℃ 之
间使用，耐热性和耐寒性极好
? 它具有极高耐蚀性，任何强酸、强碱、强氧化剂
对它都不起作用，素有, 塑料王, 之称。它的摩
擦系数极低，只有 0.02~0.04，是极为优良的减磨、
自润滑材料。吸水性极小，绝缘性能优良，是目
前介电常数和介电损耗最小的固体材料，且不受
频率和温度的影响
? 但它强度较低，冷流性强，结晶熔点高，加工成
形困难
? 聚四氟乙烯常用做化工设备的管道、泵、阀门，
各种机械的密封垫圈、活塞环、轴承及医疗手术
的代用血管、人工心、肺等
? 9）聚甲基丙烯酸甲酷（ PMMA） 聚甲基丙
烯酸甲酯俗称有机玻璃，是由加增塑剂或不
加增塑剂的聚甲基丙烯酸甲酯挤压成型的板、
棒、管材半成品塑料，分为透明、半透明、
不透明或有色素、无色等品种
? 有机玻璃的强度、韧性与硬质聚氯乙烯差不
多，透光率可达 92%，透明度比无机玻璃还
好，可耐稀酸、碱。不易老化，但表面硬度
低，易擦伤、较脆
? 有机玻璃主要用于制造要求一定透明度和强
度的零件，如油标、窥镜、透明管道和仪器、
仪表零件等
（ 2）热固性塑料
? 热固性塑料加热固化后将不再软化，形成
不溶、不熔物。其结构为网状结构。常用
的有酚醛塑料、环氧塑料等
? 1）酚醛塑料（ PF） 由酚类和醛类经缩聚反应而
制成的树脂称为酚醛树脂。根据不同性能要求加
入各种填料便制成各种酚醛塑料。常用的酚醛树脂是由苯酚和甲醛为原料制成的，简称 PF
? 其性质可根据制备工艺的不同，分热塑性和热固性两类
? 以木粉为填料制成酚醛压缩粉，俗称胶木粉，是
常用的热固性塑料。经压制而成的电器开关、插
座、灯头等，不仅绝缘性好，而且有较好的耐热性，较高的硬度、刚性和一定的强度
? 以纸片、棉布、玻璃布等为填料制成的层压酚醛
塑料，具有强度、耐冲击性好以及优良的耐磨性
等特点，常用以制造受力要求较高的机械零件，如齿轮、轴承、汽车刹车片等
? 2）氨基塑料（ UF） 是以氨基化合物（如
尿素或三聚氯胺）与甲醛经缩聚反应制成氨
基树脂，然后加入添加剂而制成氨基塑料。
氨基塑料中最常用的是脲醛塑料
? 用脲醛塑料压塑粉压制的各种制品，有较高
的表面硬度，颜色鲜艳，且有光泽，又有良
好的绝缘性，俗称, 电玉, 。常见的制品有
仪表外壳、电话机外壳、开关、插座等
? 3）环氧塑料（ EP） 环氧塑料是由环氧树
脂加入固化剂（胺类和酸酐类）后形成的热
固性塑料
? 它强度较高，韧性较好，并具有良好的化学
稳定性、绝缘性以及耐热、耐寒性，长期使
用温度为 -80~150℃,成形工艺性好。可制
作塑料模具、船体、电子工业零部件
? 环氧树脂对各种工程材料都有突出的粘附力，
是极其优良的粘接剂。目前，广泛用于各种
结构粘接剂和制备各种复合材料，如玻璃钢
等。
4.1.2 橡胶
? 1．工业橡胶的组成
? 工业橡胶的主要成分是生胶
? 生胶基本上是线型非晶态高聚物，其结构特点是
由许多能自由旋转的链段构成柔顺性很大的大分
子长链，通常呈卷曲线团状。当受外力时，分子
便沿外力方向被拉直，产生变形，外力去除后又恢复到卷曲状态，变形消失
? 生胶具有很高的弹性。但生胶分子链间相互作用
力很弱，强度低，易产生永久变形。此外，生胶
的稳定性差，如会发粘、变硬、溶于某些溶剂等。为此，工业橡胶中还必须加入各种配合剂
? 橡胶的配合剂主要有硫化剂、填充剂、软
化剂、防老化剂及发泡剂等。硫化剂的作
