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1、第五章 汽车常用非金属材料,第五章 汽车常用非金属材料,在制造汽车的过程中，除大量使用金属材料外，还大量使用非金属材料，如轮胎、传动带、风窗玻璃、后视镜玻璃、制动摩擦片、保险杠、转向盘、仪表板壳、连接软管、火花塞、温度传感器等都是用非金属材料制成的。非金属材料以其优良的性能，原料来源丰富，加工简便，而被广泛使用。 非金属材料的种类很多，本章主要介绍橡胶、玻璃、摩擦材料、塑料、陶瓷材料等非金属材料的基本知识及其在汽车上的应用。,5-1 橡胶,橡胶是一种有机高分子弹性化合物。汽车上有许多零部件都是用橡胶制成的，如轮胎、风扇传动带、缓冲垫、油封、制动皮碗、门窗密封胶带、各种胶管等。汽车用橡胶零部件对
2、汽车的防振、减噪、提高车辆的行驶稳定性和乘坐舒适性等起着很大作用。,一、橡胶的基本性能,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 橡胶的缺点是易老化。所谓橡胶老化是指，橡胶在储存和使用的中，随着时间的增加，其弹性、硬度、抗溶胀性及绝缘性发生变化，而出现变色、发粘或变硬、变脆龟裂，最后不能使用的现象。 引起橡胶老化的主要原因有空气中氧、臭氧的氧化以及光照（尤其是紫外线照射）、温度的作用和机械变形而产生的疲劳等。因此，在使用过程中，为防止橡胶老化，延长其使用寿命，应避免与酸、碱、油类等放在一起，也不能用开水长时间浸泡，更不能用火烤或在阳光下暴晒。,二、橡胶的组成,生胶
3、是橡胶的工业的主要原料，按其来源可分为天然橡胶和合成橡胶两种。 （1）天然橡胶 天然橡胶是应用最广泛的橡胶，它是从橡胶树上采集的乳白色胶乳，经凝固、干燥、加压等工序而制成的一种高弹性天然高分子化合物。其成分中9194为橡胶烃（聚异戊二烯），分子式是（C5H8）n，其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。经加工后的天然橡胶不再为乳白色的粘液，而是成片状固体。,二、橡胶的组成,二、橡胶的组成 合成橡胶又叫人工橡胶，它是由丁二烯、异丁烯、乙烯、丙烯、苯乙烯、异戊二烯、氯丁二烯和丙烯腈等低分子化合物，经过一系列复杂的化学反应制成的高弹性聚合物。这些低分子材料主要来自煤、石油和天然气。 按合成橡胶
4、的实际应用及其使用特性，可分为通用型橡胶和特种橡胶两大类。,2、配合剂,虽然生胶具有极其宝贵的高弹性和其他一系列优良性能，但生胶本身在性能上存在许多缺点，单纯使用生胶并不能制得适合于各种作用要求的橡胶制品。配合剂的加入能改善生胶性能并降低成本，得到符合实际使用要求的橡胶制品。 硫化剂 防老剂 补强填充剂 软化剂,三、橡胶在汽车中的应用,橡胶在汽车上用量最大的制品是轮胎，此外还广泛应用于各种胶带、胶管、减震配件以及耐油配件等。,三、橡胶在汽车中的应用,三、橡胶在汽车中的应用,52 玻璃,玻璃是构成汽车外形的重要材料之一（如图5-2-1），它具有刚度高、透光性好、隔音及保温效果好等优点。为保证驾驶
5、员有良好的可见性，已经经历了由平板型向曲面型、普通型向强化型、全钢化向局部钢化、钢化玻璃向夹层玻璃、三层夹层向多层夹层、功能化玻璃等发展的过程。,一、玻璃的基本性能,玻璃是一种较为透明的固体物质，它是以石英砂、纯碱、长石、石灰石等为主要原料，在高温熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料，其主要成分是二氧化硅（sio2 ）。 1、强度 2、硬度 3、光学性质 4、电学性能 5、热性质 6、化学稳定性,二、车用安全玻璃,汽车在它的前后风挡、侧窗、反光镜、灯具等部位采用了玻璃，除去一些与安全关系不大的极少部位采用的是浮法玻璃（它是在锡槽里，玻璃浮在锡液的表面
