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6.1.2无机非金属材料的结构特点 • 无机非金属材料是由金属元素和非金属元
素的化合物组成的，即由金属或非金属元 素的氧化物、碳化物、硅化物、氮化物等 以各种不同结构组合而成。因此，离子键 和共价键共同作用，就成为无机非金属材 料的主要特点之一。 • 尽管无机非金属材料的结构比金属的结构 复杂，但其原子间相互组合的方式却主要 有两种类型，即硅酸盐结构和氧化物结构。
无机非金 属材料
硅酸盐材料
氧化物类陶瓷 材料
热塑性塑料 热固性塑料
玻璃 水泥 绝缘材料 耐火材料 陶瓷
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6.1非金属材料的结构特点及应用特性 6.1.1高分子材料的结构特点 • 高分子材料也称聚合物或高聚物，是由
许许多多分子量特别大的链状大分子所 组成。每个大分子中大量结构相同的单 元（称作链节）实质上是一种成几种简 单的低分子化合物，它们在共价键的作 用下，连接成链状结构，其分子量一般 在103~106之间。
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• 高聚物中晶体的存在将增大分子间的作 用力，使链的运动变难。因此导致材料 的熔点、密度、强度、刚度和耐热性的 提高；而使一些决定于链活动能力的性 能如弹性、塑性和韧性等指标下降。
• 如果在高聚物中掺入一些其它物质，或 将异种链的高分子混合在一起，形成高 聚物的高次结构（即高聚物的“合 金”），将大大改变高聚物的性能，适 应各种使用的特殊要求。
常温下处于玻璃态的高聚物，通常作为塑 料或合成纤维使用，而玻璃化温度Tg就成为它 们的耐热性指标。
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2．高弹态
当温度高于玻璃化温度Tg，且低于粘流温度Tf时 ，高聚物处于高弹态。受外力作用时，由于链段 的伸缩和转动，分子链的构象发生较大的变化， 而当除去外力后，分子链又回复到原来的状态。 于是，使处于高弹态的高聚物表现出独特的性质 ，如可回复弹性变形量高达1-10倍，而弹性模量 却比普通弹性材料小三个数量级。
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4．皮革态
当高聚物中存在数量不等的结晶区域时，晶态高 聚物在温度达到其熔点Tm之前总是处于坚硬的固 体状态。此时，如果温度高于Tg且低于Tm，则高 聚物中的非晶态部分处于柔韧的高弹态。而晶态 部分却保持着较高的强度和硬度，于是整个高聚 物表现为一种既硬又韧的皮革态。
皮革态的存在，可以使材料具有较高的强度和韧 性，为通过调整和控制结晶度来改变材料的性能 提供了可能，故而成为高聚物材料的独特性质之 一。
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6.2.2高分子材料的主要性能
海洋工程材料（6）
——非金属海洋材料
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非金属材料包括除金属材料以外的几乎 所有材料，其种类远比金属材料多。
船舶与海洋工程中使用的非金属材料包 括塑料、橡胶、玻璃钢、混凝土、装饰 材料、涂料、木材、玻璃、石油化工产 品等。
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非金属材料的分类
非金属材料
有机合成材料 （高分子材料）
塑料 橡胶 合成纤维 胶粘剂 涂料
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高分子材料最典型的代表就是聚乙烯， 它的分子是由数量足够多的乙烯小分子 打开双键加聚反应后形成的，化学反应 方程式如下：
上述这种链状的大分子就是聚乙烯分子，而众 多的大分子靠氢键和范德瓦尔斯键聚集在一起， 就构成了聚乙烯材料。
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由此可见，尽管高分子物质的分子量较大，微观结 构复杂多变，但仍然有规律可循。因此，可以按照 “大分子链的化学组织 大分子链的构型 大分 子链的构象 大分子链的聚集态 高聚物的高次 结构”这样的结构层次来说明高分子结构特点。
常温处于高弹态的高聚物称作橡胶，因此也称高 弹态为橡胶态。由于橡胶的使用温度在Tg和Tf之 间，所以习惯上把Tg称作橡胶的耐寒指标，把Tf 称作橡胶的耐热指标。
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3．粘流态 当温度高于粘流温度Tf后，分子热运动的动能
更大，整个大分子链也可以自由移动了，于是 高聚物开始变为粘性液体而流动，即处于粘流 态。 常温下处于粘流态的高聚物只能作为胶黏剂或 涂料使用，然而，粘流态对于高聚物加工却有 着特别重要的意义，因为不论塑料还是橡胶， 他们的加工过程都是先将其加热熔化，再经过 注塑、吹塑、模铸、挤压、喷丝等方法，冷却 后成型的。
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大量分子在范德瓦尔斯力作用下聚集在一起，就形 成了高分子材料。因此，高分子材料又称作聚合材 料。与金属相类似，高分子材料的聚集态也可分成 晶态和非晶态。
非晶态是指分子链完全无规则地缠绕在一起形成的 聚集态;
晶态则是指分子链部分或全部整齐有规律地排列起 来。表现出晶体的特征。但实际上，把一组完全无 规则缠绕的长链分子全部整齐地排列起来是很困难 的。因此，绝大部分高聚物均属部分结晶，所以也 称作半晶态。
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6.2高分子材料
6.2.1高分子的物理状态 当外界条件（温度、相对分子质量、结晶度、交联密度 等）发生变化时，高分子材料将处于不同的物理状态， 如图所示。具有完全不同的力学和物理性能，给材料的 使用带来了很大的影响。
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1 玻璃态 当温度低于Tg时，非晶态高聚物处于玻璃
态，此时大分子链间作用较大，分子链和由链 节构成的链段都不能自由运动，所以当高聚物 受外力作用时，只能发生链段的瞬时微小伸缩 和键角的微小改变，故变形较小（<1%),且与 应力成正比。而当外力消失后，变形立即消失， 就像其他低分子固体一样。
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大分子链的空间形象称作构 象。由于大分子链是由成千 上万个原子经共价键连接而 成，而每一个链节均可以在 保持其键长和键角不变的前 提下自由转动。如图所示。 因此，整个大分子链表现出 一定程度的柔顺性。这种分 子链的刚柔性对高聚物的性 能影响很大，一般来说，刚 性分子链使高聚物的强度、 硬度和熔点提高，而柔性分 子链则增大高聚物的弹性、 韧性和流动性等。
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1硅酸盐结构 构成硅酸盐的基本结 构单元是硅和氧组成
的 SiO4 4 即硅氧四
面体见图所示。其中 硅原子处于四面体中 心，而氧原子则处于 四个顶点，且彼此间 以离子键和共价键的 混合键结合，键角为 145°
硅氧四面体结构
子
组成的氧化物的结构。这种结构特点是 氧原子紧密堆集。即大多数氧化物的结 构是在氧离子近似密堆的基础上形成的， 而正离子位于适当的间隙之中。