电子课件-《汽车材料(第三版)》-A07-0096-4第四章-非金属材料、复合材料及其在汽车上的应用

在汽车制造中，除使用金属材料外，还广泛使用非金属材料，如汽车灯罩、仪表板壳、转向盘、坐垫、挡风玻璃、轮胎、传动带、连接软管、各类油封、接口垫等都是由各种非金属材料制成的。非金属材料的种类很多，这里主要介绍塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、复合材料、胶黏剂、石棉等非金属材料的基本知识，以及它们在汽车上的应用。1．了解汽车塑料的种类和性能。2．掌握塑料制品在汽车上的应用。3．掌握汽车上塑料件的正确选配和鉴别方法。汽车塑料零部件主要有三类：内饰件、外饰件和功能件。前保险杠1—带有变形元件的保险杠托架2—碰撞吸能器3—制动器导风管4—车前盖密封条5—保险杠饰板侧托架6—保险杠侧衬垫7—保险杠饰板8—侧冷风格栅9—制动器导风管饰板10—唇形缓冲条11—中部冷风格栅塑料在轿车上的应用塑料是以合成树脂为基体,并加入某些添加剂而制成的高分子材料。(1)合成树脂合成树脂是从煤、石油和天然气中提炼出来的高分子化合物。合成树脂是塑料的主要成分,它的种类、性质及加入量决定了塑料的性能。(2)添加剂加入添加剂是为了改善塑料的性能,以扩大其使用范围。它包括填料、增强材料、固化剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、抗静电剂、阻燃剂和着色剂等。例如,保险杠要采用有较高机械强度的工程塑料,而坐垫和靠背要采用柔软的泡沫塑料。按成形工艺性能可分为热塑性塑料和热固性塑料。（1）热塑性塑料热塑性塑料是指受热时软化、冷却后变硬，再加热又软化，冷却又变硬，可反复多次加热塑制的塑料。（2）热固性塑料热固性塑料是指经一次固化后，不再受热软化，只能塑制一次的塑料。塑料按使用特性可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。（1）通用塑料通用塑料是指用于日常用品、绝缘材料等的塑料。（2）工程塑料工程塑料是指用于工程构件和机械零件的塑料。（3）特种塑料特种塑料一般是指具有特种功能的塑料。质量轻化学稳定性好比强度高良好的绝缘性能吸振性和消声性好耐磨性和减摩性优良易于加工成形常用塑料的主要特性及其在汽车上的应用1．了解车用橡胶的品种及性能特点。2．掌握橡胶制品在汽车上的应用。3．掌握汽车轮胎的类型和结构特点。橡胶在汽车工业中的应用十分广泛,许多汽车零部件,如轮胎、胶带、制动皮碗、胶管和缓冲垫等,都是由橡胶制造的。常见汽车橡胶制品a）轮胎b）胶带c）制动皮碗d）制动胶管e）各类胶套、胶垫1．橡胶的组成橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂，经硫化处理后得到的一种材料。（1）生胶按其来源不同，生胶分为天然橡胶和合成橡胶两大类。天然橡胶是从橡胶树上采集的胶乳，经凝固、干燥、混炼加工而成的高弹性材料。合成橡胶是以石油、天然气和煤等为原料，通过化学合成的方法获得。（2）配合剂配合剂是为了提高和改善橡胶制品性能，扩大使用范围而加入的化学组分，主要有硫化剂、硫化促进剂、补强剂、软化剂和防老化剂等。橡胶的种类很多，按其原料来源不同，橡胶分为天然橡胶、合成橡胶和再生橡胶三大类。天然橡胶是指以天然生胶制成的橡胶材料。合成橡胶是指以合成生胶制成的橡胶材料。再生橡胶是利用废旧橡胶制品经再加工而成的橡胶材料。橡胶按其性能和用途不同，分为通用橡胶和特种橡胶两大类。通用橡胶是指产量大、应用广，在使用上没有特殊性能要求的橡胶。汽车上使用的一般都是通用橡胶。特种橡胶是指具有耐热、耐寒、耐油和耐化学腐蚀等特殊性能的橡胶。主要用于在特殊环境下工作的零件。1.极高的弹性2.良好的热可塑性3.良好的黏着性4.良好的绝缘性汽车常用橡胶的种类、特性及应用1．汽车轮胎的结构特点充气轮胎的组成1—外胎2—内胎3—垫带外胎的结构2．