2.1认识汽车常用非金属材料（课件）-《汽车机械基础》同步教学（航空工业出版社）

任务一 认识汽车常用非金属材料 虽然汽车中大部分零件采用的是金属材料制造，但为了满足汽车轻量化、耐腐蚀等要求，塑料、橡胶等非金属材料也被大量应用，如车灯、车玻璃、轮胎、内饰件等。那么你知道汽车中都应用了哪些种类的非金属材料吗？各类非金属材料的性能有何特点？让我们一起来认识汽车常用非金属材料吧！ 任务描述 任务目标 观察和认识汽车内、外饰件，辨别它们各自的组成材料，以了解非金属材料在汽车中的应用，并学习区分非金属材料。 了解各种非金属材料的性能、特点及应用。 初步识别汽车中各种非金属零部件的组成材料。 一、塑料 1．塑料的组成 作用是在一定的温度和压力条件下软化并塑造成形，它决定塑料的基本属性，并起黏结剂的作用。树脂分为天然树脂和合成树脂。 作用是弥补或改进塑料的某些特性，主要包括填料和增强材料、填充剂、增塑剂、固化剂、着色剂、稳定剂、润滑剂、抗静电剂、发泡剂和阻燃剂等。可视塑料的性能要求而改变添加剂的种类和数量。 树脂 添加剂 汽车中使用的非金属材料主要分为有机高分子材料、无机材料和复合材料等。其中，有机高分子材料主要包括塑料、橡胶和黏结剂等；无机材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料等。 2．塑料的分类 塑料的种类很多，按热性能的不同可分为热塑性塑料和热固性塑料；按用途的不同可分为通用塑料和工程塑料。 3．塑料的特性 重量轻。塑料的密度一般为0.83～2.2 g/cm3，仅为钢铁材料的1/8～1/4。 化学性质稳定。塑料能耐大气、水及多数酸、碱、有机溶剂等的腐蚀。 绝缘性能好。一般塑料对电都有良好的绝缘性和耐电弧特性。 减摩、耐磨性好。多数塑料的摩擦系数小，耐磨性好，可作为减摩材料。 消声吸振性良好，成形性、着色性好，且加工简单。大多数塑料制品具有很高的生产效率，生产成本低。 耐热性差，热膨胀率大，尺寸稳定性差，使用过程中容易变形和老化。 4．塑料在汽车中的应用 表2-2-1 塑料在汽车中的应用 表2-2-1（续） 二、橡胶 橡胶是一种以生胶为基础，加入适量配合剂制成的高分子材料。橡胶制品广泛应用于汽车发动机及其附件、传动、转向、悬挂、制动、电器仪表及车身等系统内。 1．橡胶的组成 一种具有高弹性的聚合物材料，按来源可分为天然生胶和合成生胶两类。天然生胶是指从橡胶树、橡胶草等植物中提取的胶乳，经凝固、干燥、稳压后制成的片状固体；合成生胶是指由化学合成方法制得的与天然橡胶相似的高分子材料。 为改善和提高橡胶制品性能而加入的物质，主要有硫化剂、活性剂、软化剂、填充剂、防老剂、着色剂等。 生胶 配合剂 2．橡胶的分类 从橡胶树、橡胶草等植物中提取液状乳汁经适当加工制成。 以某些低分子化合物为原料，经复杂的聚合反应制成。 天然橡胶 合成橡胶 3．橡胶的特性 橡胶的弹性极好，最大伸长率可达800%～1 000%，且去除外力后能迅速恢复原状；同时具有吸振能力强，耐磨性、隔声性、绝缘性好，可积储能量，有一定的耐蚀性和强度等优点。橡胶的主要缺点是易于老化，老化后会丧失弹性、变硬、变脆、发黏甚至龟裂。使用或存放周期过长、光照、高温等因素均会加快橡胶老化。 4．橡胶在汽车中的应用 汽车中使用量最大的是合成橡胶。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、三元乙丙橡胶和丁腈橡胶。各种橡胶在汽车中的应用情况如表2-2-2所示。 表2-2-2 橡胶在汽车中的应用 三、陶瓷 陶瓷属于无机非金属固体材料，它以天然矿物或人工合成的各种化合物为基本原料，经粉碎、成形和高温烧结等工序制造而成。 