(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(biāo)和分類：

　　1)耐火材料的主要性能指標(biāo)。

　　①耐火度。

　　②荷重軟化溫度。

　　③高溫化學(xué)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(shí)越不易損壞。

　　⑤抗壓強(qiáng)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(shí)吸收的熱量，使加熱速度加快，但是密度小時(shí)，耐火材料的強(qiáng)度較低。

　　⑦熱導(dǎo)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(xué)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(shè)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(dāng)不受沖擊振動(dòng)時(shí)，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(shè)備的使用壽命。

　　(2)石墨

　　關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)二：耐蝕(酸)非金屬材料及其特性——其中的石墨是重點(diǎn)

　　石墨材料具有高熔點(diǎn)(3700℃)，在高溫下有高的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)溫度增加時(shí)，石墨的強(qiáng)度隨之提高。石墨在3000℃以下具有還原性，并且在中性介質(zhì)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(jié)構(gòu)材料都穩(wěn)定，不會(huì)炸裂破壞，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)比碳鋼大2倍多，所以，石墨材料常用來(lái)制造傳熱設(shè)備。

　　石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。除了強(qiáng)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(xué)介質(zhì)中都很穩(wěn)定，甚至在熔融的堿中也很穩(wěn)定。

　　石墨按來(lái)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(xué)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(hào)502008010103]

　　『正確答案』C

　　『答案解析』參見(jiàn)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(xué)儀器和高級(jí)玻璃制品、無(wú)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(zhì)量分?jǐn)?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(zhì)量分?jǐn)?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(wú)機(jī)酸和有機(jī)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(wú)機(jī)酸和有機(jī)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(shè)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(xué)性能。比如高溫化學(xué)穩(wěn)定性、超硬的特點(diǎn)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(gòu)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(xí)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(jié)構(gòu)陶瓷和耐酸陶瓷等。

　　關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)三：高分子材料的特性及其中的各種塑料的特性(2009年沒(méi)有考，以前常考)

　　1.高分子材料具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性、較強(qiáng)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(jié)構(gòu)材料。

　　高分子材料的基本性能及特點(diǎn)：

　　(1)質(zhì)輕。

　　(2)比強(qiáng)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(dǎo)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(shù)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(shù)脂。有合成樹(shù)脂和天然樹(shù)脂之分，在所有的塑料制品中幾乎都是采用合成樹(shù)脂。

　　樹(shù)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(shù)脂在塑料中主要起膠結(jié)作用，通過(guò)膠結(jié)作用把填充料等膠結(jié)成堅(jiān)實(shí)整體。因此，塑料的性質(zhì)主要取決于樹(shù)脂的性質(zhì)。

　　②填料。又稱填充劑，其作用是提高塑料的強(qiáng)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(duì)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(dǎo)熱性、導(dǎo)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(shí)的可塑性及流動(dòng)性，改善塑料制品的柔韌性。

　　④著色劑。無(wú)機(jī)顏料不僅對(duì)塑料具有著色性，同時(shí)又兼有填料和穩(wěn)定劑的作用。

　　⑤穩(wěn)定劑。為延長(zhǎng)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(zhì)輕、吸濕性小、良好的電絕緣性、延伸性和透明性強(qiáng)、較好的耐寒性和化學(xué)穩(wěn)定性，但強(qiáng)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(xué)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(xué)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(yùn)輸箱、安全帽、汽車零件、儲(chǔ)罐、電纜護(hù)套、壓力管道及編織袋等。

　　c.聚丙烯(PP)。聚丙烯具有質(zhì)輕、不吸水，介電性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性良好(可在100%以上使用。若無(wú)外力作用，溫度達(dá)到150℃時(shí)也不會(huì)發(fā)生變形)，力學(xué)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(shè)備，如法蘭、齒輪、風(fēng)扇葉輪、泵葉輪、接頭、把手和汽車方向盤調(diào)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(qiáng)度比聚乙烯高，常見(jiàn)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(qiáng)度較好，有良好的耐水性、耐油性和耐化學(xué)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(zhǎng)期使用。幾乎耐所有的化學(xué)藥品，在侵蝕性極強(qiáng)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(diǎn)是強(qiáng)度低、冷流性強(qiáng)。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(xì)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。可采用注射、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(diǎn)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(méi)備外殼，化工中的儲(chǔ)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。可采用注射、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(jī)械性能良好。同時(shí)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(jī)械強(qiáng)度。此外，它的性能可以根據(jù)要求由改變單體的含量來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

　　h.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。俗稱有機(jī)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(shù)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(jī)械強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)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(qiáng)堿和酚類物質(zhì)的侵蝕。

　　b.酚醛玻璃纖維增強(qiáng)塑料。

　　c.環(huán)氧樹(shù)脂(EP)

　　環(huán)氧樹(shù)脂強(qiáng)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(zhǎng)期工作;化學(xué)穩(wěn)定性很高，成型工藝性能好。

　　缺點(diǎn)是有毒性。

　　環(huán)氧樹(shù)脂是很好的膠粘劑，對(duì)各種材料(金屬及非金屬)都有很強(qiáng)的膠粘能力。環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂。

　　它能耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑腐蝕，并能適用于其中兩種介質(zhì)的結(jié)合或交替使用的場(chǎng)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(jī)玻璃)等。

　　常用的熱固性塑料有酚醛模塑料(PF)(不耐強(qiáng)堿和酚類物質(zhì)的侵蝕)、酚醛玻璃纖維增強(qiáng)塑料、環(huán)氧樹(shù)脂(EP)、呋喃樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂。