汽车机械基础（第2版）课件：汽车常用非金属材料

《汽车机械基础》

汽车常用非金属材料【本章内容】4.1工程材料的性能及其在汽车中的应用4.2其他非金属与材料及其在汽车中的应用4.1工程材料的性能及其在汽车中的应用学习目标：1.掌握非金属材料的概念及分类；

2.熟悉工程塑料的种类、特性及应用；

3.熟悉符合材料的种类、特性及应用。非金属材料指工程材料中除金属材料以外的其他一切材料。机械工程中常用的非金属材料主要包括高分子材料、陶瓷材料和复合材料。高分子材料又分为工程塑料、合成纤维、橡胶、胶粘剂、涂料。工程塑料合成纤维橡胶颗粒三元催化陶瓷载体碳纤维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，用于汽车坐垫、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。一、工程塑料的性能及在汽车中的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）和热固性工程塑料（酚醛树脂PF、氨基树脂UF、环氧树脂EP等）。1、工程塑料的特性质轻、比强度高。化学稳定性好。优异的电绝缘性。减摩、耐磨性好。消声和吸振性好。塑料轴承和齿轮工作时平稳无声，大大减小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音材料。成形加工性好。.耐热性差。多数塑料只能在100℃左右使用，少数品种可在200℃左右使用；易老化，导热性差，约为金属的1／500；热膨胀系数大，约为金属的3至10倍。2、主要热塑性塑料的性能及应用材料名称特征应用情况优点缺点聚丙烯塑料（PP）1.刚硬有韧性。抗弯强度高，抗疲劳、抗应力开裂2.质轻3.在高温下仍保持其力学性能1.在00C以下易变脆2.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）耐化学腐蚀性好、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）耐化学腐蚀性好，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。丙烯酸树脂（PMMA）光学性极好，耐候性好，能耐紫外线和耐日光老化比无机玻璃易划伤，不耐有机溶剂灯玻璃类。聚酰胺（PA）高强度和良好的冲击强度；耐蠕变性好和疲劳强度高；耐石油、润滑油和许多化学溶剂与试剂；耐磨性好吸水性大，在干燥环境下冲击强度降低用于制造燃烧油过滤器、空气过滤器、机油过滤器、水泵壳、水泵叶轮、风扇、制动液罐、动力转向液罐、白叶窗等。聚甲醛（POM）抗拉强度较一般尼龙高，耐疲劳，耐蠕变；尺寸稳定性好；吸水性比尼龙小；介电性好；可在1200C正常使用；摩擦系数小；弹性极好没有自熄性；成型收缩率大各种阀门（排水阀门、空调器阀门等）、各种叶轮（水泵叶轮、暖风器叶轮、油泵轮等）、各种电器开关及电器仪表上的小齿轮、各种手柄及门销等。4.2其他非金属材料及在汽车中的应用一、橡胶材料橡胶是一种有机高分子材料。橡胶种类有：天然橡胶和合成橡胶两大类，其中汽车上常使用的合成橡胶有：苯乙烯丁二烯橡胶（SBR)、丁腈橡胶（NBR)、氯丁橡胶（CR）、聚氨脂橡胶（CR）、乙丙橡胶等。橡胶的特性：1.耐热性.即在高温下长期使用，其性能保持基本不变的特性称耐热性。2.耐候性。能在各种气候条件下（日晒、雨淋、霜、雾等）其性能保持不变的特性称耐候性，氯丁橡胶、硅橡胶等具有良好的耐候性。3.耐油性。橡胶在各种油渍中工作时不会引起橡胶性能的恶化或破坏称耐油性。4.缓冲、吸振性。橡胶具有一定的弹性，可以吸收能量，因此能起缓冲、吸振作用。5.耐磨和耐弯折性。橡胶在汽车上的应用广泛。车身橡胶制品多用于减振和密封，如制作油封、密封条、防尘套、橡胶垫片、弹簧等。橡胶是轮胎的主要材料，载重汽车的轮胎以天然橡胶为主，轿车轮胎则以合成橡胶为主。车用胶管包括水、气、燃油、润滑油、液压油等的输送管通常采用丁腈橡胶、氯丁橡胶等材料制造。二、陶瓷材料特性及在汽车中的应用陶瓷是所有无机非金属材料的简称，主要指陶瓷和玻璃。金属、工程塑料和陶瓷是现代工业的三大支柱材料。1.陶瓷的特性（1）高硬度，决定了它具有优异的耐磨性、不易变形。（2）高熔点，决定了它具有杰出的耐热性。（3）高化学稳定性，决定了它具有良好的耐蚀性、绝缘性好。（4）脆性大。2.陶瓷的分类按原料不同，陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷；普通陶瓷也称传统陶瓷，其原料是天然的硅酸盐产物，如粘土、长石、石英等。这类陶瓷又称硅酸盐陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、等。特种陶瓷原料是人工合成的金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等，具有一些独特的性能，能满足工程结构的特殊需要。日用陶瓷氧化铝特种陶瓷3.陶瓷在汽车中的应用

