一建機電教材解讀：1H411012 常用非金屬材料的類型及應用

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　　1H411012 常用非金屬材料的類型及應用

　　機電工程常用非金屬材料的類型很多，廣泛應用在機電工程中，本條主要知識點是：硅酸鹽材料的類型及應用;高分子材料的類型及應用;非金屬風管材料的類型及應用。

　　一、硅酸鹽材料的類型及應用

　　以天然礦物或人工合成的各種化合物為基本原料，經粉碎、配料、成型和高溫燒結等工序制成的無機非金屬固體材料。包括水泥、玻璃棉、砌筑材料和陶瓷。

　　(一)水泥

　　以適當成分的生料燒至部分熔融，獲得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏，磨細制成的水硬性膠凝材料。廣泛應用在建設工程中。

　　(二)絕熱棉

　　常用玻璃棉的種類很多，通常有膨脹珍珠巖類、離心玻璃棉類、超細玻璃棉類、微孔硅酸殼、礦棉類、巖棉類等。在機電安裝工程中，常用于保溫、保冷的各類容器、管道、通風空調管道等絕熱工程。

　　例如，玻璃鋼及其制品以玻璃纖維為增強劑，以合成樹脂為膠粘劑制成的復合材料，主要用于石油化工耐腐蝕耐壓容器及管道等。

　　(三)砌筑材料

　　1.砌筑材料種類很多，有各種類型的耐火磚和耐火材料，要求具有很好的耐高溫性能、一定的高溫力學性能、良好的體積穩(wěn)定性、抗各種侵蝕性的熔渣及氣體的性能等。一般用于高溫窯、爐或高溫容器等熱工設備的內襯結構材料，也可作為高溫裝置中的部件材料等。

　　2.按照用途分為鋼鐵行業(yè)用、有色金屬行業(yè)用、石化行業(yè)用、硅酸鹽行業(yè)用、電力行業(yè)用、廢物焚燒熔融爐用等耐火材料。

　　3.按照礦物組成分為氧化硅質、硅酸鋁質、鎂質、白云石質、橄欖石質、含碳質、含鋯質耐火材料等。

　　例如，在機電工程中，各種耐火磚和耐火材料主要用于各種類型的爐窯砌筑工程，各種類型的鍋爐爐墻砌筑，各種類型的冶煉爐砌筑，各種類型的窯爐砌筑等。

　　例如，鎂質耐火材料是以鎂石作為原料，以方鎂石為主要礦物組成，方鎂石含量在80%～85%以上的耐火材料，屬于堿性耐火材料，抵抗堿性物質的侵蝕能力較好，耐火度很高，是煉鋼堿性轉爐、電爐、化鐵爐以及許多有色金屬火法冶煉爐中使用最廣泛的一類重要耐火材料。

　　(四)陶瓷

　　1.陶瓷的特性

　　陶瓷是以黏土等硅酸鹽類礦物為原料，經粉末處理、成型、燒結等過程加工而成，具有堅硬、不燃、不生銹，能承受光照、壓力等優(yōu)良性能。陶瓷的硬度很高，但脆性很大。

　　2.陶瓷的分類

　　按照原料來源可分為普通陶瓷和特種陶瓷;普通陶瓷是以天然硅酸鹽礦物為主要原料，如黏土、石英、長石等，其主要制品有建筑陶瓷、電器絕緣陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷等;特種陶瓷是以純度較高的人工合成化合物為主要原料的人工合成化合物，如氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等。按照陶瓷材料的性能和用途不同，可分為結構陶瓷、功能陶瓷。

　　3.陶瓷的主要用途

　　(1)陶瓷制品。有管件、閥門、管材、泵用零件、軸承等，主要用于防腐蝕工程中。

　　例如，氮化硅陶瓷主要用于耐磨、耐高溫、耐腐蝕、形狀復雜且尺寸精度高的制品，如石油化工泵的密封環(huán)、高溫軸承、燃氣輪機葉片等。

　　(2)結構陶瓷。應用主要有：切削工具、模具、耐磨零件、泵和閥部件、發(fā)動機部件、熱交換器等。功能陶瓷如絕緣陶瓷、敏感陶瓷、介電陶瓷、超導陶瓷、紅外輻射陶瓷、發(fā)光陶瓷、透明陶瓷、生物與抗菌陶瓷、隔熱陶瓷等，已在能源開發(fā)、空間技術、電子技術、生物技術、環(huán)境科學等領域得到了廣泛應用。

