第四章非金属材料及其在汽车上的应用

复习提问：1、滑动轴承合金必须具备哪些性能？2、钛合金有哪几种？分别简述它们的特性和应用。导入新课：前面我们讲了各种有色金属的牌号和应用以及轴承合金的一些性能，希望认真学习和掌握。第四章非金属材料及其在汽车上的应用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；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；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。教学内容摘要常用非金属材料的性能、组成、分类及在汽车上的应用。教学重点、难点教学方法和使用教具讲授、现场教学、课件。6学时。教学时数工程上的非金属材料包括高分子材料、陶瓷材料和复合材料。高分子材料包括塑料、橡胶等。陶瓷材料包括陶瓷和玻璃等。复合材料是由两种或两种以上不同类型的材料组合而成的新材料，目前以树脂为基体。第一节塑料•一、塑料的组成和分类•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。•（1）合成树脂•（2）添加剂•2、塑料的分类•（1）按成型工艺性能•热塑性塑料热固性塑料•（2）按使用特性•通用塑料工程塑料特种塑料•二、塑料的主要特性•（1）质量轻•（2）化学稳定性好•（3）比强度高•（4）良好的绝缘性能•（5）吸振性和消声性好•（6）耐磨性和减摩性优良•（7）易于加工成型Page10三、塑料在汽车上的应用常用作内外装饰件和功能零件塑料在轿车上的用量约占全车8%~12%左右。Page11讨论回答问题：1、塑料是如何分类的？其主要性能有哪些？2、举例说明塑料在汽车上的应用。第二节橡胶•一、橡胶的组成和分类•1、橡胶的组成•橡胶是以生胶为主要原料，加入适量的配合剂，经硫化处理后得到的一种材料。•（1）生胶•分为天然橡胶和合成橡胶两大类•（2）配合剂•主要有硫化剂、硫化促进剂、补强剂、软化剂和防老化剂等•2、橡胶的分类•按原料来源分•a天然橡胶b合成橡胶c再生橡胶•按性能和用途分•a通用橡胶b特种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100％～1000％，而且回弹性好，回弹速度快。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。它是常用的弹性材料、密封材料、减震防震材料和传动材料。橡胶的分类和橡胶制品的组成橡胶的分类按照原料的来源，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：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。习惯上按用途将合成橡胶分成两类：通用橡胶和特种橡胶。2.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。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)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)硫化促进剂胺类、胍类、秋兰姆类、噻唑类及硫脲类物质，可以起降低硫化温度、加速硫化过程的作用，称为硫化促进剂。(3)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。•二、橡胶的基本性能•1、极高的弹性•2、良好的热可塑性•3、良好的粘着性•4、良好的绝缘性•三、橡胶在汽车上的应用•橡胶在汽车上的应用用量最大的制品是轮胎。•讨论回答问题：•1、橡胶是如何分类的？其主要性能有哪些？•2、简述汽车常用橡胶的种类、主要特性及应用。第三节陶瓷和复合材料•一、陶瓷•陶瓷是以天然或合成的化合物为原料，经处理、成型、干燥、烧结而成的一种无机非金属材料。•1、普通陶瓷•是用黏土、石英或长石等天然硅酸盐材料为原料，经过配制、烧结而制成的。•陶瓷质地坚硬，耐腐蚀性好，不导电，易于加工成型。•2、特种陶瓷•是以氧化物、氮化物、碳化物和硼化物等化合物为原料经过配制、烧结而制成的新型材料，具有优良的物理、化学性能和力学性能。•按使用性能分类，特种陶瓷分为工程陶瓷和功能陶瓷两类。陶瓷材料“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的总称。通常分为陶瓷和玻璃两大类。1.陶瓷的分类（1）普通陶瓷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。（2）特种陶瓷特种陶瓷又称精细陶瓷，按其应用功能分类，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、锂质瓷、以及磁性瓷、金属陶瓷等。