模块六汽车用非金属材料.ppt

了解车用橡胶的品种、性能特点及其在汽车上的应用。掌握汽车轮胎的类型和结构特点。能够正确选择汽车轮胎。,课题一 橡胶,一、车用橡胶 1.车用橡胶的品种及性能特点 车用的橡胶材料有天然橡胶、合成橡胶和再生胶。(1)天然橡胶 天然橡胶材料是指以天然橡胶为生胶制成的橡胶材料,代号为NR。天然橡胶属于通用橡胶。它具有优良的弹性,弹性温度范围为-70130;具有较高的强度和优异的抗疲劳性、耐磨性、耐寒性、防水性、减振性、绝热性和电绝缘性;具有良好的加工性能。其缺点是耐老化性和耐候性差,耐油性和耐溶剂性较差,易溶于汽油和苯类等溶剂,易受强酸侵蚀,且易自燃。(2)合成橡胶 由于资源的限制,天然橡胶的产量远远不能满足工业生产的需要,因而发展了合成橡胶。早在1914年就制造出了合成橡胶。随着石油工业的迅速发展,合成橡胶原料来源丰富、成本低廉,产量也已超过天然橡胶。合成橡胶在各行各业得到了广泛的应用,也是汽车工业的一种重要的材料。合成橡胶的种类繁多,目前,合成橡胶分为通用合成橡胶和特种合成橡胶。,(3)再生胶 常用车用橡胶制品的性能特点见表612。,2.橡胶制品在汽车上的应用 一台汽车上的橡胶件少则100多个,多则400多个,汽车轮胎就是典型橡胶制品(见图611a)。除此之外,汽车上的橡胶件还有减振元件、油封、油管(见图611b)、导线包皮和胶套等。,图611 汽车上的橡胶制品a)汽车轮胎 b)汽车上其他橡胶零件,车用的橡胶品种有天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶和丁基橡胶等。汽车橡胶制品主要分布在汽车车身、传动、转向、悬架、制动和电器仪表等系统内。(1)汽车轮胎 汽车轮胎是汽车上橡胶用量最大的橡胶零件。制造轮胎的主要材料有生胶(包括天然橡胶、合成橡胶、再生胶)、骨架材料(即纤维材料、人造丝、尼龙、聚酯、玻璃纤维、钢丝等)以及炭黑等。轮胎的外胎普遍使用天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶等。内胎一般用气密性好的材料来制造,如丁基橡胶。(2)密封制品 汽车上使用的橡胶密封制品主要包括油封件、密封条、密封圈、皮碗、防尘罩、衬垫等。根据使用环境的不同,要求这类橡胶制品应有良好的密封性能,耐油及各种化学试剂、耐老化、耐热、耐寒、耐臭氧、耐磨，及强度高和永久压缩变形小等特性。1）密封条 2）油封 3）皮碗 4）防尘套,(3)胶管 每辆汽车中所用的胶管有几十种,总长约30m，用胶量达到20kg以上。所用的橡胶材料有天然橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、聚丙烯酸酯橡胶等。胶管按结构可分为纯胶管、夹布胶管和编织胶管，按其耐压性能分为低压管、高压管和真空管。用在汽车上的燃油、制动、冷却、空调等系统中。(4)胶带 车用胶带主要是V 形带。通常V 带有三种，即包布V 带、切割V 带和多楔V 带，以切割V 带为多。切割V 带两侧没有包布,屈挠性好，摩擦因数大，具有受力大、线速高、散热性及耐疲劳性良好和节能等特点。常用的胶种有NBR和CR等。(5)减振块 减振块主要用在汽车发动机、底盘等部件上,用来防止和降低汽车行驶中的振动和噪声。每辆车上使用的减振块有几十种，按其材料的组合形式可分为纯橡胶制品、塑料橡胶复合制品及金属橡胶复合制品。一辆车上减振块的用量最多可达15kg左右,使用的材料有天然橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、丁腈橡胶等。,一辆桑塔纳2000在行驶途中突然熄火,经检查发现燃油进油管严重漏油,抢修的唯一办法是更换输油管,而附近的汽车配件商店没有标准的桑塔纳2000发动机输油管,可供使用的油管就只有图612所示的几种类型,请问驾驶员如何选择?按照规定,驾驶员应选用桑塔纳2000说明书中规定的燃油系统输油管,但在特定的条件下,为了让汽车继续行驶,只能选用代用油管。选用代用油管必须知道原用油管的规格、类型,检查代用油管与原车油管的规格类型是否相同或相近,然后决定是否选用。