一建机电教材解读：1H411012 常用非金属材料的类型及应用

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　　1H411012 常用非金属材料的类型及应用

　　机电工程常用非金属材料的类型很多，广泛应用在机电工程中，本条主要知识点是：硅酸盐材料的类型及应用;高分子材料的类型及应用;非金属风管材料的类型及应用。

　　一、硅酸盐材料的类型及应用

　　以天然矿物或人工合成的各种化合物为基本原料，经粉碎、配料、成型和高温烧结等工序制成的无机非金属固体材料。包括水泥、玻璃棉、砌筑材料和陶瓷。

　　(一)水泥

　　以适当成分的生料烧至部分熔融，获得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料。广泛应用在建设工程中。

　　(二)绝热棉

　　常用玻璃棉的种类很多，通常有膨胀珍珠岩类、离心玻璃棉类、超细玻璃棉类、微孔硅酸壳、矿棉类、岩棉类等。在机电安装工程中，常用于保温、保冷的各类容器、管道、通风空调管道等绝热工程。

　　例如，玻璃钢及其制品以玻璃纤维为增强剂，以合成树脂为胶粘剂制成的复合材料，主要用于石油化工耐腐蚀耐压容器及管道等。

　　(三)砌筑材料

　　1.砌筑材料种类很多，有各种类型的耐火砖和耐火材料，要求具有很好的耐高温性能、一定的高温力学性能、良好的体积稳定性、抗各种侵蚀性的熔渣及气体的性能等。一般用于高温窑、炉或高温容器等热工设备的内衬结构材料，也可作为高温装置中的部件材料等。

　　2.按照用途分为钢铁行业用、有色金属行业用、石化行业用、硅酸盐行业用、电力行业用、废物焚烧熔融炉用等耐火材料。

　　3.按照矿物组成分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、橄榄石质、含碳质、含锆质耐火材料等。

　　例如，在机电工程中，各种耐火砖和耐火材料主要用于各种类型的炉窑砌筑工程，各种类型的锅炉炉墙砌筑，各种类型的冶炼炉砌筑，各种类型的窑炉砌筑等。

　　例如，镁质耐火材料是以镁石作为原料，以方镁石为主要矿物组成，方镁石含量在80%～85%以上的耐火材料，属于碱性耐火材料，抵抗碱性物质的侵蚀能力较好，耐火度很高，是炼钢碱性转炉、电炉、化铁炉以及许多有色金属火法冶炼炉中使用最广泛的一类重要耐火材料。

　　(四)陶瓷

　　1.陶瓷的特性

　　陶瓷是以黏土等硅酸盐类矿物为原料，经粉末处理、成型、烧结等过程加工而成，具有坚硬、不燃、不生锈，能承受光照、压力等优良性能。陶瓷的硬度很高，但脆性很大。

　　2.陶瓷的分类

　　按照原料来源可分为普通陶瓷和特种陶瓷;普通陶瓷是以天然硅酸盐矿物为主要原料，如黏土、石英、长石等，其主要制品有建筑陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷等;特种陶瓷是以纯度较高的人工合成化合物为主要原料的人工合成化合物，如氧化铝陶瓷、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，可分为结构陶瓷、功能陶瓷。

　　3.陶瓷的主要用途

　　(1)陶瓷制品。有管件、阀门、管材、泵用零件、轴承等，主要用于防腐蚀工程中。

　　例如，氮化硅陶瓷主要用于耐磨、耐高温、耐腐蚀、形状复杂且尺寸精度高的制品，如石油化工泵的密封环、高温轴承、燃气轮机叶片等。

　　(2)结构陶瓷。应用主要有：切削工具、模具、耐磨零件、泵和阀部件、发动机部件、热交换器等。功能陶瓷如绝缘陶瓷、敏感陶瓷、介电陶瓷、超导陶瓷、红外辐射陶瓷、发光陶瓷、透明陶瓷、生物与抗菌陶瓷、隔热陶瓷等，已在能源开发、空间技术、电子技术、生物技术、环境科学等领域得到了广泛应用。