用是使生胶分子在硫化处理中产生适度交
联而形成网状络构，从而大大提高橡胶的
强度、耐磨性和刚性，并使其性能在很宽
的湿度范围内具有较高的稳定性
2．橡胶的性能特点
? （ 1）高弹性能
? 1）高弹态
? 受外力作用而发生的变形是可逆弹性变形，
外力去除后，只需要千分之一秒便可恢复
到原来的状态。
? 高弹变形时，弹性模量低，只有 1MPa。
? 高弹变形时，变形量大，可达 100%-1000%。
? 2）回弹性能
? 橡胶具有良好的回弹性能。如天然橡胶的回
弹高度可达 70%~80%。
? （ 2）强度
? 经硫化处理和炭黑增强后，其抗拉强度达
25~35MPa，并具有良好的耐磨性
3．常用橡胶材料
? 根据原材料的来源可分为天然橡胶和合成
橡胶。按应用范围又可分为通用橡胶和特
种橡胶
? （ 1）天然橡胶
? 天然橡胶是橡胶树上流出的胶乳，经过加工制成
的固态生胶。它的成分是异戊二烯高分子化合物。
天然橡胶具有很好的弹性，但强度、硬度并不高。
为了提高其强度并使其硬化，要进行硫化处理。
经处理后抗拉强度约为 17~29MPa，用炭黑增强后
可达 35MPa
? 天然橡胶是优良的电绝缘体，并有较好的耐碱性。
但耐油、耐溶剂性和耐臭氧老化性差，不耐高温，
使用温度 -70~110℃,广泛用于做轮胎、胶带、胶
管等
? （ 2）合成橡胶
? 1）丁苯橡胶（ SBR） 丁苯橡胶是应用最广、
产量最大的一种合成橡胶。它以丁二烯和苯
乙烯为单体形成的共聚物。丁苯橡胶的性能
主要受苯乙烯含量的影响，随苯乙烯含量的
增加，橡胶的耐磨性、硬度增大而弹性下降
? 丁苯橡胶比天然橡胶质地均匀，耐磨、耐热、
耐老化性能好。但加工成型困难，硫化速度
慢。这种橡胶广泛用于制造轮胎、胶布、胶
板等
? 2）顺丁橡胶（ BR） 顺丁橡胶是丁二烯的
聚合物。其原料易得，发展很快，产量仅次
于丁苯橡胶
? 顺丁橡胶的特点是具有较高的耐磨性，比丁
苯橡胶高 26%，它可制造轮胎、三角胶带、
减震器、橡胶弹簧、电绝缘制品等
? （ 3）特种合成橡胶
? 1）丁腈橡胶（ NBR） 丁腈橡胶是丁二烯和
丙烯腈的共聚物。丙烯腈的含量一般在
15%~50%之间，过高会失去弹性，过低则
不耐油
? 丁腈橡胶具有良好的耐油性及对有机溶液的
耐蚀性，有时也称为耐油橡胶。此外，还有
较好的耐热、耐磨和耐老化性等。但其耐寒
性和电绝缘性较差，加工性能也不好
? 它主要用于制造耐油制品，如输油管、耐油
耐热密封圈、贮油箱等。
? 2）硅橡胶 硅橡胶的分子结构中是以硅原子和氧
原子构成主链。这种链是柔性链。极易于内旋转，
因而硅橡胶在低温下也具有良好的弹性。此外，
硅氧键的键能较高，这就使硅橡胶有很高的热稳
定性
? 硅橡胶品种很多，目前用量最大的是甲基乙烯基
硅橡胶。其加工性能好，硫化速度快，能与其他
橡胶并用，使用温度为 -70~300℃
? 硅橡胶具有优良的耐热性、抗寒性、耐候性、耐
臭氧性以及良好的绝缘性
? 主要用于制造各种耐高低温的橡胶制品。如管道
接头、高温设备的垫圈、衬垫、密封件及高压电
线、电缆的绝缘层等
? 表 4-5 常用橡胶的性能和用途
类
别
名称 代号 抗拉强
度 MPa
伸长率 (%) 使用温度
℃
回
弹
性
耐
磨
性
耐
浓
碱
性
耐
油
性
耐
老
化
用途
通
用
橡
胶