　　(五)特種新型的無機非金屬材料

　　1.普通傳統(tǒng)的非金屬材料指以硅酸鹽為主要成分的材料，并包括一些生產工藝相近的非硅酸鹽材料。主要有碳化硅、氧化鋁陶瓷，硼酸鹽、硫化物玻璃，鎂質、鉻鎂質耐火材料和碳素材料等。這一類材料生產歷史較長，產量較大，用途也較廣。

　　2.特種新型的無機非金屬材料主要指用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各種無機非金屬化合物經特殊的先進工藝制成的材料。它是20世紀以后發(fā)展起來的，具有特殊性質和用途的材料。

　　二、高分子材料的類型及應用

　　高分子材料是由相對分子質量很大的大分子組成的材料。由小分子單體經聚合反應生成大分子鏈而得到高分子材料，通過加工制成各種高分子材料制品。

　　(一)高分子材料的特性

　　高分子材料由于本身的結構特性，表現(xiàn)出與其他材料所不同的特點，表現(xiàn)為：質輕、透明，具有柔軟、高彈的特性;多數(shù)高分子材料摩擦系數(shù)小，易滑動，能吸收振動和聲音能量;是電絕緣體、難導熱體，熱膨脹較大，耐熱溫度低，低溫脆性;耐水，大多數(shù)能耐酸、堿、鹽等;使用過程中會出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象。

　　(二)高分子材料的類型及用途

　　1.高分子材料的類型

　　按來源分為天然、半合成(改性天然高分子材料)和合成高分子材料。按特性分為橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復合材料。高分子材料按用途，又分為普通高分子材料和功能高分子材料?，F(xiàn)代高分子材料已與金屬材料、無機非金屬材料相同，成為科學技術、經濟建設中的重要材料。

　　2.塑料

　　塑料是以合成的或天然的樹脂作為主要成分，添加一些輔助材料(如填料、固化劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、防老劑等)，在一定溫度、壓力下塑制成型。按照成型工藝不同，分為熱塑性塑料、熱固性塑料。

　　(1)熱塑性塑料

　　熱塑性材料是以熱塑性樹脂為主體成分，加工塑化成型后具有鏈狀的線狀分子結構，受熱后又軟化，可以反復塑制成型，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。優(yōu)點是加工成型簡便，具有較好的機械性能，缺點是耐熱性和剛性比較差。

　　例如，薄膜、軟管和塑料瓶等常采用低密度聚乙烯制作;煤氣管采用中、高密度聚乙烯制作;水管主要采用聚氯乙烯制作;熱水管目前均用耐熱性高的氯化聚氯乙烯或聚丁烯制造;泡沫塑料熱導率極低，相對密度小，特別適于用作屋頂和外墻隔熱保溫材料，在冷庫中用得更多。

　　(2)熱固性塑料

　　熱固性塑料是以熱固性樹脂為主體成分，加工固化成型后具有網狀體型的結構，受熱后不再軟化，強熱下發(fā)生分解破壞，不可以反復成型。優(yōu)點是耐熱性高，受壓不宜變形等，缺點是機械性能不好，但可加入填料來提高強度。這類塑料如酚醛塑料、環(huán)氧塑料等。

　　例如，環(huán)氧塑料可用來制作塑料模具、精密量具、電子儀表裝置、配置飛機漆、電器絕緣漆等。

　　(3)塑料制品：聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯等，用于建筑管道、電線導管、化工耐腐蝕零件及熱交換器等。

　　1)聚乙烯塑料管：無毒，可用于輸送生活用水。常使用的低密度聚乙烯水管(簡稱塑料自來水管)，這種管材的外徑與焊接鋼管基本一致。

　　2)ABS工程塑料管：耐腐蝕、耐溫及耐沖擊性能均優(yōu)于聚氯乙烯管，它由熱塑性丙烯腈丁二烯一苯乙烯三元共聚體粘料經注射、擠壓成型加工制成，使用溫度為-20℃～70℃，壓力等級分為B、C、D三級。

　　3)聚丙烯管(PP管)：丙烯管材系聚丙烯樹脂經擠出成型而得，其剛性、強度、硬度和彈性等機械性能均高于聚乙烯，但其耐低溫性差，易老化，常用于流體輸送。按壓力分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，其常溫下的工作壓力為： 工型為0.4MPa、Ⅱ型為0.6MPa、Ⅲ型為0.8MPa。

　　4)硬聚氯乙烯排水管及管件：硬聚氯乙烯排水管及管件用于建筑.工程排水，在耐化學性和耐熱性能滿足工藝要求的條件下，此種管材也可用于化工、紡織等工業(yè)廢氣排污排毒塔、氣體液體輸送等。