汽车轮胎的分类轮胎按组成的不同，可分为有内胎轮胎和无内胎轮胎；按结构可分为子午线轮胎和斜交轮胎；按花纹分类可分为条形花纹轮胎、横向花纹轮胎、混合花纹轮胎、越野花纹轮胎；按汽车种类分类分PC-轿车轮胎；LT-轻型载货汽车轮胎；TB-载货汽车及大客车轮胎；AG-农用车轮胎；OTR-工程车轮胎；ID-工业用车轮胎；AC-飞机轮胎；MC-摩托车轮胎。3．汽车轮胎的规格和使用国际标准的轮胎规格，一般由六部分组成：“轮胎宽度（mm）+轮胎断面的扁平比（%）+轮胎类型代号+轮辋直径（英寸）+负荷指数+许用车速代号”轮胎的规格（1）轮胎宽度轮胎宽度是影响整车油耗表现的一个因素。（2）轮胎扁平比轮胎扁平比是影响车辆对路面的反应灵敏度的主要因素。（3）轮胎的类型代号轮胎类型代号常见的表示有：“X”表示高压胎，“R”“Z”表示子午胎，“—”表示低压胎。（4）轮胎的负荷指数轮胎的负荷指数是把轮胎所能承受的最大负荷以代号的形式表示，来表征轮胎承受负荷的能力。（5）轮胎的速度等级符号许用车速表示对车辆速度的极限限制，超过许用车速可能会引起爆胎。速度级别越高，轮胎设计及对材料的要求也就越高。4．轮胎规格表示实例195表示轮胎的宽度为195mm；65表示轮胎的断面高度与宽度的百分比（即轮胎的扁平比）为65%，“R”表示是子午线轮胎；15表示轮辋的直径为15英寸；91表示负荷指数；V则表示轮胎的许用车速等级，为240km/h。轮胎的尺寸代码1．了解车用玻璃的种类、性能及主要用途。2．掌握玻璃在汽车上的位置和车用玻璃产品的鉴别方法。玻璃是由石英砂等硅酸盐矿物材料经过配料、熔制而成的非金属材料。汽车玻璃主要用做车窗和挡风玻璃等。普通平板玻璃强度低，破碎后容易伤人；汽车玻璃由于采用钢化玻璃和夹层设计，即使破碎也不会产生尖锐的棱角。普通平板玻璃破碎图汽车玻璃破碎图1．钢化玻璃钢化玻璃除具有普通平板玻璃的透明度外，还具有热稳定性、耐冲击性和机械强度高的特点。钢化玻璃受冲撞点处的玻璃一旦破碎，整块玻璃就像雪崩般破碎，形成无锐角的颗粒碎片，这样对人体的伤害大为减小，因此使用比较安全。钢化玻璃一般不用做汽车的前挡风玻璃，只用做侧窗或后窗。2．区域钢化玻璃区域钢化玻璃是分区域控制钢化程度的安全玻璃。区域钢化玻璃一旦破碎，玻璃的视区就会形成较大的玻璃碎片，周边部分形成较小的碎片。因此，在视区内仍能保证一定的能见度，从而不影响驾驶者的视线，避免二次事故发生。区域钢化玻璃主要用做汽车前挡风玻璃。3．夹层玻璃夹层玻璃是在两层或两层以上的玻璃中间夹上一层有弹性的透明安全膜，经热压而制成的。夹层玻璃具有较高的柔韧性和抗穿透能力，而且由于有夹层安全膜，玻璃受冲撞破碎时呈辐射状碎裂，但仍粘连在安全膜上。夹层玻璃属于高级安全玻璃，目前大多用做高级轿车的前挡风玻璃。钢化玻璃破碎图夹层玻璃破碎图4．在夹层玻璃与钢化玻璃基础上衍生的其他类型汽车玻璃（1）中空玻璃中空玻璃在两层钢化玻璃中间夹上干燥气体，它是一种隔热、隔声的新产品。它可用于汽车的边窗，各类建筑、食品橱、冷柜以及需放置空调和隔声的地方。（2）防弹玻璃防弹玻璃是由两层以上的玻璃（或钢化玻璃）经过夹层而获得的一种具有防子弹穿透功能的专用玻璃。车用防弹玻璃1．玻璃在汽车上的具体应用玻璃在汽车上的应用2．车用玻璃产品的鉴别车用玻璃上都有一些标志，不同的标志代表不同的含义，看懂这些标志便能鉴别玻璃的质量。一般来说，国产汽车玻璃上的标志可分为四大类：国家安全认证标志、国外认证标志、汽车生产厂标志、玻璃生产企业标志。一块汽车玻璃上的标志并不都包含这四种标志，只要有国家安全认证标志应该说就是可以使用的。车用玻璃标识1．了解车用陶瓷的分类及性能特点。2．掌握车用陶瓷在汽车上的应用。在汽车上广泛应用的非金属材料中，除了塑料、橡胶等高分子材料外，陶瓷材料和复合材料也已成为汽车制造工业的重要材料。陶瓷是以天然或合成的化合物为原料，经处理、成形、干燥、烧结而制成的一种无机非金属材料。目前在汽车上应用的陶瓷材料主要有普通陶瓷和特种陶瓷两大类。1．普通陶瓷普通陶瓷是用黏土、石英或长石等天然硅酸盐材料为原料，经过配制、烧结而制成的。这类陶瓷质地坚硬，耐腐蚀性好，不导电，易于加工成形。火花塞2．特种陶瓷特种陶瓷是以氧化物、氮化物、碳化物和硼化物等化合物为原料经过配制、烧结而制成的新型材料，具有优良的物理性能、化学性能和力学性能。