天然 NR 25~30 650~900 -50~120 好 中 中 差 轮胎、通用制品
丁苯 SBR 15~20 500~600 -50~140 中 好 中 差 好 轮胎、胶板、通用制
品
顺丁 BR 18~25 450~800 120 好 好 好 差 轮胎、耐寒运输带
丁腈 NBR 15~30 300~800 -35~175 中 中 中 好 中 输油管、耐油密封圈
氯丁 CR 25~27 800~1000 -35~130 中 中 好 好 好 胶管、胶带、电线包
皮
特
种
橡
胶
聚氨酯 UR 20~35 300~800 80 中 好 差 好 胶管、耐磨制品
三元乙
丙
EPD
M
10~25 400~800 150 中 中 好 差 好 散热管、绝缘体
氟 EPM 20~22 100~500 -50~300 中 中 中 好 好 高级密封件、高真空
耐蚀件
硅 4~10 50~500 -70~275 差 差 好 差 耐高低温零件、绝缘
体
聚硫 9~15 100~700 80~135 差 差 好 好 好
4.1.3 胶粘剂
? 在工程中，工程材料的连接方法除焊接、
铆接、螺纹连接之外，还有一种连接工艺
称为粘接剂粘接，又称胶接。其特点是接
头处应力分布均匀，应力集中小、接头密
封性好，而且工艺制作简单，成本低
1．胶粘剂的组成
? 胶粘剂的组成是根据使用性能要求而采用不同的
配方。但其中粘性基料是主要的组成成分，它对
粘接剂的性能起主要作用，它必须具有优异的粘附力及良好的耐热性、抗老化性等
? 常用粘性基料有环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、氯丁橡胶、丁腈橡胶等
? 胶粘刑中除了粘性基料，通常还有各种添加剂，
如填料、固化剂、增塑剂等。这些添加剂是根据
胶粘剂的性质及使用要求选择的
? 根据胶粘剂的粘性基料的化学成分，胶粘剂可分
为无机胶和有机胶。按其主要用途可分为结构胶、非结构胶和其他胶粘剂
2．常用胶粘剂
? （ 1）有机胶粘剂
? 1）环氧胶粘剂 环氧胶粘剂是以环氧树脂为基料的胶粘
剂。目前常用的环氧树脂主要是双酚 A型的。它对许多工
程材料均有很强的粘附力，如金属、玻璃、陶瓷等
? 由于环氧树脂是线型高聚物，本身不会固化，所以必须加
入固化剂，使其形成体型结构，才能发挥其优异的物理、
力学性能。常用的固化剂有胺类、酸酐类、咪唑类和聚酰
胺树脂等
? 环氧树脂固化后会变脆，为了提高冲击韧度，常加入增塑
剂和增韧剂，如对苯二甲酸二丁酯、丁腈橡胶等。环氧胶
粘剂常用作各种结构用胶
? 2）改性酚醛胶粘剂 酚醛树脂固化后有较多的交
联键。因此，它具有较高的耐热性和很好的粘附
力。但脆性较大，为了提高韧性，需要进行改性
处理。
? 由酚醛树脂与丁腈混炼胶混合而成的改性胶粘剂
称为酚醛 — 丁腈胶。它的胶接强度高，弹性、韧
性好，耐振动、耐冲击，具有较广的使用温度范
围，可在 -50~180℃ 之间长期工作。此外，还耐水、
耐油、耐化学介质腐蚀
? 主要应用于金属及大部分非金属材料的结构中，
如汽车刹车片的粘合，飞机中铝、铜合金的粘合
等
? 由酚醛树脂与缩醛树脂混合而成的粘胶剂称
为酚醛 — 缩醛胶。它具有较高的胶接强度，
持别是冲击韧度和耐疲劳性好。同时，也具
有良好的耐老化性和综合性能
? 适用于各种金属和非金属材料的胶接。但它
们的耐热性能比酚醛 — 丁腈胶差。
