第4章非金属材料及其在汽车上应用.ppt

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1、汽车材料与金属加工第第4章章 非金属材料及其在汽车上应用非金属材料及其在汽车上应用了解非金属材料的种类；了解非金属材料的种类；掌握各种非金属材料的基本性能、组成及分类；掌握各种非金属材料的基本性能、组成及分类；熟悉各种非金属材料在汽车上应用；熟悉各种非金属材料在汽车上应用；了解各种汽车用非金属材料；了解各种汽车用非金属材料；掌握非金属材料的基础知识，学会恰当选材。掌握非金属材料的基础知识，学会恰当选材。教学目的和要求教学目的和要求教学目的和要求教学目的和要求橡胶的性能、组成、分类及在汽车上的应用；塑料的性能、组成、分类及在汽车上的应用；汽车用玻璃的性能要求、种类及特点；陶瓷的性能、组成、分类及

2、在汽车上的应用；汽车摩擦材料的性能、组成、分类及在汽车上的应用；黏结剂的性能、组成、分类及在汽车上的应用；复合材料的性能、组成、分类及在汽车上的应用；汽车用涂装的性能、组成、分类及应用；汽车用其他非金属材料。教学内容摘要教学内容摘要教学内容摘要教学内容摘要常常用用非非金金属属材材料料的的性性能能、组组成成、分分类类及及在在汽汽车车上上的的应应用。用。教学重点、难点教学重点、难点教学重点、难点教学重点、难点教学方法和使用教具教学方法和使用教具教学方法和使用教具教学方法和使用教具讲授、现场教学、课件。讲授、现场教学、课件。6学时。学时。教学时数教学时数教学时数教学时数 金金金金属属属属材材材材料料

3、料料在在在在不不不不同同同同的的的的使使使使用用用用场场场场合合合合下下下下，所所所所要要要要求求求求的的的的力力力力学学学学性性性性能能能能、物物物物理理理理和和和和化化化化学学学学性性性性能能能能以以以以及及及及工工工工艺艺艺艺性性性性能能能能各各各各不不不不相相相相同同同同。虽虽虽虽然然然然都都都都是是是是金金金金属属属属材材材材料料料料，不不不不同同同同成成成成分分分分和和和和不不不不同同同同状状状状态态态态下下下下的的的的性性性性能能能能差差差差异异异异也也也也非非非非常常常常大大大大。造造造造成成成成金金金金属属属属材材材材料料料料性性性性能能能能差差差差异异异异的的的的主主主主要

4、原因是由于金属材料内部结构的不同。要原因是由于金属材料内部结构的不同。要原因是由于金属材料内部结构的不同。要原因是由于金属材料内部结构的不同。4.1 复复 合合 材材 料料4.1.2 4.1.2 橡胶橡胶橡胶橡胶 橡胶橡胶橡胶橡胶是一种具有极高弹性的高分子材料，其弹性变形量可达是一种具有极高弹性的高分子材料，其弹性变形量可达是一种具有极高弹性的高分子材料，其弹性变形量可达是一种具有极高弹性的高分子材料，其弹性变形量可达10010010001000，而且回弹性好，回弹速度快。同时，橡胶还有一，而且回弹性好，回弹速度快。同时，橡胶还有一，而且回弹性好，回弹速度快。同时，橡胶还有一，而且回弹性好，回

5、弹速度快。同时，橡胶还有一定的耐磨性，很好的绝缘性和不透气、不透水性。它是常用的弹性定的耐磨性，很好的绝缘性和不透气、不透水性。它是常用的弹性定的耐磨性，很好的绝缘性和不透气、不透水性。它是常用的弹性定的耐磨性，很好的绝缘性和不透气、不透水性。它是常用的弹性材料、密封材料、减震防震材料和传动材料。材料、密封材料、减震防震材料和传动材料。材料、密封材料、减震防震材料和传动材料。材料、密封材料、减震防震材料和传动材料。一、橡胶的分类和橡胶制品的组成一、橡胶的分类和橡胶制品的组成一、橡胶的分类和橡胶制品的组成一、橡胶的分类和橡胶制品的组成 1.1.橡胶的分类橡胶的分类橡胶的分类橡胶的分类 按照原料的

6、来源，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。按照原料的来源，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。按照原料的来源，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。按照原料的来源，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。合成橡胶主要有七大品种：合成橡胶主要有七大品种：合成橡胶主要有七大品种：合成橡胶主要有七大品种：丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶和丁腈橡胶。异戊橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶和丁腈橡胶。异戊橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶和丁腈橡胶。异戊橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶和丁腈橡胶。习惯上按用途将合成习惯上按

7、用途将合成习惯上按用途将合成习惯上按用途将合成橡胶分成两类：橡胶分成两类：橡胶分成两类：橡胶分成两类：通用橡胶和特种橡胶通用橡胶和特种橡胶通用橡胶和特种橡胶通用橡胶和特种橡胶。2 2.橡胶制品的组成橡胶制品的组成橡胶制品的组成橡胶制品的组成 人工合成用以制胶的高分子聚合物称为生胶。人工合成用以制胶的高分子聚合物称为生胶。人工合成用以制胶的高分子聚合物称为生胶。人工合成用以制胶的高分子聚合物称为生胶。生胶要先进行塑练，使其处于塑性状态，再加入各种配料，经过混练成生胶要先进行塑练，使其处于塑性状态，再加入各种配料，经过混练成生胶要先进行塑练，使其处于塑性状态，再加入各种配料，经过混练成生胶要先进行

8、塑练，使其处于塑性状态，再加入各种配料，经过混练成型、硫化处理，才能成为可以使用的橡胶制品。配料主要包括：型、硫化处理，才能成为可以使用的橡胶制品。配料主要包括：型、硫化处理，才能成为可以使用的橡胶制品。配料主要包括：型、硫化处理，才能成为可以使用的橡胶制品。配料主要包括：(1)(1)硫化剂硫化剂硫化剂硫化剂 变塑性生胶为弹性胶的处理即为硫化处理，能起硫化作用的变塑性生胶为弹性胶的处理即为硫化处理，能起硫化作用的变塑性生胶为弹性胶的处理即为硫化处理，能起硫化作用的变塑性生胶为弹性胶的处理即为硫化处理，能起硫化作用的物质称硫化剂。常用的硫化剂有硫磺、含硫化合物、硒、过氧化物等。物质称硫化剂。常用

9、的硫化剂有硫磺、含硫化合物、硒、过氧化物等。物质称硫化剂。常用的硫化剂有硫磺、含硫化合物、硒、过氧化物等。物质称硫化剂。常用的硫化剂有硫磺、含硫化合物、硒、过氧化物等。(2)(2)硫化促进剂硫化促进剂硫化促进剂硫化促进剂 胺类、胍类、秋兰姆类、噻唑类及硫脲类物质，可以起胺类、胍类、秋兰姆类、噻唑类及硫脲类物质，可以起胺类、胍类、秋兰姆类、噻唑类及硫脲类物质，可以起胺类、胍类、秋兰姆类、噻唑类及硫脲类物质，可以起降低硫化温度、加速硫化过程的作用，称为硫化促进剂。降低硫化温度、加速硫化过程的作用，称为硫化促进剂。降低硫化温度、加速硫化过程的作用，称为硫化促进剂。降低硫化温度、加速硫化过程的作用，称

10、为硫化促进剂。(3)(3)补强填充剂补强填充剂补强填充剂补强填充剂 为了提高橡胶的机械性能，改善其加工工艺性能，降低为了提高橡胶的机械性能，改善其加工工艺性能，降低为了提高橡胶的机械性能，改善其加工工艺性能，降低为了提高橡胶的机械性能，改善其加工工艺性能，降低成本，常加入填充剂，如碳黑、陶土、碳酸钙、硫酸钡、氧化硅、滑石粉等。成本，常加入填充剂，如碳黑、陶土、碳酸钙、硫酸钡、氧化硅、滑石粉等。成本，常加入填充剂，如碳黑、陶土、碳酸钙、硫酸钡、氧化硅、滑石粉等。成本，常加入填充剂，如碳黑、陶土、碳酸钙、硫酸钡、氧化硅、滑石粉等。4.1.3 4.1.3 粘结剂粘结剂粘结剂粘结剂 粘粘粘粘结结结结剂

11、剂剂剂 工工程程上上将将同同质质或或异异质质物物体体表表面面用用胶胶黏黏剂剂连连接接在在一一起起的的技技术术称称为为胶胶结结,胶结所用的材料称为粘结剂。胶结所用的材料称为粘结剂。1.粘结剂的组成 粘粘结结剂剂是是由由基基料料（环环氧氧树树脂脂、酚酚醛醛树树脂脂、聚聚氨氨酯酯树树脂脂、氯氯丁丁树树脂脂、和和丁丁腈腈橡橡胶胶等等）、固固化化剂剂、增增塑塑剂剂、增增韧韧剂剂、填填料料、稀稀释释剂剂、稳稳定定剂剂等等及及其其他他敷敷料配制而成。料配制而成。2.粘结剂的选用 由于同一种粘结剂对不同材料的粘接力各不相同，因此，对不同的胶接由于同一种粘结剂对不同材料的粘接力各不相同，因此，对不同的胶接对象所

12、选用的粘结剂也就不可能完全一样。选择粘结剂时，应根据被粘结材对象所选用的粘结剂也就不可能完全一样。选择粘结剂时，应根据被粘结材料、受力条件及工作环境等具体情况来合理地选用。料、受力条件及工作环境等具体情况来合理地选用。因此，要做到正确选用粘接剂，保证胶接件的质量及使用要求，首先必须充因此，要做到正确选用粘接剂，保证胶接件的质量及使用要求，首先必须充分把握和了解粘结剂的品种、组成，特别是性能参数。分把握和了解粘结剂的品种、组成，特别是性能参数。4.2 陶陶 瓷瓷 材 料 “陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷”是一种通称，现代陶瓷的概念是指各种无机非金属材料是一种通称，现代陶瓷的概念是指各种无机非金属材料的总称。通

13、常分为陶瓷和玻璃两大类的总称。通常分为陶瓷和玻璃两大类。1.陶瓷的分类陶瓷的分类 （1 1）普通陶瓷）普通陶瓷）普通陶瓷）普通陶瓷 主要以天然酸盐矿物质（粘土、长石、主要以天然酸盐矿物质（粘土、长石、石英等）为原料，经原料粉碎、成型、烧制而成。按用途石英等）为原料，经原料粉碎、成型、烧制而成。按用途可将陶瓷分为日用陶瓷、建筑陶瓷、缘陶瓷、卫生陶瓷、可将陶瓷分为日用陶瓷、建筑陶瓷、缘陶瓷、卫生陶瓷、电器陶瓷、化工陶瓷和多孔陶瓷电器陶瓷、化工陶瓷和多孔陶瓷。（2 2）特种陶瓷）特种陶瓷）特种陶瓷）特种陶瓷 特种陶瓷又称精细陶瓷，按其应用功能分类，特种陶瓷又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高

14、强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类，主要有高铝氧质瓷、镁石质瓷、钛镁石质瓷、锆英石质瓷、锂质类，主要有高铝氧质瓷、镁石质瓷、钛镁石质瓷、锆英石质瓷、锂质瓷、以及磁性瓷、金属陶瓷等。瓷、以及磁性瓷、金属陶瓷等。2陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能 （1 1）力学性能）力学性能）力学性能）力学性能 陶瓷最突出的性能特点是高硬度、高耐磨性，这些性能都陶瓷最突出的性能特点是高硬度、高耐磨性，这些性能都大大高于金属材料。其冲击韧性低，抗拉强度低，但抗压强度较高，弹性模大大高于金属材料。其冲击韧性低，抗拉强度低，但抗压强度较高，弹性模量

15、高，是金属的几倍。量高，是金属的几倍。（2 2）物理性能）物理性能）物理性能）物理性能 陶瓷的熔点很高，一般在陶瓷的熔点很高，一般在2000左右，其高温抗蠕变能力左右，其高温抗蠕变能力强，强，1000以上也不会被氧化，故用作耐高温材料。它的导热系数和膨胀系以上也不会被氧化，故用作耐高温材料。它的导热系数和膨胀系数都小于金属材料，因此常作为常温绝热材料。数都小于金属材料，因此常作为常温绝热材料。（3 3）电性能）电性能）电性能）电性能 大多数陶瓷都是良好的电绝缘材料，可直接作为传统的绝缘大多数陶瓷都是良好的电绝缘材料，可直接作为传统的绝缘材料使用，在低温下具有很高的电阻率，因而大量用来制造瓷质绝

16、缘器件。材料使用，在低温下具有很高的电阻率，因而大量用来制造瓷质绝缘器件。尤其是在高温、高电压工作条件下，陶瓷是唯一的绝缘材料。尤其是在高温、高电压工作条件下，陶瓷是唯一的绝缘材料。（4 4）化学性能）化学性能）化学性能）化学性能 陶瓷在室温和高温都不会氧化，具有极好的抗氧化性和耐陶瓷在室温和高温都不会氧化，具有极好的抗氧化性和耐腐蚀性（耐酸、碱和盐），无老化现象，是化学稳定性很高的材料。腐蚀性（耐酸、碱和盐），无老化现象，是化学稳定性很高的材料。4.2.2 4.2.2 玻璃玻璃玻璃玻璃 1玻璃的性能玻璃的性能 （1 1）力学性能）力学性能）力学性能）力学性能 玻璃的力学性能随种类不同差异很大

