《汽车机械基础》第11章-非金属材料

第十一章非金属材料11.1塑料和橡胶11.2陶瓷材料11.3复合材料第十一章非金属材料学习目标：1.了解非金属材料的性能特点；2.掌握非金属材料在实际生产中的正确选用。11.1塑料和橡胶11.1.1塑料11.1.2橡胶11.1.1塑料1.塑料的特性塑料是以合成树脂为基材，加入适量的添加剂制成。塑料与其它工程材料相比，主要的特性是：1）质量轻，塑料的相对密度通常在0.83～2.2g/cm3之间，仅为钢的1/8～1/4，铝的1/2。质量轻是塑料最大优点之一；2）比强度大，虽然塑料的强度比金属材料低得多一，一般为30～150MPa，但密度小；3）耐蚀性好，塑料对酸、碱、盐等溶液具有良好的抗腐蚀能力；4）绝缘性好，塑料是良好的绝缘体；5）吸振和消声效能高，塑料大多具有良好的吸振、消声性能，常用于发动机罩内衬及轿车车身；6）易于加工成型，塑料的熔点低，易于软化，通常采用压注、压制、挤压、浇铸、吹塑等方法成型，生产率极高；7）导热性差、热膨胀系数大，塑料是很好的绝热材料；8）减摩、耐磨性差异大，大部分塑料的减摩、耐磨性较金属材料差；9）塑料的耐热性比较低，易老化。2.塑料的组成塑料按其组成不同，分为单组份和多组份塑料。单组份塑料由树脂组成，如有机玻璃等。多组份塑料是以树脂为基材，加各种添加剂组成。3.塑料的分类按热性能和成型特点分：热塑性塑料和热固性塑料。凡受热软化，冷却后硬化，可多次反复进行的塑料称为热塑性塑料。常用的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS塑料、聚甲醛、聚酰胺（尼龙）、有机玻璃等；凡一次加热成型后，再也不能通过加热使其软化、熔解的塑料称为热固性塑料。常用的热固性塑料有酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料等。按塑料的用途分类：可分为通用塑料和工程塑料两类。通用塑料又叫常用塑料，是指应用范围广、产量大、成本低广泛用于日用品和农用的塑料。主要品种有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、酚醛塑料等。它们的产量约占塑料总产量的3/4以上。工程塑料是工程结构和设备中应用的塑料。一般强度、刚度和韧性较好，且耐高温、耐辐射、耐腐蚀，绝缘性能良好，因而能代替金属制作某些机械结构件。这类塑料主要有聚甲醛、聚酰胺（尼龙）、聚碳酸脂、ABS塑料等四种。在实际应用中，工程塑料和通用塑料并没有严格的界限。a)方向盘及仪表盘图b)汽车内饰c)汽车前保险杠罩d)车灯11.1.2橡胶橡胶是具有高弹性的有机高分子材料。具有高的弹性，优良有伸缩性能，优异的吸振性和绝缘性，以及良好的耐磨性、隔音性和电绝缘能力，所以用途极广；橡胶的主要缺点是易于老化。橡胶分为天然橡胶和合成橡胶两大类。在机械工业和汽车工业中，橡胶的用途有：（1）动、静密封件，如旋转轴密封、管道接口密封；（2）减振防振件，如机座减振垫片、汽车底盘橡胶弹簧；（3）传动件，如三角皮带；（4）运输胶带、管道；（5）电线、电缆和电工绝缘材料；（6）各种轮胎。a)车用皮带b)车用密封圈11.2陶瓷材料11.2.1陶瓷的分类11.2.2陶瓷的性能及用途11.2.1陶瓷的分类陶瓷按成分和用途，可分为普通陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三大类。1.普通陶瓷通陶瓷又称传统陶瓷，它是以天然硅酸盐材料（如粘土、石英或长石）为主要原料，经过粉粹、配料、制坯和烧结等工序而制成。2.特种陶瓷特种陶瓷是指具有各种独特的力学、物理或化学性能的陶瓷。它是以人工化合物（如氧化物、氮化物、硅化物、碳化物和硼化物等）为原料、经粉碎、配料、制坯和烧结等工序而制成，可满足工程上的特殊需要。3.金属陶瓷金属陶瓷是由金属和陶瓷组成的非均质合成材料。用粉末冶金生产方法（包括制粉、成形和烧结三大工序）制成。火花塞11.2.2陶瓷的性能及用途陶瓷的共同特点是：硬度高，抗压强度大，耐高温，耐磨损，耐腐蚀，不易老化，不可燃烧和抗氧化性能好。但陶瓷性脆，经不起碰撞和急冷急热，没有延展性，抗拉、抗弯性能差。11.3复合材料11.3.1复合材料的组成和分类11.3.2常用复合材料及用途11.3.1复合材料的组成及分类复合材料在材料科学中是一门新学科，目前仍在不断发展。国际标准化组织把复合材料定义为“由两种以上在物理和化学上不同的物质组合起来而得到的一种多相固体材料”，其特点如下：1）比强度和比刚度高；2）抗疲劳性能好；3）减振能力强；4）高温性能好；5）断裂安全性能高。1.复合材料的组成复合材料由基体材料和增强材料两部分组成。基体材料起粘结剂作用，分非金属基体材料和金属基体材料两类。增强材料主要在于提高复合材料的强度或韧性。常用的增强材料有：玻璃纤维、碳纤维等。a)层叠复合b)连续复合c)颗粒复合d)短纤维复合复合材料结构示意图2.复合材料的分类根据其组成分类：①金属与金属复合材料：如金属轴承合金；②金属与非金属复合材料：如夹网玻璃、金属陶瓷；③非金属与非金属复合材料：如纤维--树脂复合材料。根据复合形式分类：①纤维复合材料：这种材料通常置纤维状材料于基体内，如橡胶轮胎、玻璃钢；②层叠复合材料：由两种或两种以上不同材料叠合而成，如钢—铜—塑料三层复合无油润滑轴承材料；③细粒复合材料：将硬质细粒均匀分布于材料中填充其它材料，如孔隙中充填氟塑料的减摩材料。11.3.2常用复合材料及用途1.玻璃纤维复合材料（玻璃钢）玻璃纤维复合材料又称玻璃钢，是二战时期发展起来的一种重要的工程结构材料。它是以玻璃纤维为增强材料，以工程塑料为基体制成的复合材料。分为热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。

汽车油箱汽车前灯

（1）热塑性玻璃钢指玻璃纤维与热塑性塑料组成的复合材料，也称玻璃纤维增强塑料。用作基体材料的热塑性塑料主要有：尼龙、聚碳酸酯、聚乙烯和聚丙烯等。热塑性玻璃钢同基体材料相比，强度和疲劳性能可2～3倍以上，冲击韧性提高2～4倍（脆性塑料时），比强度高于铝合金，耐蚀性和工艺性能良好，所以应用广泛。（2）热固性玻璃钢指玻璃纤维与热固性塑料组成的复合材料。用作基体材料的热固性塑料有环氧树脂、酚醛树脂、聚脂树脂以及有机硅树脂等