6、上制出来的）外，汽车上其他部位都采用了安全玻璃。 安全玻璃分为钢化玻璃、区域钢化玻璃、夹层玻璃和中空玻璃。,1、钢化玻璃,简单的来说，把普通玻璃加热至其软化点附近（约600）时，向其均匀地吹入常温的空气使其迅速冷却后即生产出钢化玻璃。 普通的浮法玻璃经加热后再急速冷却处理，使玻璃晶相组织间形成残余应力，这样不仅增加了玻璃的强度（在不经热处理的情况下，比普通玻璃增强35倍），而且当遇到有破坏性的外力冲击和造成玻璃破裂时，在残余应力的作用下玻璃迅速形成雪崩样的小碎粒，而不会形成锋利的刀口而伤人，故主要用于挡风玻璃。 但单纯的钢化玻璃由于制作时应力大，容易产生“自爆”,整块玻璃呈稠密网状裂纹全面破碎
7、，在行驶中严重影响视线，引起安全事故（二次事故），故不用于前挡风玻璃，而主要用于侧窗和后挡玻璃。,2、区域钢化玻璃,为了弥补上述钢化玻璃的缺陷，采用特殊的热处理方式，在驾驶员的视野范围内加大碎片，以保证破碎后不影响视区，避免二次事故的发生。 区域钢化玻璃由于成本较低，在一些中低档汽车上，就选用区域钢化玻璃作前挡风玻璃。,3、夹层玻璃,夹层玻璃，共有3层，即在两层玻璃之间有一层PVB粘合剂（聚乙烯醇缩丁醛树脂膜），该胶合剂具有很强的柔韧性，当玻璃碎裂时，PVB胶片会把玻璃碎片粘在一起，制止细碎裂纹，保证视野。 夹层玻璃据其夹层的厚度，可分为普通复合玻璃和HPR（High Penetration
8、Resistance）夹层玻璃。 普通复合玻璃中PVB粘合剂的厚度为0.38mm。而HPR夹层玻璃中PVB粘合剂的厚度为0.76mm，是普通复合玻璃的两倍，这样就有效提高了对破裂的抗力，被广泛用于前挡风玻璃上。,4、中空玻璃,中空玻璃与夹层玻璃有些相似，也是由两片或多片玻璃基片组成，不过基片与基片之间“夹”的是铝合金间隔条，并填充有一定的干燥剂。中空玻璃具有保温、隔音、节能等优点，但缺点是抗冲击性弱，安全系数低，因为被逐渐淘汰出车用安全玻璃行列。防弹玻璃多用于一些军事级别或专用安全车辆，普及性较低。,二、车用安全玻璃,二、车用安全玻璃,三、车用新型玻璃,1、特殊夹层玻璃 如果在夹层中添加不同的
9、物质，还可以在夹层玻璃的基础上，增加更多特殊的功能。 （1）防弹玻璃,三、车用新型玻璃,（2）电热玻璃 在两层玻璃与PVB薄膜结合时，中间夹入极细的钨丝，通电后钨丝热，可将玻璃表面的水分蒸发。这种玻璃主要用于冬天防止风挡玻璃上结冰、结霜及阴雨潮 湿地区结雾。,三、车用新型玻璃,（3）天线夹层玻璃 在玻璃夹层中夹有很细的康铜丝，用以代替拉杆天线，即可避免天线杆拉进拉出的麻烦，又不致发生腐蚀。天线夹层玻璃的天线主要用于电视、AM和FM收音机以及电话和导航用。 （4）遮阳夹层玻璃 在前风挡玻璃上方夹层上一层彩色膜片，由深而浅，在某种程度上起遮阳作用，如图5-2-8所示。 （5）隔热夹层玻璃 夏天为了
10、抑制车室内温度的升高，减轻空调的负荷，采用了隔热夹层玻璃。 该玻璃，用喷镀或其它方法将尼龙热线反射薄膜夹在夹层玻璃中间，使玻璃具有反射功能。它可以让太阳的可见光透入，而对于近红外光谱热线都能大部分反射回去，从而降低车内的温度。,三、车用新型玻璃,2、其他新型玻璃 （1）单面透视玻璃 （2）憎水玻璃 （3）明暗自动调节玻璃 （4）电热风挡玻璃（除霜玻璃） （5）控制雨刷玻璃 （6）显示器系统玻璃 （7）清污玻璃 （8）隐蔽玻璃,53 摩擦材料,摩擦材料是一种应用在动力机械上，依靠摩擦作用来执行制动和传动功能的部件材料。它广泛应用于各种交通运输工具（如汽车、火车、飞机、轮船等）和各种机器设备的制动
11、器、离合器及摩擦传动装置。 汽车用摩擦材料，是汽车消耗性较大的材料之一，它是汽车制动系统与行驶系统的重要组成部分。,一、摩擦材料的主要功能,现代汽车摩擦材料是一类以摩擦为主要功能，兼有结构性能要求的复合材料。它将动能转变成热量，然后将热量吸收或散发掉，同时降低贴合部件间的相对运动。摩擦材料在工作时主要承受反复变化的机械应力场与热应力场，而力与热的发生源是无限形成新工作面的摩擦界面。 汽车用摩擦材料主要是制动摩擦片和离合器片。它们既是安全件，又是易损件，它们在汽车中用量不是很大，但在汽车结构中占有特殊及重要的的地位。,二、汽车用摩擦材料的性能要求,1、有足够高而稳定的摩擦系数 2、有良好的耐磨性