? （ 2）无机胶
? 无机胶主要有磷酸型、硼酸型和硅酸型。目
前在工程上常用的是磷酸型。
? 磷酸型胶粘剂的组成为：磷酸铝 1 ml [磷酸
（相对密度 1.7） 100ml+氢氧化铝（化学纯）
5— 10g） ] +氧化铜（ 180目以上） 3.5~4.5g。
? 与有机胶粘剂相比，无机胶有下列特点：
? 1）优良的耐热性，长期使用温度为
800~1000℃,并具有一定的强度，这是有
机胶无法比拟的。
? 2）胶接强度高，抗剪强度可达 100MPa，抗
拉强度也有 22Mpa。
? 3）较好的低温性能，可在 -196℃ 下工作，
强度几乎无变化。
? 4）耐候性、耐水性和耐油性良好，但耐酸、
碱性较差。
4.2 工业陶瓷
4.2.1 陶瓷材料的分类
4.2.2 陶瓷材料的性能
4.2.3 常用工业陶瓷
4.2.1 陶瓷材料的分类
? 除了玻璃、水泥、耐火材料外，按成分和
用途的不同，陶瓷可分为普通陶瓷、特种
陶瓷和金属陶瓷三类。
? 普通陶瓷，又称为传统陶瓷，是以粘土、长
石、石英等主要成分制成的，杂质较多。常
用作日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化
工陶瓷、多孔陶瓷等
? 特种陶瓷是以人工提炼、纯度较高的化合
物为原料制成的陶瓷。如氧化物、氮化物、
碳化物、碱土金属碳酸盐等的烧结材料。
它们具有各种独特的力学、物理和化学性
能，可满足工程上的特殊需要
? 常见的有高温陶瓷、高强度陶瓷、精密陶
瓷、磁性陶瓷、压电陶瓷、电容器陶瓷等
多种
? 金属陶瓷是由金属和陶瓷组成的非均质复
合材料，它应属于复合材料，但习惯上被
看作陶瓷的一部分
? 由于粉末冶金的生产工艺与陶瓷类似，因
此粉末冶金生产的金属材料也统称为金属
陶瓷。采用不同组成的金属和陶瓷，并改
变它们的相对数量，可以制成各种结构材
料、工具材料、耐热材树和电工材料等
4.2.2 陶瓷材料的性能
? 1．力学性能
? 陶瓷材料具有很高的弹性模量和硬度，比金属高
若干倍，比有机高聚物高 2.4个数量级。这是由于
陶瓷材料具有强大的化学键所致
? 陶瓷的塑性变形能力很低，在室温下几乎没有塑
性，因为陶瓷晶体滑移系很少，共价键有明显的
方向性和饱和性，离子键的同号离子接近时斥力
很大，当产生滑移时，极易造成键的断裂，再加
上有大量气孔存在，所以陶瓷材料呈现出很明显
的脆性特征，韧性极低
? 表 4-7 各种常见材料的弹性模量和硬度
材料 弹性模量（ MN/m2） 硬度（ HV）
橡胶
塑料
镁合金
铝合金
钢
氧化铝
碳化钛
金刚石
6.9
1380
41300
72300
207000
400000
390000
1171000
很低
~17
30~40
~170
300~800
~1500
~3000
6000~10000
? 由于陶瓷内有气孔、杂质和各种缺陷的存
在．所以陶瓷材料的抗拉强度很低，抗弯
强度较高，而抗压强度非常高，因受压时，
裂纹不易扩展
2．热性能
? 陶瓷材料熔点高，具有比金属材料高得多的
耐热性。此外，它的热膨胀系数低、导热性
小，是优良的绝热材料
? 但陶瓷的抗热振性低，这是它的致命弱点之
一
3．电性能
? 陶瓷材料的导电性变化范围很广。由于离子晶体
无自由电子，所以大多数陶瓷材料都是良好的绝
缘体
? 但不少陶瓷既是离子导体，又有一定的电子导电