查找随车的使用说明书,找出原车油管的类型、规格。查找汽车配件商店中的汽车油管资料,从说明书中得知图中最下面的油管是耐压、耐油软管,制造材料为丁腈橡胶,测量油管的外径和内径与原车油管相同,与桑塔纳2000输油管使用的要求基本一致。唯一的缺陷是选用油管的长度比原车油管长10mm。考虑到汽车所处的环境,决定选用图612中最下面那种类型的油管。至于油管偏长,只好在油管安装好后固定妥当就可以了。,图612 几种类型的 汽车输油管,二、汽车轮胎 轮胎的作用是支承全车重量,将汽车的牵引力传递给路面，与汽车悬架共同衰减、缓和汽车行驶的振荡和冲击,并支持汽车的侧向稳定性，保证车轮与路面有良好的附着性能。1.汽车轮胎的类型与结构特点 现代汽车广泛采用充气轮胎。按轮胎组成结构不同,可分为有内胎轮胎和无内胎轮胎两种。(1)有内胎的充气轮胎 有内胎的充气轮胎主要由外胎、内胎和垫带组成，如图613所示，外胎的结构如图6-1-4所示。,1)普通斜交轮胎。斜交轮胎帘布层和缓冲层各相邻层帘线交叉。帘线与胎面中心线约呈35，由一侧胎边穿过胎面到另一侧胎边(见图615a)。由这种斜置帘线组成的帘布层，通常有多层，它们交错叠合起来，成为胎体的基础。由于帘布层的斜交排列，给轮胎胎面和胎侧增加了强度。2)子午线轮胎。子午线轮胎用钢丝或纤维织物作帘布层。帘线与胎面中心线约呈90，从一侧胎边穿过胎面到另一侧胎边。这样的分布就像地球上的子午线，故称为子午线轮胎(见图615b)。,(2)无内胎充气轮胎 近年来在轿车和一些货车上，无内胎充气轮胎的使用日渐广泛。没有内胎的轮胎，空气直接压入外胎中，因此要求外胎和轮辋之间有很好的密封性。无内胎充气轮胎结构如图616所示。,2.汽车轮胎的规格 轮胎规格可用外胎直径D、轮辋名义直径d、断面宽B 和断面高H 的尺寸代号等(见图617)表示。,(1)轿车轮胎规格 由于轮胎断面轮廓不断演变和发展,传统标记方法已经不适应新的要求,1997年9月,我国在等效采用欧洲轮胎轮辋标准组织(ETRTO)年鉴1994的基础上,对轿车轮胎系列(GB/T29781989)进行修订,即轿车轮胎系列(GB/T29781997)。2008年再次进行了修订,即轿车轮胎系列(GB/T29782008)该标准以轮胎名义断面宽度(mm)、轮胎扁平率(%)、轮胎结构代号(如R代表子午线轮胎结构)、轮辋名义直径(in)、负荷能力和速度标志表示。,1)轮胎的扁平率。轮胎的扁平率是指轮胎断面高度除以断面宽度得到的百分数。目前国产子午线轮胎有80、75、70、65、60、55、50和45八个系列,数字分别表示轮胎断面高(H)是断面宽(B)的80%、75%、70%、65%、60%、55%、50%和45%。2)轮胎的负荷能力。轮胎的负荷能力是指在一定行驶速度和相应充气压力时的最大载质量。国际标准将轮胎全部预计到的负荷量从小到大依次划分为280个等级负荷指数,每一个指数代表一级“轮胎负荷能力”,见表613。,3)轮胎的速度等级符号。近年来,汽车和轮胎的性能都有很大的提高,要求轮胎的速度性能和汽车的最高行驶速度相匹配。为此,轮胎需标明其速度等级。国际化标准组织(ISO)制定了轮胎速度等级符号,每一个速度等级符号均有一个对应的最高行驶速度,见表614。不同轮辋名义直径的轿车轮胎最高速度见表615。,(2)载货汽车轮胎规格 载重汽车轮胎系列(GB/T29771997)是在等效采用美国轮胎轮辋协会(TRA)年鉴1994的基础上,对GB/T29771989进行修订,其中部分轮胎的规格参照采用欧洲轮胎标准化组织(ETRTO)年鉴1993和日本机动车车辆轮胎制造协会(JATMA)年鉴1994。目前的标准是载重汽车轮胎规格、尺寸、气压与负荷(GB/T29772008)。,3.汽车轮胎的合理使用 合理使用轮胎的目的在于:降低轮胎的磨损速度,防止不正常的磨损和损耗,延长轮胎的使用寿命,保障行车安全,降低运输成本,提高经济效益。轮胎使用与保养规程(GB/T97682008)和汽车轮胎使用与维修要求(JT/T3031996)规定了轮胎管理、使用和维护的基本原则和具体技术要求。(1)轮胎的损坏 汽车轮胎承受和传递汽车与路面的全部作用力,在各种力的作用下,产生复杂的变形。