汽车用非金属材料

汽车用非金属材料内容：非金属材料分类及在汽车上的应用概述；塑料、橡胶在汽车上的应用；车用非金属材料分类塑料、橡胶常用性质试验方法。非金属材料分类及在汽车上的应用概述汽车工程材料包括金属材料和非金属材料。其中金属材料包括黑色金属和有色金属；非金属材料包括高分子材料、陶瓷材料、复合材料。高分子材料又分为工程塑料、合成纤维、橡胶、胶粘剂、涂料。工程塑料主要指强度、韧性和耐磨性较好的，具有价廉、耐蚀、降噪、美观、质轻等特点，可用于汽车保险杠、汽车内饰件、高档车用安全玻璃、仪表板等零部件。合成纤维是指单体聚合而成具有很高强度的高分子材料，如尼龙、聚酯等，用于汽车座垫、安全带、内饰件等。橡胶具有高的弹性和回弹性，一定的强度，优异的抗疲劳，良好的耐磨、绝缘、隔声、防水、缓冲、吸振等特点，用于制造汽车的轮胎、内胎、防振橡胶、软管、密封带、传动带等零部件。各种胶粘剂起到粘结、密封等作用。涂料对车身的防锈、美化及商品价值有不可忽视的作用。陶瓷材料分为陶瓷、玻璃，陶瓷用于制造火花塞、传感器等；玻璃用于制造汽车前后门窗、侧窗等。复合材料包括非金属基复合材料、金属基复合材料，用于汽车车顶导流板、风挡窗框等车身外装板件。塑料、橡胶在汽车上的应用一些基本概念应力和应变：当材料受到外力作用，而所处的条件使它不能产生惯性移动时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化就称为应变。材料发生宏观的变形时，其内部分子间以及分子内各原于间的相对位置和距离就要发生变化，产生了原子间及分子之间的附加的内力，抵抗着外力，并力图恢复到变化前的状态，达到平衡时，附加内力与外力大小相等，方向相反。定义单位面积上的附加内力为应力，显然，其值与单位面积上所受的外力相等。弹性模量：对于理想的弹性固体，应力与应变关系服从虎克定律，即应力与应变成正比，比例常熟成为弹性模量。可见弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗变形能力的大小，模量愈大，愈不容易变形，表示材料刚度愈大。拉伸强度：是在规定的试验温度、湿度和试验速度下，在标被试样上沿轴向施加拉伸裁荷，直到试样被拉断为止，断裂前试样承受的最大载荷P与试样的宽度b和厚度d的乘积的比值。σt=P/(bd)冲击强度：是衡量材料韧性的一种强度指标，表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力。通常定义为试样受冲击载荷而折断时单位截面积所吸收的能量。σi＝W/(bd)硬度：是衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标。硬度的大小与材料的抗张强度和弹性模量有关，而硬度试验又不破坏材料、方法简便，所以有时可作为估计材料抗张强度的一种替代办法。硬度试验方法很多，加荷方式有动载法和静载法两类，前者用弹性回跳法和冲击力把钢球压入试样，后者则以一定形状的硬材料为压头，平稳地逐渐加荷将压头压入试样，通称压入法，因压头的形状不同和计算方法差异又有布氏、洛氏和邵氏等名称。布氏硬度试验是以平稳的裁荷将直径D一定的硬钢球压入试样表面，保持一定时问使材料充分变形，并测量压入深度h，计算试样表面凹痕的表面积，以单位面积上承受的载荷(公斤／毫米2)为材料的布氏硬度。熔融指数：热塑性树脂和塑料在规定温度、恒定负荷下，熔体在一定时间内流过标淮出料模孔的重量。熔触指数可作为热塑性树脂质量控制和热塑性塑料成型加工工艺条件的参数。熔融指数RZ按下式计算：RZ＝600W/t(g/10min)式中W—切取样条重量的算术平均值(g)，t—切取样条时间间隔(s)。