性。例如氧化物 ZnO,Ni0,Fe3O4等实际上是半
导体。可见，陶瓷也是重要的半导体材料
? 此外，最近几年出现的超导材料，大多数也是陶
瓷材料。
4．化学性能
? 陶瓷的组织结构很稳定，这是由于具有强
大的离子键和共价键结合,并且在离子晶体
中金属原子被包围在非金属原子的间隙中，
形成稳定的化学结构。因此，陶瓷材料具
有良好的抗氧化性和不可燃烧性，即使在
1000℃ 的高温也不会被氧化
? 此外，陶瓷对酸、碱、盐等介质均具有较
强的抗蚀性，与许多金属熔体也不发生作
用，因而是极好的耐蚀材料和坩埚材料
5．光学性能
? 光学性能对于近代陶瓷材料来讲也占了重
要地位，如制造固体激光器材料、光导纤
维材料、光存储材科等。这些材料的研究
和应用，对通讯、摄影、计算机等具有重
要的实际意义
? 氧化铝透明陶瓷的出现，是光学材料的重
大突破。透明陶瓷大多是单一晶相组成的
多晶材料,1mm厚的试片透光率可达 80％以
上
4.2.3 常用工业陶瓷
? 1．传统陶瓷（普通陶瓷）
? 传统陶瓷是以高岭土（ Al2O3·SiO2·2H2O）、长石
（钾长石（ K2O·A12O3·6SiO2）和钠长石
（ Na20·A12O3·6SiO2））、石英 (SiO2)为原料配制
成的
? 这类陶瓷的主晶相为莫来石，约占 25%~30%，玻
璃相 35%~60%，气相占 1%~3%以上。通过改变组
成物的配比、熔剂、辅料以及原料的细度和致密
度，可以获得不同特性的陶瓷
? 传统陶瓷质地坚硬，有良好的抗氧化性、
耐蚀性和绝缘性。能耐一定高温，成本低、
生产工艺简单，但由于含有较多的玻璃相，
故结构疏松，强度较低。在一定温度下会
软化，耐高温性能不如近代陶瓷，通常最
高使用温度为 1200℃ 左右
? 传统陶瓷广泛应用于日用、电气、化工、
建筑等部门，如装饰瓷、餐具、绝缘子、
耐蚀容器、管道、设备等
2．近代陶瓷（特种陶瓷 )
? （ 1）氧化物陶瓷
? 氧化物陶瓷可以是单一氧化物，也可是复
合氧化物。目前应用最广泛的是氧化铝陶
瓷。这类陶瓷以 Al2O3为主要成分，并按
Al2O3的含量不同可分为刚玉瓷、刚玉 -莫来
石瓷和莫来石瓷。其中刚玉瓷中 Al2O3的含
量高达 99％。
? 氧化铝陶瓷的熔点在 2000℃ 以上，耐高温，
能在 1600℃ 左右长期使用。具有很高的硬度，
仅次于碳化硅、立方氮化硼、金刚石等，并
有较高的强度、高温强度和耐磨性。此外，
它还具有良好的绝缘性和化学稳定性，能耐
各种酸碱的腐蚀，但氧化铝陶瓷的缺点是热
稳定性低
? 氧化铝陶瓷广泛用于制造高速切削工具、量
规、拉丝模、高温炉零件、空压机泵零件、
内燃机火花塞等。此外，还可用作真空材料、
绝热材科和坩埚材料
? （ 2）氮化物陶瓷
? 周期表中第 Ⅱ ~Ⅳ 族的过渡元素，均可生成
高熔点氮化物，它们的化学稳定性好。最
常用的氯化物陶瓷是氮化硅 (Si3N4)和氮化硼
(BN)陶瓷
? 氮化硅陶瓷摩擦系数小，有自润滑性，所
以，具有良好的耐磨性，而且化学稳定性
高，可耐各种无机酸和碱溶液的腐蚀，并
能抵抗熔融铝、铅、镍等非铁金属的侵蚀，
还具有优异的绝缘性
? 可用来制造各种泵的密封环、热电偶套管、
切削刀具、高温轴承等
? 氮化硼陶瓷具有石墨型六方结构。所以，
又称为白石墨，能耐高温，并有自润滑性
? 常用作高温轴衬、高温模具耐摩擦等零件