　　5)鋁塑復合管(PAP管)：鋁合金層增加耐壓和抗拉強度，使管道容易彎曲而不反彈。外塑料層可保護管道不受外界腐蝕，內塑料層采用中密度聚乙烯時可作飲水管，無毒、無味、無污染，符合國家飲用水標準;內塑料層采用交聯(lián)聚乙烯則可耐高溫、耐高壓，適用于采暖及高壓用管。

　　例如，塑料及復合材料水管常用的有：聚乙烯塑料管，涂塑鋼管，ABS工程塑料管，聚丙烯管(PP管)，硬聚氯乙烯管。

　　3.橡膠

　　(1)橡膠是具有高彈性的高分子材料，它是由生膠、配合劑、增強劑組成，按材料來源不同分為天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠彈性最好，具有強度大、電絕緣性好、不透水的特點，也有較好的耐堿性能，但不耐濃酸，能溶于苯、汽油等溶劑。

　　(2)橡膠制品有天然橡膠、氯化橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、丁酯橡膠等，用于密封件、襯板、襯里等。

　　例如，天然橡膠廣泛用于制造膠帶、膠管和減振零件等。

　　4.纖維

　　具有很大長徑比和一定柔韌性的纖細物質。按原材料及生產過程不同，可分為天然纖維、人造纖維與合成纖維。

　　(1)天然纖維有棉花、麻、羊毛、蠶絲等。

　　(2)人造纖維是利用自然界中的木料、蘆葦、棉絨等原料經過制漿提取纖維素，再經過化學處理及機械加工而成的。

　　(3)合成纖維是利用石油、煤炭、天然氣等原料生產制造的纖維制品。常用的合成纖維(六大綸)如聚酯纖維(滌綸)、聚酰胺纖維(錦綸)、聚丙烯腈纖維(腈綸)、聚乙烯醇纖維(維綸)、聚丙烯纖維(丙綸)和聚氯乙烯纖維(氯綸)等。

　　例如，滌綸常用做工業(yè)上的運輸帶、傳動帶、帆布、繩索等。

　　5.油漆及涂料

　　(1)油漆廣泛用于設備管道工程中的防銹保護。例如，清漆、冷固環(huán)氧樹脂漆、環(huán)氧呋喃樹脂漆、酚醛樹脂漆等。

　　(2)涂料是一種涂覆于固體物質表面并形成連續(xù)性薄膜的液態(tài)或粉末狀態(tài)的物質。涂料的主要功能是：保護被涂覆物體免受各種作用而發(fā)生表面的破壞;具有裝飾效果;并能防火、防靜電、防輻射。例如，涂塑鋼管具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和比較小的摩擦阻力。環(huán)氧樹脂涂塑鋼管適用于給水排水及海水、溫水、油、氣體等介質的輸送，聚氯乙烯(PVC)涂塑鋼管適用于排水及海水、油、氣體等介質的輸送。根據(jù)需要，可在鋼管的內外表面涂塑或僅涂敷外表面。

　　6.膠粘劑

　　(1)用來將其他材料粘接在一起的材料。通過粘附作用，使同質或異質材料連接在一起。按照膠粘劑的基料類型分為天然膠粘劑和合成膠粘劑。

　　(2)常用的膠粘劑如環(huán)氧樹脂膠粘膠、酚醛樹脂膠粘膠、丙烯酸酯類膠粘膠、橡膠膠粘劑、聚酯酸乙烯膠粘膠等。

　　例如，環(huán)氧樹脂膠粘膠俗稱“萬能膠”，具有很強的粘合力，對金屬、木材、玻璃、陶瓷、橡膠、橡膠、塑料、皮革等都有良好的粘合能力;酚醛樹脂膠粘膠廣泛用于汽車部件、飛機部件、機器部件等結構件的粘結。

　　三、非金屬風管材料的類型及應用

　　1.非金屬風管材料的類型有：酚醛復合板材，聚氨酯復合板材，玻璃纖維復合板材，無機玻璃鋼板材，硬聚氯乙烯板材。

　　2.酚醛復合風管適用于低、中壓空調系統(tǒng)及潮濕環(huán)境，但對高壓及潔凈空調、酸堿性環(huán)境和防排煙系統(tǒng)不適用;聚氨酯復合風管適用于低、中、高壓潔凈空調系統(tǒng)及潮濕環(huán)境，但對酸堿性環(huán)境和防排煙系統(tǒng)不適用;玻璃纖維復合風管適用于中壓以下的空調系統(tǒng)，但對潔凈空調、酸堿性環(huán)境和防排煙系統(tǒng)以及相對濕度90%以上的系統(tǒng)不適用;硬聚氯乙烯風管適用于潔凈室含酸堿的排風系統(tǒng)。