按使用性能分类，特种陶瓷分为工程陶瓷和功能陶瓷两类。常用的工程陶瓷有氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。常用的功能陶瓷有半导体陶瓷、介电陶瓷、热电陶瓷、压电陶瓷、导电陶瓷和磁性陶瓷等。它在汽车上主要用于制造传感器、导电元件和显示元件等。氧传感器1．陶瓷在汽车传感器上的应用对汽车用传感器的要求是能长久适用于汽车特有的恶劣环境（高温、低温、振动、加速、潮湿、噪声、废气），并应当具有小型轻量、重复使用性好、输出范围广等特点。陶瓷耐热、耐蚀、耐磨，具有优良的电磁、光学性能。完全能够满足上述要求而在汽车上得到广泛应用。2．陶瓷在汽车发动机上的应用与以往使用的氧化铝陶瓷相比，新型陶瓷的强度是其三倍以上，能耐1000℃以上高温，新材料推进了汽车上新用途的开发。（1）降低柴油机的燃耗；（2）提高热效率；（3）使柴油机瞬间快速启动成为可能等。3．陶瓷在汽车制动器上的应用陶瓷制动器的碳硅化合物表面的硬度接近钻石，让碟片极为耐磨，碟片内的碳纤维结构使它坚固耐冲击，耐腐蚀。4．陶瓷在汽车减振器上的应用由于采用高灵敏度陶瓷元件，这种减振器具有识别路面且能做自我调节的功能，可以将轿车因粗糙路面引起的振动降到最低限度。5．陶瓷在汽车喷涂技术上的应用近年来，在航天技术中广泛应用的陶瓷薄膜喷涂技术开始应用于汽车上。这种技术的优点是隔热效果好、能承受高温和高压、工艺成熟、质量稳定。为达到低散热的目标，可对发动机燃烧室部件进行陶瓷喷涂。经过这种处理的发动机可以降低散热损失、减轻发动机自身质量、减小发动机尺寸、减少燃油消耗量。1．制造工艺复杂、要求高。2．因特种陶瓷对原材料要求比较严格、工艺难以掌握，使得各批制品的性能难以保持均匀一致。3．成本较高，可加工性差、脆性大、使用可靠性差。陶瓷材料的类别、特性及应用1．了解复合材料的分类及性能特点。2．掌握复合材料在汽车上的应用。1．车用复合材料的种类按性能分为功能复合材料和结构复合材料；按基体分为非金属基复合材料和金属基复合材料；按增强剂的种类和形状分为颗粒复合材料、层状复合材料、纤维增强复合材料等。目前使用最多的是纤维复合材料。2．车用复合材料的特点复合材料有许多优点，比强度和比模量高，强度高，质量轻，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。复合材料也有不足之处，其断裂伸长率较小，抗冲击性差，横向拉伸和层间抗剪强度较低，成本比其他工程材料高得多，以及工艺成形方法尚需改进等。1．纤维增强塑料（FRP）FRP是汽车轻量化的最重要的材料。FRP主要由纤维、树脂和填充料三部分组成。目前，利用FRP制作的汽车部件有车身外板零件挡泥板、行李箱盖、散热器前装饰护栅、带加强筋的发动机罩、车顶盖、保险杠、前照灯壳体等；发动机室内的蓄电池槽、气缸盖罩、配电盘、等；驾驶室内的仪表板芯、仪表罩壳等。碳纤维塑料（CFRP）是玻璃纤维的一种，CFRP制件的最大优点是轻量化效果显著，节能效果胜于钢和铝制件。GFRP在载货车上使用的轻量比例2．纤维增强金属基复合材料（FRM）利用纤维的特性制造轻质的结构材料，FRM具有比强度、比刚性高的优点。要制成同等强度的零件，可使质量减小；耐热性等热学性能提高；热传导性和电导性优良；耐磨性提高。因此，FRM材料在汽车上常用来制造活塞环、连杆、气缸体、活塞销等。3．颗粒、晶须增强金属基复合材料此复合材料是目前应用范围最广、开发前景最好的一种金属复合材料。这类复合材料的金属基大多数是采用密度较低的铝、镁和铁合金，以便提高复合材料的比强度和比模量，其中较为成熟、应用较多的是铝基复合材料。此类材料除了用于军事工业外，还主要用于汽车工业，如制造发动机气缸活塞、喷油嘴部件、制动装置等。1．了解车用胶黏剂的组成和种类。2．掌握车用胶黏剂在汽车修理中的应用。胶黏剂又称为黏合剂或黏结剂，它是一种能将两种材料黏结在一起的高分子材料。它具有较高的黏结强度，良好的密封性、耐腐蚀性和绝缘性，并且使用简单，成本低，因此在汽车制造和维修中得到广泛应用。汽车常用胶黏剂1．胶黏剂的组成胶黏剂是由黏性基料和添加剂配合而成