因变形发生摩擦,产生大量的热,使轮胎温度升高、强度降低。轮胎的损坏,基本上就是力和热作用的结果。汽车轮胎损坏的主要形式有胎面磨损、帘线松散、折断、帘布脱层、胎面与胎体脱胶以及由上述结果引起的胎体破裂。,(2)轮胎的合理使用1)正确选用轮胎。2)保持轮胎气压正常。3)防止轮胎超载。4)精心驾驶车辆。5)做好日常维护。6)保持汽车技术状况良好。7)强制维护、及时翻修。,轮胎换位的基本方法有循环换位法和交叉换位法两种(见图618)。一次更换轮胎的位置,不能使所有轮胎从轮胎的一侧换到另一侧的换位方法,称为循环换位法。仅一次更换轮胎的位置,便可实现所有轮胎从汽车的一侧完全换到另一侧的换位方法,称为交叉换位法。子午线轮胎采用单边换位法,如图619所示。,一辆丰田卡罗拉轿车的外胎侧面标有“195/65R1491H”的字样,这些字样代表什么?怎样理解这些数字和符号?由相关知识“轿车轮胎规格”部分可知:“195”表示轮胎名义断面宽度是195mm;“65”表示轮胎的扁平率是60%;“R”表示该轮胎为子午线轮胎;“14”表示轮胎的轮辋直径为14in;“91”表示负荷指数为91,负荷值为615kg;“H”表示该汽车最高行驶速度为210km/h。综合起来理解就是该丰田卡罗拉轿车使用的是名义断面宽度为195mm,扁平率为65%,负荷值为615kg,最高行驶速度为210km/h,轮辋直径为14in的子午线轮胎。,了解塑料的组成、分类及特性。掌握汽车塑料件的位置及鉴别方法。能够正确选择和使用塑料，并能对其进行鉴别。,课题二 塑料,图621所示为保险杠骨架的一般形式,想一下汽车用保险杠是由什么材料制成的?汽车上还有哪些零部件也是利用该材料制成的?,图621 保险杠骨架的一般形式,一、塑料的组成及分类 1.塑料的组成 塑料是以合成树脂为基体，并加入某些添加剂而制成的高分子材料，它通常可在加热、加压条件下被塑造或固化成型，得到所需要的固体制品,故称为塑料。塑料的主要成分是树脂，塑料的性质主要由树脂决定。为了满足各种实际应用的要求，往往要加入必要的添加剂，以改善性能，塑料中常用到的添加剂有：(1)填充剂(2)稳定剂(3)增塑剂(4)着色剂(5)润滑剂,2.塑料的分类及性能特点 塑料的种类很多,有多种分类方法，常按其受热后的性能变化，分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。(1)热塑性塑料 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。这类塑料加工方便,但耐热性相对较差，容易变形。常用的有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS塑料、聚甲醛、聚四氟乙烯、聚丙醚和聚碳酸酯。(2)热固性塑料 热固性塑料以热固性树脂为基本成分，一般具有网状的体型结构，受热时软化或塑化，发生化学变化，并固化定型，固化定型后如再次受热，不再熔化，受强热会分解，不可反复塑制。,塑料按使用特性可以分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。(1)通用塑料 通用塑料是指用于生活用品、绝缘材料等的塑料。这类塑料产量大、成本低、应用广泛。主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、氨基酸材料和酚醛塑料。(2)工程塑料 工程塑料是用于工程构件和机械零件的塑料。这类塑料的强度、刚度较高,韧性、耐热性、耐蚀性较好,可以用来替代金属材料制造机械机构零件。工程塑料主要有聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯和ABS塑料。汽车上的大部分零部件采用工程塑料。(3)特种塑料 特种塑料一般是指具有特种功能的塑料。这类塑料可用于航空、航天等特殊应用领域。例如,氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功能,增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等。