? 在高压和 1360℃ 温度时，六方氮化硼转变为
立方结构的 β-BN，相对密度为 3.45，具有极
高的硬度。能抗高温达 2000℃,已成为仅次
于金刚石硬度的新型超硬材料，可用来制
作金属切削刀具。适用于高硬度金属材料
(调质、淬火钢 )的精加工、高强度钢和耐热
钢的精加工，有色金属的低粗糙度加工等
? （ 3）碳化物陶瓷
? 碳化物陶瓷有 SiC,WC,TiC等。这类材料
具有高的硬度、熔点和化学稳定性
? 碳化物陶瓷具有较高的高温强度，其抗弯强
度在 1400℃ 时仍保持在 300~600MPa，而其
他陶瓷在 1200℃ 时抗弯强度已显著下降。此
外，它还具有很高的热传导能力，较好的热
稳定性、耐磨性、耐蚀性和抗蠕变性
? 碳化硅陶瓷可用来制造工作温度高于 1500℃
的零件炉零件，如火箭喷嘴、热电偶套管、
高温电炉零件，各种泵的密封圈等
3．金属陶瓷
? 金属陶瓷是把金属的热稳定性和韧性与陶
瓷的硬度、耐火度、耐蚀性综合起来而形
成的具有高强度、高韧性、高耐蚀和高的
高温强度的新型材料。
? （ 1）氧化物基金属陶瓷
? 这是目前应用最多的金属陶瓷。在这类金属陶瓷
中，通常以铬为粘结剂，其含量不超过 10%。由于
铬能和 Al2O3形成固溶体，故可将 Al2O3粉放牢固地
粘结起来。此外，铬的高温性能较好，抗氧化性
和耐蚀性较高，所以和纯氧化铝陶瓷相比，改善
了韧性、热稳定性和抗氧化能力
? 氧化铝基金属陶瓷的特点是热硬性高 (达 1200℃ )、
高温强度高、抗氧化性良好，与被加工金属材料
的粘着倾向小，可提高加工精度和降低表面粗糙
度。但它们的脆性仍较大，且热稳定性较低。主
要用作工具材料，如刃具、模具、喷嘴、密封环
等
? （ 2）碳化物基金属陶瓷
? 碳化物基金属陶瓷应用较为广泛，常用作工具材
料，通常又称为硬质合金。另外也作为耐热材料
使用，是一种较好的高温结构材料。
? 硬质合金一般以钴为粘结剂，其含量在 3%-8%。
含钴量较高，则韧性和结构强度愈好，但硬度和
耐磨性稍有下降。常用的有 WC-Co,WC-TiC-Co和
WC-TiC-TaC-Co物硬质合金。其性能特点是硬度高，
达 86~93HRA(相当于 69~81HRC)，热硬性好 (工作
温度达 900~1000℃ )，用硬质合金制作的刀具，切
削速度比高速钢高 4~7倍，刀具寿命可提高几倍到
几十倍。
? 近年来发展起来的钢结硬质合金，其粘结剂
为合金钢粉末，且含量很高 (50%~65%)。它
的热硬性与耐磨性略逊于一般硬质合金，但
韧性好，并可进行锻造、热处理和切削加工。
可制造各种形状复杂的刃具
? 高温结构材料中最常用的是碳化铁基金属陶
瓷。其粘接金属主要是 Ni,CO，含量高达
60%，以满足高温构件的韧性和热稳定性需
要。其特点是高温性能好，如在 900℃ 时，
仍可保持较高抗拉强度。碳化钛基金属陶瓷
主要用作涡轮喷气发动机燃料室、叶片、涡
轮盘以及航空、航天装置中的某些耐热件
4.3 复合材料
? 由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，
经人工合成的材料称为复合材料。它不仅具有各
组成材料的优点，而且还获得单一材料无法具备
的优越的综合性能。
? 日常所见的人工复合材料很多，如钢筋混凝土就
