汽车用非金属材料

汽车用非金属材料·汽车工程材料可分为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；而非金属材料主要是指高分子材料、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。·

陶瓷材料分为陶瓷、玻璃，陶瓷用于制造火花塞、传感器等；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。课题一橡胶课题二塑料、玻璃课题三其他非金属材料

课题一橡胶【基础知识】·

橡胶是一种具有极高弹性的高分子材料，其弹性变形量可达100%～1

000%，而且回弹性好，回弹速度快。·

橡胶的制造是以生胶为基础，并加放适量的配合剂和增强材料，再经硫化以后得到的一种材料。·

其耐热性、耐磨性差，强度低，一般不能直接制造橡胶制品。

1．橡胶的品种及性能特点·

汽车中常见的橡胶材料按其来源分为天然橡胶、合成橡胶和再生胶。（1）天然橡胶。·

它是指从天然植物（如橡胶树、橡胶草等含胶植物）中采集的高弹性物质，经过一定的加工工艺处理后制成的橡胶材料，代号为NR。（2）合成橡胶。·

由于天然橡胶的生产原料受到限制，所以产量远远不能满足工业生产的需要，因此合成橡胶应运而生。·

合成橡胶是以石油、天然气等原料中所得的某些低分子不饱和烃作为原料，经聚合反应而成的。（3）再生胶。·

再生胶是将硫化的边角废料和废旧橡胶橡胶制品经过粉碎、化学物理方法加工后，去掉硫化胶的弹性，恢复塑性和黏性，可以重新再硫化的橡胶。

2．橡胶在汽车上的应用

·

汽车轮胎（见图5-2）是构成汽车的主要部件之一，是由橡胶和骨架材料构成、装在汽车车轮轮辋上与地面相接触的环状弹性体。·

汽车用橡胶配件主要有各种胶管、传动带、油封及高压密封、减振缓冲胶垫、窗玻璃密封条等。·

汽车用胶管包括水、气、燃油、润滑油、液压油等部位的输送管，其中，液压制动胶管、气压制动胶管、其他制动胶管、水箱胶管、动力转向液压胶管、离合器液压胶管等是汽车上重要的机能件与保安件。·

汽车用的胶带大多是无接头的环形带。·

橡胶密封件以油封为主，包括O形圈、密封圈、衬垫等，用于前后轴、曲轴、离合器、变速器、减速器、差速器、制动系统和排气系统等部位。【课题实施】操作一汽车轮胎的选用·

一辆桑塔纳2000轿车的轮胎在行驶过程中爆裂，由于没有备胎，车主要求维修厂派拖车将故障车运回修理店。·

经过维修人员分析，汽车轮胎已经不能修复，需要更换外胎。·

怎么根据外胎规格来选择呢？该车外胎标有“185/70SR14”的字样。

1．任务分析·

要根据所学的知识，查找出轮胎的标志规格，以便合理选配汽车轮胎，使工作得心应手。2．“185/70SR14”的具体含义185

；70

；S

；R

；14

。

操作二汽车V形带的选用

·

一辆尼桑轿车的车主反映空调不能制冷，到维修厂检查。·

维修人员发现该车发动机连接压缩机的V形带（见图5-3）已经老化，有松脱打滑现象，需要更换。·

如何根据要求来选择合适的替代品呢？

1．任务分析·

按照规定，驾驶员应当选用与原尼桑轿车V形带的规格、类型相同或是相近的代替品。

2．实际操作·

查找随车的使用说明书，找出原车压缩机V形带的类型、规格。

A资料查找结果

B更换步骤

课题二塑料、玻璃【基础知识】·

塑料和玻璃的加工制品在生活中随处可见，在汽车上也是应用广泛。·

塑料除了防水、耐用、质量轻，还有可塑性强等优点。

一、塑料的分类、特性及应用·

塑料是以石油、天然气、煤为基础原料的各种单体，通过聚合、树脂粘合、树脂添加、缩合等复杂的化学反应而生成的高分子材料。

1．分类·

汽车用塑料按照用途可分为热塑性、热固性塑料和工程塑料。（1）热塑性塑料。·

加热后软化，具有可塑性、可加工性，冷却后变硬；若再加热后又软化，冷却后又变硬。（2）热固性塑料。·

加热后起化学反应，固化成型后质地变硬；再加热不能使之再软化。·

如酚醛树脂、环氧树脂等。（3）工程塑料。·

它是指具有较高强度和其他特殊性能的塑料，机械性能好、耐热性、耐久性优良、寿命长、可靠性高是它的特点。

2．塑料在汽车上的应用

（1）在轿车结构件和内外装件上的应用。

·

主要是为了满足轿车轻量化、提高安全性、节约能源消耗、降低生产成本等要求。·

图5-5所示为聚丙烯在轿车上的应用部位。（2）塑料在轿车软饰件上的应用。·

主要是满足轿车饰件的安全、美观、舒适等要求。·

要求塑料具有优良的吸振性、耐热性、防老化性和机械强度，以及质量轻、手感好、成形工艺简便和使用寿命长等性能。·

轿车中典型的塑料软饰件如表5-1、表5-2所示。二、玻璃的分类、特性及应用

·

玻璃自身具有透明、有一定硬度但较脆和隔音效果明显的特性。·

另外能起到很好装饰作用和较好的化学稳定性，特制的玻璃还具有绝热、导电、防爆和防辐射等一系列特殊的功能，而且原料丰富，生产工艺简单，是现代工业不可缺少的材料。1．特性