2．主要热塑性塑料的性能与应用常用工程塑料包括热塑性工程塑料（PE、PP、PVC、ABS、PS、PA、POM、PC等）、热固性工程塑料（酚醛树脂PF、氨基树脂UF、环氧树脂EP等）。主要热塑性塑料的性能与应用材料名称特征应用情况优点缺点聚丙烯塑料（PP）刚硬有韧性。抗弯强度高，抗疲劳、抗应力开裂质轻在高温下仍保持其力学性能在00耐候性差主要用于通风采暖系，发动机的某些配件以及外装件，汽车转向盘，仪表板，前、后保险杠，加速踏板，蓄电池壳，空气过滤器，冷却风扇，风扇护罩，散热器隔栅，转向机套管，分电器盖，灯壳，电线覆皮等。聚氨酯（PU）耐化学性好、拉伸强度和撕裂强度高、压缩变形小、回弹性好由于添加增塑剂之类非反应性助剂，产品经过一定的使用时间之后，随着助剂的挥发，其性能有所变化用于制造汽车座垫、仪表板、扶手、头枕等缓冲材料，保险杠、挡泥板、前端部、发动机罩等大型部件。聚氯乙烯塑料（PVC）耐化学性，难燃自熄，耐磨，消声减震，强度较高，价廉热稳定性差，变形后不能完全复原，低温下变硬用于汽车座垫、车门内板及其他装饰覆盖件上。聚乙烯（PE）1、密度小2、耐酸碱及有机溶剂3、介电性能很好4、成本低，成型加工方便1、胶结和印刷困难2、自熄性差用于制造汽车油箱、挡泥板、转向盘、各种液体储罐、车厢内饰件以及衬板等。ABS树脂（ABS）1、力学性能和热性能均好，硬度高，表面易镀金属2、耐疲劳和抗应力开裂、冲击强度高3、耐酸碱等化学腐蚀4、价格较低5、加工成型、修饰容易1、耐候性差2、耐热性不够理想散热器护栅、驾驶室仪表盘、控制箱、装饰类、灯壳、嵌条类。外饰件名称材料前保险杠前保缓冲泡沫PP+EPDM-T10EPP后保险杠后保缓冲垫PP+EPDM-T10PC+PBT左后、右后轮罩挡泥板PP＋SBS左后、右后轮罩护板PP＋EPDM左侧、右侧裙护板PP＋EPDM-T10左前、右前轮罩挡泥板PP＋SBS左前、右前轮罩护板PP＋EPDM散热隔栅ABS散热器风扇本体PA66+GF30进气隔栅PP+EPDM-T30前大灯Base:PP+T20Lens:PC后大灯Base：ABSLensPMMA前雾灯Base:PP+T30Lens:PC内饰件仪表板总成PC+ABS骨架+PU发泡层+PVC/ABS表皮（搪塑）中间风框盖PC+ABS，仿桃木车速表Base:ABS灯罩:PMMA中间除霜风道PP-T20左右除霜风口ABS左右风道LDPE左右通风管LDPE双风口PP-T20中间左右风框ABS上下风向叶片ABS上下风向叶片支架POM上下风向叶片连接杆PE左右风向叶片ABS左右风框盖PC＋ABS仪表挡板本体PC+ABS仪表板左下护板本体PP-T10左下护板泡沫PP发泡仪表板中间左右护板PP-T10杂物盒本体ABS手套箱箱体、箱盖PP-T20前后烟灰缸本体PF杯托本体PP-T10副仪表板本体ABS中间通道盖板本体仿桃木ABS？装饰皮PVC扶手箱本体HCPP-T10扶手箱上盖板、内盖板ABS扶手箱外盖板PP-T20手制动护板PP4空调总成PP-T40方向盘下护盖ABS左右脚部通风管PEA柱左、右上护板PP-T20A柱左、右下护板PPB柱上、下护板（左右）PP-T20安全带调整滑道挡板PP-T20C柱护板（左右）PP-T20左右A柱隔音块PUR门内护板上板体ABS+TALC10%下板体PP+T10桃木件ABS托盘架PP-T10门扶手基体ABS顶棚PET-GF-PUR-PE行礼箱后装饰板PP油箱PE转向储油罐PA66活性碳罐PA6膨胀箱PP关于前、后保险杠在轿车上保险杠主要分为前保险杠和后保险杠，属于安全件。在车辆碰撞时起到吸收碰撞能量，降低对人体的伤害程度的作用。