陶瓷材料的性能（1）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，弹性模量高，是金属的几倍。（2）物理性能陶瓷的熔点很高，一般在2000℃左右，其高温抗蠕变能力强，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数都小于金属材料，因此常作为常温绝热材料。（3）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。（4）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腐蚀性（耐酸、碱和盐），无老化现象，是化学稳定性很高的材料。•二、玻璃•玻璃是由石英砂等硅酸盐矿物材料经过配料、熔制而成的非金属材料。•具有透明、隔音、隔热等特性，并具有良好的化学稳定性。•主要用作车窗和风挡玻璃等。•1、钢化玻璃2、区域钢化玻璃3、夹层玻璃玻璃1．玻璃的性能（1）力学性能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、韧性差，脆性大。（2）化学稳定性玻璃具有良好的抗氧化性和耐蚀性。（3）光学性质玻璃具有良好的透光性和折光性。（4）绝缘性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、防爆等特殊性能。•三、复合材料•1、玻璃纤维增强塑料•2、碳纤维增强塑料金属材料在不同的使用场合下，所要求的力学性能、物理和化学性能以及工艺性能各不相同。虽然都是金属材料，不同成分和不同状态下的性能差异也非常大。造成金属材料性能差异的主要原因是由于金属材料内部结构的不同。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人工合成的多相材料。1.复合材料的组成和分类（1）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）复合材料的分类按基体相类型可分为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、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等几种类型。•讨论回答问题：•1、汽车常用的玻璃有哪几种？他们各有什么特性及应用？•2、什么是复合材料？复合材料有那两部分组成？第四节胶黏剂•胶黏剂是一种能将两种材料粘结在一起的高分子材料。既能黏接材料，又能填补零件裂纹和空隙缺陷等。具有较高的粘结强度，良好的密封性、耐腐蚀性和绝缘性，并且操作简单，成本低。Page32一、胶黏剂的组成和分类1、胶黏剂的组成（1）黏性基料（2）添加剂Page33二、胶黏剂在汽车上的应用1、汽车用胶黏剂2、汽车维修常用胶黏剂•2、胶黏剂的分类•按化学成分：•（1）无机胶黏剂•（2）有机胶黏剂•合成胶黏剂•天然胶黏剂•按用途分：•（1）通用胶黏剂•（2）结构胶黏剂•（3）特种胶黏剂粘结剂粘结剂工程上将同质或异质物体表面用胶黏剂连接在一起的技术称为胶结,胶结所用的材料称为粘结剂。1.粘结剂的组成粘结剂是由基料（环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、氯丁树脂、和丁腈橡胶等）、固化剂、增塑剂、增韧剂、填料、稀释剂、稳定剂等及其他敷料配制而成。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。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。第五节其他非金属材料•一、纸板制品•主要用来制造各种衬垫，用于汽车零部件连接部位的密封。•二、软木板•主要用于汽车零部件连接部位的密封。•三、石棉制品•主要用作密封、隔热、绝缘及摩擦材料。•四、毛毡•可用作油封、滤芯和衬垫材料。摩擦材料非石棉基摩擦材料的综合性能的要求：（1）足够高且稳定的摩擦系数。（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。（3）有良好的耐磨性和抗粘着性。（4）原材料来源充足。制造工艺比较简单、造价较低。（5）较好的物理、理学性能。1.摩擦材料的分类（1）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（3）半金属基摩擦材料2.汽车摩擦材料主要由3种成分组成①增强材料（如石棉、钢纤维等）；②粘结剂（如树脂、橡胶等）；③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）。•讨论回答问题：•1、什么叫胶黏剂？胶黏剂是如何分类的？汽车上常用胶黏剂有哪些种类？•2、汽车维修常用的环氧树脂、酚醛树脂、磷酸—氧化铜胶黏剂各有什么性能和应用？•小结：•本章讲了非金属材料在汽车上的应用，讲了塑料、橡胶、陶瓷和复合材料、胶黏剂以及其他非金属材料。•作业：•习题册P14——16