·

汽车上的车窗和灯具使用的材料是玻璃，玻璃具有抗拉强度低，抗压强度高，硬度较高，韧性很差，耐热性较差（经过热处理后，可提高其耐热性）的特点；但玻璃有良好的化学稳定性，对酸、碱的腐蚀具有较强的抵抗能力，化学性能稳定；玻璃最突出的特点是具有良好的光学性质，主要是玻璃的透明性和折光性。·

玻璃是汽车上具有重要功能的外装件。2．常见汽车玻璃分类和用途·

根据玻璃在汽车上的安装位置不同，分为风窗玻璃、后窗玻璃、前角窗玻璃、前门窗玻璃、后门窗玻璃、后角窗玻璃和后侧窗玻璃等。·

汽车玻璃在汽车上所处的位置如图5-6所示。·

根据玻璃的用途分为钢化玻璃、夹层玻璃、防爆玻璃、中空玻璃、防水玻璃和特种挡风玻璃。·

钢化玻璃是普通玻璃经过高温淬火处理的特种玻璃，即将普通玻璃加热到一定温度后，迅速冷却进行特殊钢化处理。·

夹层玻璃又称安全玻璃。·

它是将两片以上的平板类玻璃用聚乙烯醇酸丁醛塑料衬片粘合而成，具有较高的强度。·

防爆玻璃这是一种特制玻璃，具有较大的抗冲击强度及透光性好、耐寒、耐热等特点。·

中空玻璃是用胶粘法将双层或多层平板玻璃粘接在一起，使玻璃之间形成中空的一种特殊玻璃。·

防水玻璃是近年来开发的一种防水汽车玻璃，其表面上涂覆了一层化学耐久性优异的含氟薄膜。·

在夹层玻璃和钢化玻璃表面涂敷碱性的有机薄膜，可以制成防雾玻璃。【课题实施】操作一汽车车身塑料件的鉴别

（1）查看压制在塑料部件上的ISO代号，一般在零件拆下后就能看到所标的符号。（2）燃烧鉴别。·

切下一小片塑料，用镊子夹住放入火中燃烧，查看其火焰颜色，燃烧情况及闻气味。（3）焊接法。·

塑料焊条能与之焊合的即为此种焊条类型质地的塑料品种，市场上能提供的焊条大致有6种。（4）敲击法。·

用手敲击塑料制品内侧，PU塑料声音较弱，PP塑料声音较脆。（5）打磨法。·PU塑料用砂纸打磨后没有粉末，而PP塑料则有粉末，PU塑料易被划伤。操作二汽车玻璃的鉴别

（1）安全认证标志。·

汽车用安全玻璃属国家强制认证产品，所以汽车上的每块玻璃都应有国家安全认证标志，也就是俗称的“方圆标志”，这是汽车玻璃上最常见也是最重要的标志。（2）国外认证标志。·