在保险杠的性能试验方面，最主要的是耐侯性能试验、缺口冲击强度试验，落球试验，整车以9公里时速撞击时，保险杠能恢复原状，抗碎石冲击性能等。保险杠材料的选择是实现其功能的首要条件。一般采用PP+EPDM(PE)的材料，使保险杠具有一定的弹性，可以吸收部分碰撞能量。前、后保险杠的材料选用PP+PE，其中PE使保险杠具有一定的弹性，保险杠结构分为内外两层，本体＋缓冲器，缓冲器用热板焊接到本体上。缓冲器采用蜂窝状结构，使保险杠的缓冲性能发挥到极限。前保险杠总成重量是9056g，后保险杠总成重量是10332g。前、后保险杠的材料选用PP+EPDM+T15，其中EPDM使保险杠具有一定的弹性，保险杠结构分为内外两层，本体＋缓冲器，考虑到成本，缓冲器结构相当简单，性能上相对于的要差些。前保险杠总成重量是2976g，后保险杠总成重量是3239g。前、后保险杠的材料选用PP+EPDM+T10，其中EPDM使保险杠具有一定的弹性，保险杠结构分为内外两层，本体＋缓冲器，缓冲器用卡扣联接到本体上。前保险杠缓冲器采用中空状结构，材料为GMT，强度很好，有很好的缓冲性能，但价格昂贵。后保险杠缓冲器也采用中空状结构，材料为PC+PBT，强度很好，但保险杠的缓冲性能相对来说不如A11。前保险杠总成重量是3900g，后保险杠总成重量是前、后保险杠的重量在整车附件中占有很大的比例，它的重量将会影响到整车的油耗等。因此，在设计时，应根据不同的材料，选用不同的料厚，达到减轻重量的作用。保险杠的开发周期为6个月，其中2个月用于设计，3个月用于开模，1个月用于匹配。保险杠的主要失效模式有开裂，装配不良，于大灯干涉、设计工艺性差等。关于仪表板总成仪表板简称I/P（Instrumentpanel）,是汽车内饰的重要组成部分。一、材料及工艺重点介绍搪塑工艺：主要优点表皮纹理清晰均匀，产品设计时不用考虑脱模角度，设计自由度大。1）搪塑模具的制作过程：根据数模，加上收缩率，减去皮纹层的厚度，数控加工出木模―――在木模上贴上皮纹皮（贴皮引起模具上有拼缝）----翻出软的硅树脂模（有拼缝）―――翻出硬的树脂主模型，并手工修掉拼缝―――翻出硅树脂模―――翻出电极阳模（为了导电，表面喷银粉，并布置电极）―――电镀出搪塑模具外壳―――加上支撑，形成搪塑模2）搪塑的工艺流程：首先将堂速模具本体加热至230－250℃然后将模具与粉箱对合并夹紧（以防粉末露出），模具在上，粉箱在下；模具和粉箱一起旋转至粉箱在上，模具在下，粉箱里的粉末这是落在模具里，在高温的作用下，紧贴在模具的那一层就融化并相互粘在一起，然后继续旋转，使得模具的每个角落都有粉末，且融化并粘在一起，直至形成的表皮厚度增加至符合要求为止（一般的PVC的厚度为1.1mm），这时粉箱在下方，剩余的粉末又回到风箱里；模具与粉箱分离，并移到冷却工位，用水或空气等对模具进行快速冷却至60－80℃3）搪塑设备的分类（按模具的加热方式分类）1、气加热设备：价格最便宜。它时通过燃烧天然气或重油产生的热风来加热模具。它有一个加热炉，整个模具置于炉子中加热。模具的温度控制较差，成品的合格率低，模具的寿命约为2万模次；2、油加热设备:价格最贵。模具的加热和冷却都是通过油来进行的（分别是热油和冷油），模具各部分的温度可以根据需要分别控制，表皮质量好，模具的寿命高，约为2.5万模次，但设备系统复杂，昂贵。3、沙加热设备：价格适中。模具加热是通过电加热沙子，沙子与模具背面接触加热模具实现的，模具加热时可以旋转，这时沙子与模具各部分接触的时间长短可以调整，即模具各部分的温度可以根据需要来调整，表皮质量较好，模具的冷却是通过水来实现的，冷却速度较快，模具寿命为1.8－2万模次。