1．陶瓷的分类 主要以天然的硅酸盐矿物质（如黏土、长石、石英等）为原料，经粉碎、成形、烧制而成。按用途不同，传统陶瓷可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、卫生陶瓷、电器陶瓷、化工陶瓷和多孔陶瓷等。 主要以高强度、超细粉末材料（如硅化物、碳化物、氮化物等）为原料，经粉碎、成形、烧制而成。精细陶瓷具有某些特殊的力学、物理或化学性能，故又称特种陶瓷。 传统陶瓷 精细陶瓷 2．陶瓷的性能 陶瓷具有很高的硬度和抗压强度，优良的耐磨性、抗氧化性、耐腐蚀性、耐高温性和绝缘性，但冲击韧度低，脆性大，急冷急热时性能较差。 3．陶瓷在汽车中的应用 随着材料技术的发展，各种精细陶瓷在汽车中逐渐得到广泛应用。按用途不同，陶瓷主要分为功能陶瓷和工程陶瓷两类。在汽车中，前者用作功能材料，如制造氧传感器、温度传感器等；后者用于制造各种结构件，如火花塞陶瓷体、活塞、轴承、刹车片等。 氧传感器 火花塞 陶瓷活塞 陶瓷轴承 陶瓷刹车片 四、玻璃材料 玻璃是将各种原材料（如石灰石、石英石等）熔融、冷却、固化而成的一种无机非金属材料。 1．玻璃的组成 玻璃主要由各种氧化物原料和辅助原料组成。其中，氧化物有石英石、石灰石、长石、硼酸、铅化物、钡化物等；辅助原料包括澄清剂、着色剂、脱色剂、氧化剂、助熔剂等。 2．玻璃的性能 玻璃具有良好的透光性，较高的硬度和抗压强度，同时具有较好的抗水、空气以及酸碱盐溶液腐蚀的性能。 3．玻璃在汽车中的应用 主早期汽车中使用的是普通板型玻璃。 由普通玻璃经加热、吹冷风等工艺制成。 普通玻璃 钢化玻璃 由多层玻璃胶合而成，且在层与层之间附着一层膜。 夹层玻璃 为保证驾驶员及乘客的人身安全，目前汽车前挡风玻璃普遍采用安全性较好的夹层玻璃。由于价格原因，后挡风玻璃及车窗玻璃大多仍采用钢化玻璃。 普通玻璃破裂 钢化玻璃破裂 夹层玻璃破裂 五、复合材料 复合材料是由两种或两种以上物理或化学性质不同的材料，通过一定方法合成的新材料。复合材料能兼具各种组成材料的优点，并弥补彼此的性能缺陷，从而具备优异的综合性能。复合材料由于具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声，而且抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件等。目前，玻璃纤维增强树脂复合材料（又称玻璃钢）和碳纤维增强树脂复合材料在汽车上已有诸多应用，如各种车身覆盖件、内饰门板、门把手等。 复合材料在汽车中的应用 六、黏结剂 黏结剂又称胶黏剂或黏合剂，它以黏性物质为基础加入各种添加剂而制成。黏结剂能将两种相同或不同的材料牢固地黏合在一起。与螺栓连接、铆接、焊接等连接方式相比，黏结具有以下优点：接头应力分布均匀，抗疲劳强度高；接头密封性、绝缘性、耐腐蚀性良好。但黏结接头也存在易剥离、不耐冲击、易老化和耐热性差等不足。 知识拓展 各种金属和非金属材料制造的零部件是汽车的构成基础，同时汽车的正常行驶还离不开燃料、润滑剂、制动液、防冻液等运行材料的支持。下面简要介绍汽车运行材料的相关知识。 一、汽车用燃料 1．汽油 汽油是目前汽车中应用最广泛的燃料，汽车也因此而得名。汽油使用性能的好坏直接关系到发动机工作的可靠性、经济性和使用寿命。汽油的主要性能指标有蒸发性、抗爆燃性、安定性、抗腐性、无害性和清洁性等。 抗爆燃性是指汽油在气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，主要由辛烷值来评定。