,3.塑料的特性 汽车很多零部件使用的材料是塑料。塑料具有重量轻，成型自由，加工成本低，耐腐蚀性、绝缘性、自润滑性好，着色自由、手感柔性，可进行二次加工(着色、光亮处理、涂装、浮雕等)的特点。(1)质量轻 一般的塑料密度为0.832.2g/cm2，而泡沫塑料就更轻。(2)化学稳定性好 一般的塑料对酸、碱、盐和有机溶剂都有良好的耐蚀性能。(3)比强度高 尽管塑料的强度比金属低，但由于塑料密度小、质量小，因此和等质量的金属相比，其比强度要高。(4)绝缘性好 塑料具有良好的点绝缘性，可以和陶瓷橡胶媲美。(5)吸振和消声能力好 板和转向盘等,以增加缓冲作用，提高车辆的安全性和舒适性。(6)耐磨性和减磨性优良 一些塑料的摩擦系数小，耐磨性好，自润滑性能良好，可以作轴承材料及其他耐磨材料。,4.汽车用塑料的名称及使用场合,二、汽车塑料件的位置、名称和车身塑料产品的鉴别方法 1.汽车塑料件的位置、名称 汽车上塑料件的位置和名称如图622所示,括号中代表该塑料的种类。,2.车身塑料产品的鉴别方法(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。如PVC塑料受热后容易熔化，燃烧时火焰呈绿色或青色，有盐酸味；聚烯烃类塑料在燃烧时的火焰没有明显的烟雾，有蜡的气味；聚酯酸纤维素类塑料经点燃后有醋酸味；ABS塑料燃烧时有明显的烟雾产生。(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，PP塑料不易被划伤等。,如图623所示,一辆QQ 汽车与一辆奥迪A6汽车相撞,两车的保险杠都遭到严重的损坏。对于修理人员来说,怎样进行保险杠的修理和选配呢?,1.案例分析 奥迪A6轿车保险杠损伤较轻,可以直接进行修复。奇瑞QQ 轿车的保险杠已经完全损坏,只能更换保险杠总成。2.保险杠的修理和选配(1)奥迪A6轿车保险杠的修理要进行保险杠的修理,首先要知道保险杠是什么类型的塑料,然后才能采取正确的修复方法。1)保险杠材料的鉴别。查看压制在保险杠上的ISO代号,一般在保险杠的背面就能看到所标的符号。如果找不到ISO代号,就采用本节相关知识中介绍的燃烧鉴别法、焊接法、敲击法、打磨法来进行鉴别。,2)保险杠的修复。奥迪A6保险杠属于划痕和裂纹损伤,修复工艺如下：用清水和塑料清洁剂清洗待修部位,对待结合表面进行除蜡、除油处理；将保险杠加热至20左右；将催化剂喷到裂纹一侧,然后在该侧敷好黏结剂；将划痕或裂纹两侧按原来位置对齐,迅速压紧,约1min后即可获得良好的黏结效果。最后,黏结部分应有312h的固化时间,以达到最大的黏结强度,然后重新喷漆。(2)奇瑞QQ 轿车保险杠的选配 查找奇瑞QQ 轿车车身配件技术资料,找出保险杠的规格、型号,然后进行选配。在没有技术资料的情况下,根据本节知识确认保险杠的组成材料、保险杠的规格,到汽车配件市场进行选购。,了解车用玻璃的分类和性能特点。掌握玻璃在汽车上的应用及其安装位置。能够正确选择和使用车用玻璃,并能对其进行鉴别。,课题三 玻璃,当汽车受到冲击时,玻璃整体受力不易破碎,其破碎也不会产生尖锐的棱角,如图631所示。想一想为什么汽车玻璃不能使用普通平板玻璃呢?,图631 汽车玻璃破碎图,一、车用玻璃的性能、种类及主要用途 1.车用玻璃的性能特点及要求 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，良好的绝缘性能，可用于制造各种绝缘器材和电学仪器。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。,2.常用汽车玻璃的种类、特点及主要用途 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632所示。,根据玻璃的用途分为钢化玻璃，夹层玻璃，防爆、防弹玻璃，中空玻璃，防水玻璃和特种挡风玻璃。(1)钢化玻璃 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。其性能特点是具有很高的温度急变抵抗能力,强度也较高。