柴油机中使用了陶瓷活塞，提高了热效率，改善了噪声和排放情况。汽油机中采用新型陶瓷涡轮增压器，正进行研究有：采用新型陶瓷活塞销活塞环等。

陶瓷传感器陶瓷插座陶瓷耐高温示宽灯三、复合材料及其在汽车中的应用复合材料是指由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合起来而得到的一种固体材料。复合材料综合了各组成材料的优点，且具有单一材料无法达到的优良综合机械性能。1.复合材料的分类（1）按用途：复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料。结构复合材料主要用于制作承力结构。功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。（2）按基体材料类型分：复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、铁、镁、铜、钛及其合金，如铝基复合材料、铁基复合材料等。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。（3）按增强材料种类分：按增强材料种类复合材料分为玻璃纤维复合材料、有机纤维复合材料、金属纤维材料、陶瓷纤维复合材料。（4）按增强材料形态分：按增强材料的形态不同分为连续纤维复合材料、短纤维复合材料、粒状填料复合材料和编织复合材料。2.复合材料的性能（1）比强度和比刚度较高。（2）力学性能可以设计，便于实现具有最佳性价比的汽车构件的开发和制造。（3）抗疲劳性能好。复合材料疲劳断裂是从基体开始的，逐渐扩展到纤维和基体的界面上，没有突发性的变化，提高了安全性。（4）减振性能好，耐高温。（5）安全性好。在纤维增强复合材料的基体中有成千上万根独立的纤维，构件超载时，少量纤维断裂不会导致整个构件短时间内丧失承载能力。（6）成型工艺简单，成型固化后残余应力小。3.汽车常用复合材料（1）纤维增强塑料（FRP）。

FRP是汽车轻量化的重要材料。FRP由纤维、树脂及填充料三部分组成。其中纤维包括玻璃纤维、碳纤维、陶瓷短纤维等；树脂包括聚丙烯塑料（PP）、聚乙烯塑料（PVC）、聚二烯塑料（PE）、ABS等不饱和热塑性树脂；填充料常用中空的玻璃微球、陶瓷微球和有机物微球。碳纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料陶瓷短纤维增强塑料①碳纤维增强塑料（CFRP）。利用CFRP制作的汽车部件有车身外板零件、挡泥板、行李箱盖、散热器装饰护栅、带加强筋的发动机罩、配电盘、车顶盖、保险杠等。②玻璃纤维增强塑料（GFRP）。GFRP俗称玻璃钢，是一种以玻璃纤维为增强不饱和聚酯、环氧树脂或酚醛树脂为基体材料的复合材料。汽车中利用GFRP制作的零部件有发动机汽缸盖、轴承、齿轮、仪表盘、前后车灯、空气调节器叶片等。2.金属基复合材料（MMC）金属基复合材料是以陶瓷（连续长纤维、短纤维、晶须及颗粒）为增强材料，金属（如铝、镁、钛、镍、铁、桐等）为基体材料而制备的。应用FRM制作的汽车零部件主要有气缸体、连杆、活塞环、活塞销等。四、车用玻璃玻璃是一种非晶态固体，它是以石英砂、纯碱、石灰石等为主要原料，并加入某些金属氧化物等辅料在1550-1600℃高温下熔融后经拉制或压制而成的。汽车玻璃是汽车的车身附件，起到防护作用。汽车玻璃是由玻璃原片经过二次加工而成的。汽车的玻璃都是安全玻璃，其可见性、强度和耐磨性等由相关的国家标准和行业标准规定。汽车安全玻璃分为夹层玻璃、钢化玻璃和区域钢化玻璃三种。1.夹层玻璃夹层玻璃是由两层或两层以上玻璃胶合而成的，它之所以安全是由于在玻璃之间有一层PVB胶片（一种粘合性、柔韧性很强的高分子材料）。当玻璃碎裂时，PVB胶片会把玻璃碎片粘片在一起，使玻璃碎片不致散落而伤人，并保证司机有一定的视野来片理紧急情况。2.钢化玻璃钢化玻璃是由原片玻璃加热到接近软化温度时进行骤冷淬火而成的玻璃制品。钢化玻璃遇有破坏性外力冲击，造成玻璃破裂时，不会形成锋利的刀口，而是碎裂为许许多多的小碎片。3.区域钢化玻璃普通钢化玻璃由于破碎时会化为一堆碎末儿，像瀑布一般泻落，阻断司机的视线，不利于应急处理情况，因此不宜作前风挡。区域钢化玻璃是分区域控制钢化程序的钢化玻璃，破坏时，有的部分碎片大，有的部分碎片小。用它作汽车的前风挡，安全性不如夹层玻璃，但成本较低。4.特殊夹层玻璃（1）中空玻璃。中空玻璃由两片或多片玻璃组成，玻璃间用内部充有干燥剂的空心铝管等隔离，同时中空部分充入干燥空气或惰性气体，并进行密封处理的一种特殊玻璃。是一种隔热、隔音的新产品，如果用镀膜中空玻璃，则可获得冬暖夏凉的最佳效果，一般应用于高档客车的侧窗上。（2）防弹玻璃。防弹玻璃是两层以上的玻璃（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。（3）除霜玻璃。除霜玻璃采用网板印刷制法将导电性胶印制在玻璃上，在玻璃加热成型时黏附，印刷电路可加热玻璃起到除霜作用。（4）调光夹层玻璃。光夹层玻璃是一种光的透射率和散射度可变的玻璃，能实现遮挡太阳能、适当地采光、隐蔽保护等功能。典型的调光玻璃有镀铬