是用钢筋与石子、沙子、水泥等制成的复合材料，
轮胎是由人造纤维与橡胶复合而成的材料
4.3.1 复合材料的性能特点
4.3.2 复合材料的分类
? 1．比强度和比模量高
? 在复合材料中，由于一般作为增强相的多
数是强度很高的纤维，而且组成材料密度
较小。所以，复合材料的比强度、比模量
比其他材料要高得多（见表 4-11）。这对宇
航、交通运输工具，要求在保证性能的前
提下，减轻自重具有重大的实际意义
4.3.1 复合材料的性能特点
材料 相对
密度
抗拉
强度 σ b
（ MPa）
弹性模量 E
（ MPa）
比强度
σ b/ρ
比弹性
模量
E/ρ
钢
铝
钛
玻璃钢
碳纤维 Ⅱ /环氧树脂
碳纤维 Ⅰ /环氧树脂
有机纤维（ PRD） /环氧树脂
硼纤维 /环氧树脂
硼纤维 /铝
7.8
2.8
4.5
2.0
1.45
1.6
1.4
2.1
1.65
1010
461
942
1040
1472
1050
1373
1344
981
206× 103
74× 103
112× 103
39× 103
137× 103
235× 103
78× 103
206× 103
196× 103
129
165
209
520
1015
656
981
640
370
26× 103
26× 103
25× 103
20× 103
95× 103
147× 103
56× 103
98× 103
74× 103
? 表 4-11各类材料强度性能的比较
? 2．疲劳强度较高
? 碳纤维增强复合材料的疲劳极限相当于其抗
拉强度的 70%-80%，而多数金属材料疲劳强
度只有抗拉强度的 40%-50%。这是因为在纤
维增强复合材料中，纤维与基体间的界面能
够阻止疲劳裂纹的扩展。当裂纹从基体的薄
弱环节处产生并扩展到结合面时，受到一定
程度的阻碍，因而使裂纹向载荷方向的扩展
停止
? 3．减振性好
? 当结构所受外载荷频率与结构的自振频率
相同时，将产生共振，容易造成灾难性事
故。而结构的自振频率不仅与结构本身的
形状有关，而且还与材料比模量的平方根
成正比关系。因为纤维增强复合材料的自
振频率高，可以避免共振。此外，纤维与
基体的界面具有吸振能力，所以具有很高
的阻尼作用。
? 除了上述几种特性外，复合材料还有较高的
耐热性和断裂安全性，良好的自润滑和耐磨
性等。但它也有缺点，如断裂伸长率较小，
抗冲击性较差，横向强度较低，成本较高等
4.3.2 复合材料的分类
? 复合材料依照增强相的性质和形态，可分
为纤维增强复合材料、层合复合材料和颗
粒复合材料三类。
1．纤维增强复合材料
? （ 1）玻璃纤维增强复合材料
? 玻璃纤维增强复合材料是以玻璃纤维及制
品为增强剂，以树脂为粘结剂而制成的，
俗称玻璃钢。
? 以尼龙、聚烯烃类、聚苯乙烯类等热塑性树
脂为粘结剂制成的热塑性玻璃钢，具有较高
的力学、介电、耐热和抗老化性能，工艺性
能也好。与基体材料相比，强度和疲劳性能
可提高 2-3倍以上，冲击韧度提高 1-4倍，蠕
变抗力提高 2-5倍。达到或超过了某些金属的
强度，可用来制造轴承、齿轮、仪表盘、壳
体、叶片等零件
? 以环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、聚
酯树脂等热固性树脂为粘结刑制成的热固
性玻璃钢，具有密度小、强度高 (表 4-12)，