,(2)夹层玻璃 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缩丁醛塑料衬片黏合而成，具有较高的强度。在受到破坏时，会产生辐射状或同心圆形裂纹，碎片不易脱落，且不影响透明度，不产生折光现象，如图633c所示。夹层玻璃常用于汽车的前窗玻璃。各国已制定有关法规,规定轿车的前窗必须安装夹层玻璃。(3)防爆、防弹玻璃 这是一种特制玻璃,具有较大的抗冲击强度，良好的透光性，以及耐寒、耐热等特点，当遇到爆炸或弹击时，轻者玻璃可以完好无损，重者即使玻璃破裂，子弹亦不易穿透玻璃，玻璃碎片不会脱落伤人。主要用于重要人物及各国首脑所乘用防弹车的玻璃。(4)中空玻璃 中空玻璃是用胶黏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。由于中间充以干燥的空气，因而具有隔音、隔热、保温、不结霜、不产生凝结水以及吸收紫外线的作用，在高档客车的侧窗上有着十分广泛的应用。,(5)防水玻璃 近年来开发了一种防水汽车玻璃,这种玻璃的表面上涂覆了一层化学耐久性优异的含氟薄膜。这种薄膜不会影响原来的颜色与光泽,有效寿命可达35年。在汽车行驶时,涂有这种薄膜的玻璃上落的水滴会在风压的作用下迅速滚落,车内的人像和物像不会映到挡风玻璃上而影响驾驶员的视线。(6)特种挡风玻璃 近年来,许多高档轿车采用热反射膜玻璃作为挡风玻璃。这种玻璃表面涂有金属氧化物层,可以防止车内的热量向车外传递,以保持车内的温度。汽车玻璃的颜色也在不断的改进之中。早期的汽车玻璃的颜色是无色透明的,这种玻璃有良好的透光性,但直射入车内的阳光会使车内燥热,并加速车内饰件的老化。因而,在制造汽车玻璃时,加入微量元素,制成有颜色的玻璃。汽车玻璃常用的颜色有蓝色、茶色、褐色等,它们降低了玻璃的透明度,但吸收了部分紫外线和红外线,并可防止外界对车内的窥视。当然,在玻璃上采取贴膜或镀膜,也可以达到同样的效果。,二、玻璃在汽车上的位置及车用玻璃产品的鉴别1.玻璃在汽车上的位置玻璃在汽车上的位置如图634所示。,图634 玻璃在汽车上的位置,2.车用玻璃产品的鉴别 汽车玻璃上一般都有一些标志,有的只一个,有的则有好几个,不同的标志代表不同的含义,看懂这些标志便能鉴别玻璃的质量。一般来讲,国产汽车玻璃上的标志可分为四大类:国家安全认证标志、国外认证标志、汽车生产厂标志、玻璃生产企业标志。(1)国家安全认证标志 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。当然,有的企业获得国外认证仅仅是为说明其产品的质量具有“国标水准”。(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识,如商标、公司名称等。(4)玻璃生产企业标志 玻璃生产企业会在自己生产的玻璃上印制商标或公司简称,这是最自然的事。,应用案例：一重物从高楼坠落,砸在楼下的汽车挡风玻璃上(见图635),严重影响汽车的行驶安全和车辆的美观。更换汽车挡风玻璃,车主要求使用安全性能更好的挡风玻璃,维修人员要怎样选择呢?,图635 汽车前挡风玻璃损坏,1.案例分析 要选用适合车主需要的汽车挡风玻璃,首先要知道车主原来使用的挡风玻璃是属于何种型号的汽车玻璃,然后根据常用汽车玻璃的种类、特点进行选择。,2.汽车挡风玻璃的选配 根据图635汽车挡风玻璃破损面的特征,可以断定原汽车挡风玻璃为钢化玻璃。普通钢化玻璃是不宜作前风挡的,因为它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。一些中低档汽车选用区域钢化玻璃,由于采用了区域钢化的原理,当玻璃碎裂时,司机视野部分的玻璃会形成类似镜片大小的碎块,保证司机有一定的视野,防止二次事故的发生。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(一种黏合性、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处理紧急情况。另外,加入PVB胶片后的夹层玻璃的柔韧性、抗穿透能力增强了,这在一定程度上能防止司机在紧急刹车时由于惯性太大而将头部冲出车窗外。