综合以上几种工艺，PP注塑工艺主要应用于低挡车，价格较便宜，工艺比较简单，但表面手感不好；麻纤维骨架仪表板优点是环保，但由于韧性不好，容易产生共振响声，ABS+PC骨架材料各方面性能都比较好，因此大多仪表板的骨架采用这种材料。吸塑PVC/ABS表皮工艺在中低挡轿车中应用比较广泛，搪塑PVC/ABS表皮工艺在中高档轿车应用比较广泛，因搪塑模具的费用比较高，而且国内尚无搪塑模具的制作能力，需在国外开模，因此价格相比其他两种工艺较贵。仪表板的重量为8.45Kg,S11仪表板的重量为6.7Kg,B11仪表板重量7.5Kg。四、塑料、橡胶常用试验方法塑料常用试验方法测试项目标号试验仪器试验方法结果计算备注塑料拉伸试验方法GBl040—79拉伸试验机夹具夹持试样咏要使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合。并且耍松紧适宜，以防止试样滑脱和断在夹具内为度，夹持薄膜要求夹具内衬垫橡胶之类的弹性材料。按规定速度开动机器，进行试验。试样断裂后，读取负荷及标距间伸长，或读取屈服时的负荷。测定模量时，安装、调整测量变形仪器，施加负荷记录负荷及其相应的变形。拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力，按下式计算：σt＝P/(bd)P—最大载荷、断裂负荷、屈服负荷，kgf(N)，b－试样宽度，cmd－试样厚度，cm断裂伸长率，按下式计算：εt＝（G－G0）/G0G0—试样原始标线距离，cm(m)；G—试样断裂时标线间距离，cm(m)。塑料简支梁冲击试验方法GBl043—79摆锤式简支梁冲击试验机测量试样中部的宽度和厚度，缺口试样应测量缺口处的剩余厚度，准确至0.05mm，测量3次取其平均值。根抿试样破裂所需能量选择摆锤。检查及调整试验机零点和支点位置。将试样水平放在支座上，宽面紧贴支座铅直支承面，缺口面或末加工面背向冲锤，试样中心或缺口位置应与冲锤对准，平稳释放摆锤，由度盘读取冲击试样后所消耗的功。冲击强度按下式计算：α＝A/bdA—试样所消耗的功；b—试样宽度；d—试样厚度。塑料撕裂强度试验方法HG2—167—65撕裂强度试验机测量试样直角口处的厚度，难确至0.001mm，沿撕裂方向测量3点，求其算术平均值。将试样夹在试验机夹具上，夹入部分不大于22mm，并使试样受力方向与撕裂方向垂直。试样破裂后读取负荷值(kgf)(N)。σtr＝P/dP－试验破裂时的最大负荷；d－试样的厚度塑料耐热性(马丁)试验方法GBl035—70马丁耐热试验仪本方法是测定试样在等速升温环境中，在一定静弯曲力矩的作用下，达到一定弯曲变形时的温度，以示耐热性。安装试样于垂直方向，并使横杆处于水平位置，试样弯曲有效长度为56mm，鼓风，升温，当每一试样的变形指示器下降6mm时，记录两支温度计数，取其算术平均值。试验结果以每组试样的算术平均值表示热塑性塑料软化点(维卡)试验方法GB1633—79软化点(维卡)试验装置本方法是测定热塑性塑料于液休传热介质中，在一定的负荷、一定的等速升温条件下，试样被lmm2压针头压入1mm时的温度。材料的软化点(维卡)以两个试样的算术平均值表示塑料弯曲负载热变形温度试验方法GB1634—79热变形温度试验装置本方法是测定塑料试洋浸在一种等速升温的合适液体传热介质中，在简支梁式的静弯曲负载作用下，试样弯曲变形达到规定值时的温度。材料的热变形温度值以同组试样算术平均值表示塑料熔融指数试验方法HG2—1171—77熔融指数仪本方法是测定热塑性树脂和塑料在规定温度、恒定负荷下，熔体在一定时间内流过标淮出料模孔的重量。