17、，其共性为玻璃的力学性能随种类不同差异很大，其共性为硬度高（仅次于陶瓷）、抗压强度高、抗拉弯强度低，塑性小、韧性硬度高（仅次于陶瓷）、抗压强度高、抗拉弯强度低，塑性小、韧性差，脆性大。差，脆性大。（2 2）化学稳定性）化学稳定性）化学稳定性）化学稳定性 玻璃具有良好的抗氧化性和耐蚀性。玻璃具有良好的抗氧化性和耐蚀性。（3 3）光学性质）光学性质）光学性质）光学性质 玻璃具有良好的透光性和折光性。玻璃具有良好的透光性和折光性。（4 4）绝缘性）绝缘性）绝缘性）绝缘性 固态玻璃具有良好的绝缘性能。固态玻璃具有良好的绝缘性能。除此之外，玻璃还具有隔音性、隔热性。特种玻璃还有吸热、防辐射、除此之外，玻

18、璃还具有隔音性、隔热性。特种玻璃还有吸热、防辐射、防爆等特殊性能防爆等特殊性能 。4.3 复复 合合 材材 料料复合材料复合材料复合材料复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过不同的工艺方法是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过不同的工艺方法人工合成的多相材料。人工合成的多相材料。1.复合材料的组成和分类复合材料的组成和分类 （1 1）复合材料的组成）复合材料的组成）复合材料的组成）复合材料的组成 复合材料一般由基体材料和增强材料组成，其中基体材料主要起粘结作用，增强材料起提高强度和韧性作用。（2 2）复合材料的分类）复合材料的分类）复合材料的分类）复合材料的分类 按基体相类型可分为

19、金属基体和非金属基体两大类。目前大量使用的是以高聚物材料为基体的复合材料。2.复合材料在汽车上的应用 目前汽车上常用的复合材料主要有玻璃纤维增强复合材料玻璃纤维增强复合材料玻璃纤维增强复合材料玻璃纤维增强复合材料、金属基复合金属基复合金属基复合金属基复合材料材料材料材料、陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料等几种类型。4.4 摩摩 擦擦 材材 料料 非石棉基摩擦材料的综合性能的要求：非石棉基摩擦材料的综合性能的要求：非石棉基摩擦材料的综合性能的要求：非石棉基摩擦材料的综合性能的要求：（1 1）足够高且稳定的摩擦系数。）足够高且稳定的摩擦系数。）足够高且稳定的摩擦系数。）足够

20、高且稳定的摩擦系数。（2 2）具有良好的导热性、较大的热容量和一定的高温力学强度。）具有良好的导热性、较大的热容量和一定的高温力学强度。）具有良好的导热性、较大的热容量和一定的高温力学强度。）具有良好的导热性、较大的热容量和一定的高温力学强度。（3 3）有良好的耐磨性和抗粘着性。）有良好的耐磨性和抗粘着性。）有良好的耐磨性和抗粘着性。）有良好的耐磨性和抗粘着性。（4 4）原材料来源充足。制造工艺比较简单、造价较低。）原材料来源充足。制造工艺比较简单、造价较低。）原材料来源充足。制造工艺比较简单、造价较低。）原材料来源充足。制造工艺比较简单、造价较低。（5 5）较好的物理、理学性能。）较好的物理、理学性能。）较好的物理、理学性能。）较好的物理、理学性能。1.摩擦材料的分类摩擦材料的分类 （1）金属基摩擦材料）金属基摩擦材料 金属基摩擦材料可分为熔铸金属和传统粉末冶金摩擦材料。（2）非金属基非石棉摩擦材料）非金属基非石棉摩擦材料 （3）半金属基摩擦材料）半金属基摩擦材料 2.汽车摩擦材料主要由汽车摩擦材料主要由3种成分组成种成分组成 增强材料增强材料 （如石棉、钢纤维等）；）；粘结剂粘结剂 （如树脂、橡胶等）；）；调节材料调节材料（如长石粉、石墨、铜纤维等，起硬度、温度、抗冲击强度的调节作用）。）。谢谢大家！