用区域钢化玻璃作汽车的前挡风玻璃成本较低,但安全性不如夹层玻璃。防爆、防弹玻璃安全性最好,但成本过高,在卡车上很少使用,市场上也没有相应的规格。根据上述汽车各种挡风玻璃安全性的特点,该汽车选用相应规格的夹层玻璃。,了解车用摩擦材料的组成、性能要求及应用。了解车用复合材料的组成、性能要求及应用。了解车用陶瓷的分类、性能特点及应用。了解车用胶黏剂的分类、性能特点及应用。,课题四 其他非金属材料,如图641所示，汽车上的离合器摩擦片、点火系统中的分电器盖、火花塞的绝缘部分以及汽车修理中使用的胶黏剂都是非金属制品。那么，这些非金属制品分别是由哪些材料制成的呢?在现实生活中这些材料都应用在哪里呢?,图641 汽车非金属制品,a)离合器摩擦片 b)分电器盖 c)火花塞 d)汽车上常用的胶黏剂,一、车用摩擦材料 汽车用摩擦材料,主要用于汽车传递动力、制动减速、停车制动,是汽车消 耗性较大的材料之一,它是汽车制动系统与行车系统的重要组成部分。它主要包括汽车制动摩擦片、汽车离合器摩擦片及手制动摩擦片等。汽车摩擦材料对汽车的安全性、使用性及操纵稳定性起着十分重要的作用。1.车用摩擦材料的组成和性能要求(1)车用摩擦材料的组成 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。1)增强材料。增强材料是摩擦材料一个重要的组成部分，纤维的选用对摩擦材料的摩擦、磨损性能有着重要的影响，增强材料主要有石棉、钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、有机纤维和混杂纤维几种。2)黏结剂。选择黏结剂首先要考虑热性能，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。早期使用的主要是橡胶型黏结剂，橡胶因耐热性差且磨损大,已逐渐被酚醛树脂取代或与树脂共混。目前，国外大都采用改性树脂。3)填充材料。填料是摩擦材料中不可缺少的组分，其在摩擦材料中主要起改善材料的物理与力学性能，调节摩擦性能及降低成本的作用。可分为有机、无机和金属三种材料。,(2)车用摩擦材料的性能要求 用作制动摩擦片和离合器片的摩擦材料有着严格的性能要求。这类摩擦元件的主要功能是将动能转变成热量,然后将热量吸收或散发掉,同时通过摩擦减低摩擦材料和被它贴合的部件之间的相对运动。为了达到这些目的,对汽车用摩擦材料提出以下要求。1)有足够高而稳定的摩擦系数。2)有良好的耐磨性。3)有较好的物理、力学性能。4)不产生过重的噪声。,2.摩擦材料在汽车上的应用 在汽车上,摩擦材料主要用于汽车制动摩擦片、汽车离合器摩擦片、手制动摩擦片。汽车常用的摩擦片如图642所示。,a)离合器摩擦片 b)自动变速器中的制动器摩擦片,c)钳式制动器摩擦片 d)鼓式制动器摩擦片,图642 汽车常用的摩擦片,车用摩擦材料的性能、特点及其在汽车上的应用见表641。,二、车用复合材料 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使负荷材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。1.车用复合材料的种类和性能特点(1)车用复合材料的种类 车用复合材料按性能分为功能复合材料和结构复合材料；按基体分为非金属基复合材料和金属基复合材料；按增强剂的种类和形状分为颗粒复合材料、层状复合材料、纤维增强复合材料等。目前使用最多的是纤维复合材料。(2)复合材料性能特点 复合材料有许多优点；复合材料比强度和比模量高,复合材料强度高、质量轻,如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料的比强度是钢的7倍多,比模量是钢的5倍多;抗疲劳性能好,大多数金属的疲劳强度是抗拉强度的0%50%,而碳纤维增强复合材料高达70%80%；减振能力强,可避免产生共振而引起的早期破坏;耐高温性能好,一般在高温下仍保持高的强度;断裂安全性好,增强纤维的复合材料中在每平方厘米截面上有成千上万根纤维,即使有一部分纤维断裂,载荷也会由末断裂的纤维承担起来,所以断裂安全性好；化学稳定性好,能耐酸、碱腐蚀；还具有一些特殊性能,如隔热性,特殊的电、磁性能等。