　　(五)特种新型的无机非金属材料

　　1.普通传统的非金属材料指以硅酸盐为主要成分的材料，并包括一些生产工艺相近的非硅酸盐材料。主要有碳化硅、氧化铝陶瓷，硼酸盐、硫化物玻璃，镁质、铬镁质耐火材料和碳素材料等。这一类材料生产历史较长，产量较大，用途也较广。

　　2.特种新型的无机非金属材料主要指用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。它是20世纪以后发展起来的，具有特殊性质和用途的材料。

　　二、高分子材料的类型及应用

　　高分子材料是由相对分子质量很大的大分子组成的材料。由小分子单体经聚合反应生成大分子链而得到高分子材料，通过加工制成各种高分子材料制品。

　　(一)高分子材料的特性

　　高分子材料由于本身的结构特性，表现出与其他材料所不同的特点，表现为：质轻、透明，具有柔软、高弹的特性;多数高分子材料摩擦系数小，易滑动，能吸收振动和声音能量;是电绝缘体、难导热体，热膨胀较大，耐热温度低，低温脆性;耐水，大多数能耐酸、碱、盐等;使用过程中会出现“老化”现象。

　　(二)高分子材料的类型及用途

　　1.高分子材料的类型

　　按来源分为天然、半合成(改性天然高分子材料)和合成高分子材料。按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料。高分子材料按用途，又分为普通高分子材料和功能高分子材料。现代高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。

　　2.塑料

　　塑料是以合成的或天然的树脂作为主要成分，添加一些辅助材料(如填料、固化剂、增塑剂、稳定剂、防老剂等)，在一定温度、压力下塑制成型。按照成型工艺不同，分为热塑性塑料、热固性塑料。

　　(1)热塑性塑料

　　热塑性材料是以热塑性树脂为主体成分，加工塑化成型后具有链状的线状分子结构，受热后又软化，可以反复塑制成型，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。优点是加工成型简便，具有较好的机械性能，缺点是耐热性和刚性比较差。

　　例如，薄膜、软管和塑料瓶等常采用低密度聚乙烯制作;煤气管采用中、高密度聚乙烯制作;水管主要采用聚氯乙烯制作;热水管目前均用耐热性高的氯化聚氯乙烯或聚丁烯制造;泡沫塑料热导率极低，相对密度小，特别适于用作屋顶和外墙隔热保温材料，在冷库中用得更多。

　　(2)热固性塑料

　　热固性塑料是以热固性树脂为主体成分，加工固化成型后具有网状体型的结构，受热后不再软化，强热下发生分解破坏，不可以反复成型。优点是耐热性高，受压不宜变形等，缺点是机械性能不好，但可加入填料来提高强度。这类塑料如酚醛塑料、环氧塑料等。

　　例如，环氧塑料可用来制作塑料模具、精密量具、电子仪表装置、配置飞机漆、电器绝缘漆等。

　　(3)塑料制品：聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯等，用于建筑管道、电线导管、化工耐腐蚀零件及热交换器等。

　　1)聚乙烯塑料管：无毒，可用于输送生活用水。常使用的低密度聚乙烯水管(简称塑料自来水管)，这种管材的外径与焊接钢管基本一致。

　　2)ABS工程塑料管：耐腐蚀、耐温及耐冲击性能均优于聚氯乙烯管，它由热塑性丙烯腈丁二烯一苯乙烯三元共聚体粘料经注射、挤压成型加工制成，使用温度为-20℃～70℃，压力等级分为B、C、D三级。

　　3)聚丙烯管(PP管)：丙烯管材系聚丙烯树脂经挤出成型而得，其刚性、强度、硬度和弹性等机械性能均高于聚乙烯，但其耐低温性差，易老化，常用于流体输送。按压力分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，其常温下的工作压力为： 工型为0.4MPa、Ⅱ型为0.6MPa、Ⅲ型为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，在耐化学性和耐热性能满足工艺要求的条件下，此种管材也可用于化工、纺织等工业废气排污排毒塔、气体液体输送等。