介电性和耐蚀性及成形工艺性好的优点。
可制造车身、船体、直升飞机旋翼等
项目 酚醛树脂 环氧树脂 聚酯树脂 有机硅树脂
相对密度 1.30~1.32 1.15 1.10~1.46 1.7~1.9
抗拉强度（ MPa） 42~63 84~105 42~70 21~49
抗弯强度（ MPa） 77~119 108.3 59.5~119 68.6
抗压强度（ MPa） 87.5~150 150 91~169 63~126
? （ 2）碳纤维增强复合材料
? 碳纤维增强复合材料是以碳纤维或其织物为
增强剂，以树脂、金属、陶瓷等为粘结剂而
制成的。目前有碳纤维树脂、碳纤维碳、碳
纤维金属、碳纤维陶瓷复合材料等。其中，
以碳纤维树脂复合材料应用最为广泛。
? 碳纤维树脂复合材料中采用的树脂有聚四氟
乙烯树脂等。与玻璃钢相比，其强度和弹性
模量高，密度小。因此，它的比强度、比模
量在现有复合材料中名列前矛。它还具有较
高的冲击韧度和疲劳强度，优良的减磨性、
耐磨性、导热性、耐蚀性和耐热性
? 碳纤维树脂复合材料广泛用于制造要求比
强度、比模量高的飞行器结构件，如导弹
的鼻锥体、火箭喷嘴、喷气发动机叶片等。
还可制造重型机械的轴瓦、齿轮、化工设
备的耐蚀件等。
2．层合复合材料
? 层合复合材料是由两层或两层以上的不同
性质的材科结合而成，达到增强的目的
? 三层复合材料是以钢板为基体，烧结铜为中
间层，塑料为表面层制成的
? 它的物理、力学性能主要取决于基体，而摩
擦、磨损性能取决于表面塑料层
? 中间多孔性青铜使三层之间获得可靠的结合
力。表面塑料层常为聚四氟乙稀 (如 SF-1型 )
和聚甲醛 (如 SF-2型 )。这种复合材料比单一
塑料提高承载能力 20倍。导热系数提高 50倍，
热膨胀系数降低 75%，从而改善了尺寸稳定
性。常用作无油润滑轴承，此外还可制作机
床导轨、衬套、垫片等
? 夹层复合材料是由两层薄而强的面板或称蒙
皮与中间夹一层轻而柔的材料构成
? 面板一般由强度高、弹性模量大的材料组成，
如金属板、玻璃等。而心料结构有泡沫塑料
和蜂窝格子两大类
? 这类材料的特点是密度小、刚性和抗压稳定
性高，抗弯强度好，常用于航空、船舷、化
工等工业，如飞机、船舶的隔板及冷却塔等
3．颗粒复合材料
? 颗粒复合材料是由一种或多种颗粒均匀分布在基
体材料内而制成的。颗粒起增强作用，一般粒子
直径在 0.01-0.1ym范围内。粒子直径偏离这一数值
范围，均无法获得最佳增强效果
? 常见的颗粒复合材料有两类：一类是颗粒与树脂
复合，如塑料中加颗粒状填料，橡胶用炭黑增强
等；另一类是陶瓷粒与金属复合，典型的有金属
基陶瓷颗粒复合材料等
? 思考题
? 1．塑料的主要成分是什么?它起什么作用？
? 2．为什么 A朋塑料种类繁多且综合力学性能良好？
? 3．试比较 ABS、尼龙、聚甲醛、聚碳酸 iS的性能，并指出
它们的应用场合及特点。
? 4．试比较热塑性塑料和热固性塑料的结构，性能特点。
? 5,有机胶与无机胶，各有何优点?
? 6．试比较氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷的性能
特点。
? 7．含碳化物的粉末冶金材料同于哪一类陶瓷？它们有何
用途？
? 8．比较玻璃钢与碳纤维增强的树脂复合材科的性能特点，
并指出它们的应用范围。