如美国的“DOT”标志、欧洲ECE的“E”标志等，表示该产品也经过了这些国外认证机构的认证许可，并可以向国外出口。（3）汽车生产厂标志。·

玻璃生产厂会应汽车生产厂的要求在玻璃上印制该汽车生产厂家的标志，如商标、公司名称等。（4）玻璃生产企业标志。·

玻璃生产企业一般会在自己生产的玻璃上印制商标或公司简称。

课题三其他非金属材料【基础知识】

一、车用摩擦材料·

汽车摩擦材料在汽车上应用于汽车制动器、离合器和摩擦传动装置，主要起到动力传递，制动减速和停车制动的作用，是汽车消耗性较大的材料之一。

1．组成、性能要求·

汽车摩擦材料主要由增强材料、黏结材料及填充材料等组成。·

增强材料是摩擦材料的基体，用来提高摩擦系数，增强机械强度、耐热性和吸收振动，它决定了摩擦材料的主要性质。·

黏结剂的功用是将所有成分粘接合在一起。·

选择的黏结剂关键是耐热性能要好，此外其结构要强度高，模量低，贴合性好，难分解，分解速度慢及分解残留物有一定的摩擦性能等。·

摩擦性能调节剂用来改善摩擦和力学性能，提高恢复性，改善热衰退及降低噪声。

2．车用摩擦材料的性能要求·

因为车用摩擦材料的性能好坏将对汽车使用安全性、可靠性产生重要影响。（1）符合要求的摩擦系数。·

摩擦系数是摩擦材料的一个主要技术指标，理想的摩擦系数应该是被温度、速度或表面状况等这些因素影响变化很小的摩擦系数。（2）要求有合适的抗热衰退性及恢复性。·

制动蹄片在制动时，温度不高，摩擦系数是稳定的，但在高温时摩擦系数会下降，出现热衰退现象，所以要求摩擦蹄片具有良好的抗热衰退性能。·

性能良好的摩擦片要求表面有足够的耐分解性，分解后的表面始终保持良好的摩擦状态，不产生分解物的硬质层。（3）要有较好的耐磨性。（4）有较好物理、力学性能。

（5）噪声低。·

汽车制动噪声的产生因素很复杂，一般就摩擦材料而言，低模量、低摩擦系数，则不易产生过重的噪声。

3．汽车摩擦材料的应用·

在汽车上，摩擦材料主要用于制动摩擦片、离合器摩擦片、手制动摩擦片。·

汽车常用的摩擦片如图5-8所示。

二、车用陶瓷

1．车用陶瓷的种类、特性

（1）陶瓷材料的分类。·

传统陶瓷，其以天然的硅酸盐矿物为原料制成，又称硅酸盐陶瓷。·

精细陶瓷，采用高强度、超细粉末原料，经过特殊的工艺加工，得到结构精细且具有各种功能的无机非金属材料。（2）陶瓷材料的性能要求。①力学性能。·

具有很高的抗压强度和硬度，陶瓷为各类材料中硬度最高的材料。②热性能。·

陶瓷材料的熔点大多在2000℃以上，导热性能远低于金属材料。③电性能。·

陶瓷是传统的绝缘材料，大量用于制作各种电压1～110kV的绝缘材料。④化学性能。·

陶瓷的组织结构非常稳定，在高温下不易氧化。

2．陶瓷在汽车上的运用·

下表5-3列出了汽车上应用的功能陶瓷。三、胶黏剂的组成、分类及应用·

对于胶黏剂还没有一个统一的分类方法。·

通常，将胶黏剂分为合成胶黏剂、天然胶黏剂和无机黏剂三大类。

1．合成胶黏剂的种类和性能特点。

（1）树脂型胶黏剂。·

树脂型胶黏剂包括热塑性树脂型胶黏剂和热固性树脂型胶黏剂两种。·

热塑性树脂胶粘剂是以线型热塑性树脂为基料，与溶剂配制成溶液或直接通过熔化的方式进行胶接。·

环氧树脂胶粘剂是一种常用的热固型树脂胶粘剂。·

环氧树脂的突出优点是粘附力强，对金属、陶瓷、塑料、木材、玻璃等都有很强的粘附力，被称为“万能胶”；内聚力强，树脂固化后，胶层的内聚力很大，以致在被胶黏物受力破坏时，断裂往往发生在被胶黏物体内部。·

工艺性能好，胶结时可以不加压或仅使用接触应力，便可在室温或低温快速固化；收缩率低，一般小于2%，有的甚至可低至1%左右；耐温性能较好，既有一定的低温性能，又有一定的耐热性。（2）橡胶型胶黏剂。·

橡胶胶黏剂是以氯丁、丁腈、丁苯、丁基等合成橡胶或天然橡胶为基料配制成的一类胶黏剂。·

这类胶黏剂具有较高的剥离强度和优良的弹性，但其抗拉强度和抗剪强度较低，（3）混合型胶黏剂。·

混合型胶黏剂又称复合型胶黏剂。·

它是由两种或两种以上高分子化合物彼此掺混或相互改性而制得的，即构成胶黏剂基料的是不同种类的树脂或者树脂与橡胶。

2．胶黏剂在汽车上的应用

·

胶黏剂和密封胶在汽车工业中已成为粘接各种零部件和防止“三漏”的重要材料之一，胶黏剂在汽车上的典型应用如图5-9所示。

四、车用复合材料

1．车用复合材料的种类、特性

（1）复合材料是两种或两种以上物理和化学本质不同的固体材料通过人工复合而成。（2）复合材料在性能上的特点。·

复合材料有许多优点，复合材料的性能特点有以下几方面。①比强度和比模量较高。②抗疲劳性能好。③破损安全性好。④高温性能好。⑤减振性良好。⑥独特的成型工艺。

2．复合材料在汽车上的应用

（1）纤维增强塑料（FRP）。·FRP是汽车轻量化最重要的材料。·

FRP主要由纤维（有玻璃纤维、碳纤维和陶瓷短纤维等）、树脂（聚丙烯塑料PP、聚乙烯塑料PVC、聚二烯塑料PE、ABS等不饱和热塑性树脂等）和填充料（常用中空的玻璃微球、陶瓷微球和有机物微球）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、下盖板、车厢后围板的装饰、前照灯壳体等；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（见表5-6），节能效果胜于钢和铝制件。（2）纤维增强金属基复合材料（FRM）。

（3）颗粒及晶须增强金属基复合材料是目前应用范围最广，开发前景最好的一种金属基复合材料。·

此类材料除了用于军事工业，如制造轻质装甲、导弹飞翼和直升机部件外，主要用于汽车工业，如制造发动机气缸活塞、