熔触指数可作为热塑性树脂质量控制和热塑性塑料成型加工工艺条件的参数。熔融指数RZ按下式计算：RZ＝600W/t(g/10min)式中W—切取样条重量的算术平均值(g)，t—切取样条时间间隔(s)。塑料邵氏硬度试验方法HG2—152—65邵氏硬度计本方法系测定试样在一定负荷和标准压印器作用下的硬度值。试验结果以所有测定位的算术平均值和最大最小值表示橡胶常用试验方法测试项目标号试验仪器试验方法结果计算备注硫化橡胶和热塑性橡胶拉伸性能的测定GB/T528-92拉力试验机、裁刀、锥形测径计、厚度计将哑铃状试样匀称地置于上、下夹持器上，调节夹持器移动速度，开动试验机，拉伸试样并跟踪试样的标记，记录数据TS＝F/(Wb)TS－拉伸强度，Mpa；F－试样拉伸至断裂过程中出现的最大力值，N；W－试样狭小平行部分的宽度，mm；B－试样的厚度，mm。硫化橡胶邵尔A硬度试验方法GB/T531-92邵尔A型硬度计试样的每一点只准测量一次，测量点间的距离不小于6mm，与试验边缘的距离不小于12mmF＝550＋75HF－对硬度计所施加的力，mN；550－压针未压入试样时(硬度计指零时)弹簧的力；75－硬度计每1度所对应的力；HA－邵尔A型硬度计指示的度数。硫化橡胶密度的测定GB/T533-91分析天平、天平盘跨架、烧杯、密度瓶A法：称量试样在空气中的质量m1，称量试样在水中的质量m2B法：称量密度瓶的质量m1，称量密度瓶和试样的质量m2，将试样装入密度瓶内，注满蒸馏水，称其质量m3，将瓶子倒空，重新注满蒸馏水，称其质量m4A：ρ＝m1ρ0/(m1-m2)B：ρ＝(m2-m1)ρ0/((m4-m3)+(m2-m1))硫化橡胶低温脆性的测定GB/T1682-94单试样脆性试验机调节介质到所需温度，将试样冷冻3min，提起试样，用冲击器冲击试样，通过反复试验，确定至少两个试样不破坏的最低温度和至少一个试样破坏的最高温度，如果两者相差不大于10试验出现破坏的最高温度，即该试验品的脆性温度硫化橡胶在常温和高温下的压缩应力松弛的测定GB1685-82橡胶压缩应力松弛仪准备三个试样放入夹具，压缩到规定的压缩率，在30min后测量压缩力，测完后，将压缩试样置于规定温度的恒温箱中，放置一定时间后，取出在试验温度下冷却2h，测量松弛后每个试样的压缩力K=Ft/F0K－应力松弛系数；Ft－试样在恒温箱中放置t小时后的压缩力；F0－试样的初始压缩力，即试样压缩30min测定的压缩力硫化橡胶伸张疲劳的测定GB1688-86疲劳试验机将一组试样整齐地夹入试验机的上、下夹持器中，调整完毕后开动试验机，记录每个试样的断裂次数Kp＝Z2/Z1Kp－伸张疲劳系数；Z2—伸张疲劳后拉伸性能测定值；Z1－伸张疲劳前拉伸性能测定值硫化橡胶耐磨性能的测定GB1689-82阿克隆磨耗机把粘好试样的胶轮固定在回转轴上，开动电机，使胶轮按顺时针方向旋转，预磨15～20min取下用天平称量后，再固定进行试验，里程为1.61km，试验完后1h内测量V=(g1-g2)/ρV－试样磨损体积，g；g1、g2－试样前后的质量硬质橡胶抗冲击强度试验方法GB1697-82摆锤式冲击试验机试验机调零，将试样紧密地横放在试验机的支点上，并释放摆锤，使其冲击试样的宽面，摆锤冲击后回弹，使摆锤停止摆动，并立即记下指示值。每个试样只能受一次冲击，如试样未断，更换较大能量的摆锤。r=A/(bdL)r－试样抗冲击强度；A－击断试样后指针所指的刻度，kgf.cm；b－试样的宽度，cm；d－试样的厚度，cm；L－支点间的距离，cm硬质橡胶耐热试验方法GB1699-82硬质橡胶耐热试验器把试样垂直地夹于夹持器上，并使杠杆处于平衡状态，试样在试验温度