,2.复合材料在汽车上的应用(1)纤维增强塑料(FRP)FRP是汽车轻量化的最重要的材料。FRP主要由纤维(有玻璃纤维、碳纤维和陶瓷短纤维等)、树脂(有聚丙烯塑料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。,(2)纤维增强金属基复合材料(FRM)利用纤维的特性制造轻质的结构材料，FRM 的优点是比强度和比刚性高。要制成同等强度的零件，可使质量下降，耐热性等热学性能提高，热传导和电导性优良，耐磨性提高。因而FRM 材料在汽车上用来制造活塞环、连杆、气缸体、活塞销等。(3)颗粒、晶须增强金属基复合材料 颗粒及晶须增强金属基复合材料是目前应用范围最广、开发前景最大的一种金属基复合材料。这类复合材料的金属基大多数是采用密度较低的铝、镁和铁合金，以便提高复合材料的比强度和比模量，其中较为成熟、应用较多的是铝基复合材料。这类复合材料所采用的增强材料为碳化硅、碳化硼、氧化铝颗粒或晶须，其中以SiC为主。颗粒、晶须增强金属基复合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,如发动机气缸活塞、喷油嘴部件、制动装置等。,在汽车修理厂,有许多维修人员对摩擦材料、复合材料、陶瓷材料了解很少。在零件选用时往往不能准确把握,甚至选择错误,严重地影响了修理厂的声誉。针对这种情况应该如何处理呢?处理上述情况的最好办法是要求维修人员必须对摩擦材料、复合材料、陶瓷材料有一个清晰的认识,把握每种材料的种类、性能特点和在汽车上的应用。要求维修人员能快速地掌握这些内容,将每种材料的种类、特点和应用进行高度的浓缩,列出表格进行学习。复合材料、陶瓷材料的种类、性能特点及在汽车上的应用见表643。,三、车用陶瓷 陶瓷是以天然矿物或人工合成的各种化合物为基本原料,经粉碎、成型和高温烧结等工序制成的一种无机非金属固体材料。陶瓷不仅仅是指制作日用器皿的传统陶瓷材料,随着陶瓷性能的不断改进,已发展成为除金属材料和高分子材料以外的第三大类工程材料。,1.精细陶瓷的分类及性能特点(1)精细陶瓷的分类 精细陶瓷按照性能可分为高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、电介质陶瓷、光学陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷和卫生陶瓷。(2)精细陶瓷的性能 精细陶瓷在热学方面具有耐热、隔热、导热、集热等特性，在力学方面具有硬质、耐磨、高温强度高、润滑性、耐热低膨胀性，在化学方面具有强的化学稳定性、耐强酸强碱等腐蚀性、催化剂作用，在电磁学方面具有绝缘性、导电性、压电性、半导体性、磁性、介电性、离子导电性、电子发射性等,另外一个特点是它的相对密度低(只相当于钢铁的1/2)。,2.精细陶瓷在汽车上的应用 精细陶瓷具有各种优异的特性,应用于汽车上，可以有效地降低车辆的质量,提高发动机的热效率，降低油耗，减少排气污染，提高易损件寿命，完善汽车的智能化。用氮化硅陶瓷材料制成的陶瓷纤维活塞，耐磨性好，可以有效地防止铝合金活塞由于热膨胀系数大而产生的“冷敲热拉”现象。精细陶瓷可用于制作气门、气门座、摇臂等零件，以充分发挥其耐热性、耐磨性优良的特性。日本五十铃公司采用研究开发的发动机用氮化硅材料制成气门,三菱公司采用陶瓷制成发动机摇臂，在使用中效果良好。功能性精细陶瓷主要用于汽车调控系统的敏感元件的制作中，如稀空燃比燃烧传感器及传动装置传感器等。汽车上应用的功能陶瓷见表644。,3.陶瓷在汽车上的应用中有待解决的问题 特种陶瓷是处于不断开发中的材料，但原材料的制取、材料的评价和利用技术等许多方面都有尚待解决的问题。目前，特种陶瓷在汽车上的应用并不广泛，其中的原因有：(1)制造工艺复杂、要求高。(2)因特种陶瓷对原材料要求比较严格、工艺难以掌握，使得各批制品的性能难以保持均匀性。(3)成本较高，可加工性差，脆性大，使用可靠性差。,四、车用胶黏剂 胶黏剂又称黏合剂或黏结剂，俗称胶。