12、 3、有较好的机械强度和物理性能 4、不产生过重的噪声,三、摩擦材料的组成,摩擦材料属于高分子三元复合材料，它由增强材料、黏结材料和填充材料三部分组成。 1、增强材料 增强材料是摩擦材料的重要组成部分，其主要作用是使摩擦材料具有一定的强度和韧性，使摩擦材料能承受冲击、剪切、拉伸等机械力的作用，它的选用对摩擦材料的摩擦、磨损性能有着极其重要的影响。 增强材料按其应用进程可分为棉花、棉布和皮革、石棉、其他非石棉纤维。 （1）棉花、棉布和皮革 （2）石棉 （3）玻璃纤维 （4）钢纤维 （5）有机纤维 （6）碳纤维 （7）混杂纤维,三、摩擦材料的组成,2、黏结材料 对于摩擦材料而言，树脂和橡胶的耐热性
13、是非常重要的性能指标。选用不同的粘结材料就会得出不同的摩擦性能和结构性能。 选用黏结材料时，首先要考虑其热性能，包括结构强度高、模量低、贴合性好，分解温度高、分解物少，分解速度慢及分解残留物有一定的摩擦性能等。目前使用的有机粘结剂为酚醛类树脂、合成橡胶和改性酚醛树脂，如用丁腈粉改性、橡胶改性及其它改性酚醛树脂作为摩擦材料的粘结剂。,三、摩擦材料的组成,3、填充材料 摩擦材料组分中的填充材料，主要是由摩擦性能调节剂和配合剂组成。使用填料主要是为了调节和改善制品的摩擦性能、物理性能与机械强度；控制制品热膨胀系数、导热性、收缩率，增加产品尺寸的稳定性；改善制品的制动噪音；提高制品的制造工艺性能与加工
14、性能；改善制品外观质量及密度及降低生产成本。 常用的填充材料有有机、无机和金属三种。如重晶石、硅灰石、氧化铝、铬铁矿粉、氧化铁、轮胎粉及铜、铅等粉末等。,54 塑料,塑料是应用最广泛的高分子材料，在汽车上的应用发展很快，从最初的内饰件和小机件，发展到可以替代金属制造各种配件。 塑料的密度小，价格低。采用塑料代替部分金属件，既可减轻车辆自重又可降低成本，还可改善汽车的耐磨、防腐蚀、减振、降噪等性能。因此，随着汽车工业的发展，塑料越来越为人们所重视。,一、塑料的组成,所谓塑料，广义的讲是指具有可塑性的那部分材料，最初制造塑料的原料为农副产品，其后是来自煤，60年代以来，则主要来自石油。 大多数塑料
15、是以合成树脂（也成高分子化合物）为基础，再加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂，在一定的温度和压力下制成的高分子材料。 1、合成树脂 2、添加剂,二、塑料的主要特性,塑料具有许多优良的物理、化学及力学性能。 1、质量轻、强度低、刚度低 2、比强度高 3、耐蚀性好 4、绝缘性能好 5、减摩性能、耐磨性能差异大 6、吸振性能高、消音性好 但塑料也具有不少缺点，与刚相比，其热膨胀系数大（是钢的310倍），所以塑料零件的尺寸精度不够稳定；热导率较小（一般为金属的1/5001/600），所以导热性较差；耐热性差，大多数只能在温度小于100时使用，只有高温塑料可在200左右使用；容易吸水，塑料吸水后
16、，会引起使用性能恶化；此外，塑料还有易老化、易燃烧等缺点。,三、塑料的分类,1、按其热性能不同可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类 热固性塑料是指经一次固化后，不再受热软化和熔融，亦不溶于有机溶剂，只能塑制一次的塑料，它通常为网状结构。这类塑料耐热性能好，受压不易变形，但力学性能较差。常用的有酚醛塑料、环氧塑料、氮基塑料、有机硅塑料等。 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。它通常为线型结构，能溶于有机溶剂。这类塑料加工成型方便、力学性能较好，但耐热性相对较差、容易变形。常用的有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、尼龙、ABS塑料等。 2、按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料 通用塑料是一种非结构材料，其产量大、价格低、性能一般，可作为日用品、农用及包装材料。目前主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料等。 工程塑料一般力学性能较好，且耐高温、耐辐射、耐腐蚀，电绝缘性能好，因而可代替金属在汽车、机械、化工等部门用来制造机械零件及工程结构。主要有聚酰胺(