　　5)铝塑复合管(PAP管)：铝合金层增加耐压和抗拉强度，使管道容易弯曲而不反弹。外塑料层可保护管道不受外界腐蚀，内塑料层采用中密度聚乙烯时可作饮水管，无毒、无味、无污染，符合国家饮用水标准;内塑料层采用交联聚乙烯则可耐高温、耐高压，适用于采暖及高压用管。

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

　　3.橡胶

　　(1)橡胶是具有高弹性的高分子材料，它是由生胶、配合剂、增强剂组成，按材料来源不同分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶弹性最好，具有强度大、电绝缘性好、不透水的特点，也有较好的耐碱性能，但不耐浓酸，能溶于苯、汽油等溶剂。

　　(2)橡胶制品有天然橡胶、氯化橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁酯橡胶等，用于密封件、衬板、衬里等。

　　例如，天然橡胶广泛用于制造胶带、胶管和减振零件等。

　　4.纤维

　　具有很大长径比和一定柔韧性的纤细物质。按原材料及生产过程不同，可分为天然纤维、人造纤维与合成纤维。

　　(1)天然纤维有棉花、麻、羊毛、蚕丝等。

　　(2)人造纤维是利用自然界中的木料、芦苇、棉绒等原料经过制浆提取纤维素，再经过化学处理及机械加工而成的。

　　(3)合成纤维是利用石油、煤炭、天然气等原料生产制造的纤维制品。常用的合成纤维(六大纶)如聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(锦纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯醇纤维(维纶)、聚丙烯纤维(丙纶)和聚氯乙烯纤维(氯纶)等。

　　例如，涤纶常用做工业上的运输带、传动带、帆布、绳索等。

　　5.油漆及涂料

　　(1)油漆广泛用于设备管道工程中的防锈保护。例如，清漆、冷固环氧树脂漆、环氧呋喃树脂漆、酚醛树脂漆等。

　　(2)涂料是一种涂覆于固体物质表面并形成连续性薄膜的液态或粉末状态的物质。涂料的主要功能是：保护被涂覆物体免受各种作用而发生表面的破坏;具有装饰效果;并能防火、防静电、防辐射。例如，涂塑钢管具有优良的耐腐蚀性能和比较小的摩擦阻力。环氧树脂涂塑钢管适用于给水排水及海水、温水、油、气体等介质的输送，聚氯乙烯(PVC)涂塑钢管适用于排水及海水、油、气体等介质的输送。根据需要，可在钢管的内外表面涂塑或仅涂敷外表面。

　　6.胶粘剂

　　(1)用来将其他材料粘接在一起的材料。通过粘附作用，使同质或异质材料连接在一起。按照胶粘剂的基料类型分为天然胶粘剂和合成胶粘剂。

　　(2)常用的胶粘剂如环氧树脂胶粘胶、酚醛树脂胶粘胶、丙烯酸酯类胶粘胶、橡胶胶粘剂、聚酯酸乙烯胶粘胶等。

　　例如，环氧树脂胶粘胶俗称“万能胶”，具有很强的粘合力，对金属、木材、玻璃、陶瓷、橡胶、橡胶、塑料、皮革等都有良好的粘合能力;酚醛树脂胶粘胶广泛用于汽车部件、飞机部件、机器部件等结构件的粘结。

　　三、非金属风管材料的类型及应用

　　1.非金属风管材料的类型有：酚醛复合板材，聚氨酯复合板材，玻璃纤维复合板材，无机玻璃钢板材，硬聚氯乙烯板材。

　　2.酚醛复合风管适用于低、中压空调系统及潮湿环境，但对高压及洁净空调、酸碱性环境和防排烟系统不适用;聚氨酯复合风管适用于低、中、高压洁净空调系统及潮湿环境，但对酸碱性环境和防排烟系统不适用;玻璃纤维复合风管适用于中压以下的空调系统，但对洁净空调、酸碱性环境和防排烟系统以及相对湿度90%以上的系统不适用;硬聚氯乙烯风管适用于洁净室含酸碱的排风系统。