它是一种将两种材料黏结在一起的高分子材料。它是一类通过黏附作用，使同质或异质材料连接在一起，并在胶接面上有一定强度的物质。胶黏剂既能黏结材料，又能填补零件裂纹和孔隙缺陷等。它具有较高的黏结强度，良好的密封性、耐腐蚀性和绝缘性，并且使用简单，成本低，因此在汽车制造和维修中得到广泛的应用。1.常用胶黏剂的种类和性能特点 目前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、天然胶黏剂和无机胶黏剂三大类。合成胶黏剂按照其基料的组成不同分为树脂型胶黏剂、橡胶型胶黏剂和混合型胶黏剂。,(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。1)热塑性树脂胶黏剂。热塑性树脂胶黏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。2)热固性树脂胶黏剂。环氧树脂胶黏剂是一种常用的热固性树脂胶黏剂。(2)橡胶型胶黏剂 1)氯丁橡胶胶黏剂。氯丁橡胶胶黏剂是一种广泛使用的非结构型胶黏剂,可用于极性或非极性橡胶的胶接,非金属、金属材料的胶接,在汽车、飞机、船舶制造和建筑等方面,得到广泛应用。2)丁腈橡胶胶黏剂。丁腈橡胶胶黏剂适用于金属、塑料、木材、织物以及皮革等多种材料的胶接,尤其在各种耐油产品中得到广泛应用。值得一提的是,对通常难以粘合的聚乙烯塑料,尤其适合采用丁腈橡胶胶黏剂来黏接。(3)混合型胶黏剂 1)酚醛-聚乙烯醇缩醛胶黏剂。2)酚醛-丁腈胶黏剂。,2.汽车上使用胶黏剂的种类、胶结位置及胶黏剂的选用(1)汽车上使用胶黏剂的种类、胶结位置我国已开发并应用于生产中的汽车胶黏剂品种约有40余种,如点焊密封胶、焊缝密封胶、折边密封胶、风挡玻璃胶黏剂等。胶黏剂在汽车上的应用范围十分广泛,其典型胶接部位如图643所示。图中各胶接部位与胶接种类见表646和表647。,(2)胶黏剂的选用 胶黏剂的选用通常应综合考虑胶黏剂的性能、胶接对象、使用条件、固化工艺和经济成本等各方面的因素,合理地选用。1)胶黏剂的性能。不同品种的胶黏剂,其性能差异较大,适用范围也不相同。胶黏剂的各种性能，与所加入的填料、固化剂、稀释剂、增韧剂等的性能与数量密切相关。因此，要做到正确选用胶黏剂，保证胶接件的质量及使用要求,首先必须充分掌握和了解胶黏剂的品种、组成，特别是性能参数。2)胶接对象。在实际工作中经常会遇到各种各样的被胶接材料，例如各种金属、陶瓷、玻璃、塑料、橡胶、皮革、木材及纺织材料等。由于同一种胶黏剂对不同材料的黏结力各不相同,因此对不同的胶接对象，所选用的胶黏剂也就不可能完全一样。仅就强度指标而言，当橡胶与其他非金属材料胶接时，主要考虑剥离强度；当橡胶与金属胶接时，不仅要考虑剥离强度，还要考虑均匀扯离强度；当金属与金属胶接时，则主要应考虑抗剪强度。也就是说,在选用胶黏剂时，必须认真考虑胶接对象的种类与性质。3)使用条件。被胶接件的使用环境和用途要求是选用胶黏剂的重要依据。如果用于受力结构件的胶接，则需选用强度高、韧性好、抗蠕变性优良有结构型胶黏剂；如果用于在特定条件下使用(如耐高温、耐低温、导热、导磁等)的被胶接件的胶接，则应选用特种胶黏剂。,一台发动机由于天气寒冷,驾驶员忘记排放冷却水,导致机体内冷却水结冰,在机体上一缸和二缸之间和第六缸的位置胀出裂纹(见图644),使发动机不能正常运行。请问如何进行修理恢复?(1)案例分析 要修理发动机机体的裂纹要根据具体情况而定,大的裂纹需要先在裂纹处进行点焊,然后采取胶接修复的办法,小的裂纹直接采用胶接法就可以了。而修复工作最重要的一环就是要正确选用胶黏剂,否则就会导致修理无效。,(2)解决方法 发动机机体的材料是铸铁,发动机处于高温、震动很大的工作环境。根据这些具体情况,结合掌握的胶黏剂的相关知识,决定选用酚醛-丁腈胶黏剂。因为酚醛-丁腈胶黏剂既有良好的柔韧性,又有较高的耐热性,胶接强度高,耐振动,冲击韧度大,其抗剪强度随温度变化不大,可以在-55180下长时间使用,其耐水、耐化学介质以及耐大气老化性能都较好,可用于金属和大部分非金属材料的胶接。这些特点适合发动机的工作状况,是本次修理中最为理想的胶黏剂。,