国家标准根据辛烷值的大小来划分汽油的牌号，常见的有90号，93号和97号。牌号越高，辛烷值越高，抗爆燃性就越好。 Notice 2011年12月，北京质监局发布《车用汽油》地方标准的征求意见稿，拟将汽油牌号由“90号，93号，97号”修改为“89号，92号，95号”。 2．柴油 柴油分为轻柴油和重柴油等品种，汽车用柴油机属于高速柴油机，使用的是轻柴油。柴油的性能指标有低温流动性、发火性、蒸发性、安定性、黏度、抗腐性和清洁性等。 低温流动性是指在低温条件下柴油具有一定流动状态的能力，它用凝点来衡量。凝点是指油料在一定的实验条件下，遇冷开始凝固而失去流动性的最高温度。车用柴油按凝点来划分牌号，分为5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号共6种牌号。 发火性又称燃烧性，是指柴油的自燃能力。柴油的发火性用十六烷值来评定，其值越高，燃烧性越好，燃烧越平稳，柴油机工作越柔和。但十六烷值过高时，将影响柴油的低温流动性、喷雾及蒸发性，导致燃烧不完全，从而会降低柴油机功率，使油耗上升。选用车用柴油时，主要参考汽车使用地的气温。一般而言，应保证柴油的凝点高于当地最低气温3～6℃。 二、汽车润滑材料 1．发动机润滑油 发动机润滑油俗称机油，主要用于发动机各运动零部件之间的润滑。机油具有润滑减摩、冷却降温、清洗清洁、密封防漏、防锈防蚀、减振缓冲等作用。机油的主要性能指标有黏度、黏温性、低温黏度、氧化安定性、抗腐性、洁净分散性、抗泡性等。机油的黏度决定其润滑性能的好坏，其大小与温度成反比关系。温度升高时，黏度下降，机油变稀；反之，机油变稠。当温度低于凝固温度后，机油将凝固，失去流动性。 机油的种类很多，国标GB/T 7631.3—1995《内燃机油分类》中规定内燃机油分为汽油机油（S系列）和柴油机油（C系列）两个系列，其中，汽油机油按质量又分为SA～SH共八个等级；柴油机油按质量又分为CA，CB，CC，CD，CD-Ⅱ，CE，CF-4共七个等级。等级越靠后，机油的性能越好。其中，SD/CC，SE/CC，SF/CD三个质量等级的机油为汽油机和柴油机通用机油。国产机油的品种与牌号如表2-2-5所示。 表2-2-5 国产机油的品种与牌号 A级和B级内燃机油已经被废除。W（如10W）代表冬季用，无W（如30）则为夏用，××W/××（如5W/30）则为冬夏通用油。 内燃机油的牌号由品种代号+质量等级代号+黏度级别组成。例如，CC30表示100℃时运动黏度等级为30的C级柴油机油；SF5W/30表示低温黏度等级为5，100℃时运动黏度等级为30的F级汽油机油。 2．齿轮油 汽车齿轮油用于机械式变速器、驱动桥及转向器的齿轮、轴承和轴等零件的润滑。齿轮油的主要作用有减摩、冷却、清洗、密封、防锈和降噪等。由于工作条件与内燃机油不同，故汽车对齿轮油的性能要求也不相同。齿轮油的性能指标主要有：润滑性、极压抗磨性、热氧化安定性、防腐性等。 我国车辆齿轮油按车辆的使用性能分为普通车辆齿轮油（GL-3）、中等负荷车辆齿轮油（GL-4）和重负荷车辆齿轮油（GL-5）。我国车辆齿轮油按黏度分为70W，75W，80W，85W，90，140和250七个共黏度牌号。 选择与使用车辆齿轮油时，应按车辆使用说明书的规定选择与该车型相适应的齿轮油品种和牌号，还可以参照以下原则： 根据齿轮类型和工作条件来选择齿轮油的品种。 根据使用环境最低温度和传动装置最高油温来选择齿轮油的黏度等级。 三、汽车其他工作液 1．制动液 制动液用于汽车液压制动系统中传递制动力，故又称刹车液或刹车油。考虑到汽车制动的重要性和安全性，要求制动液：黏温性好，凝固点低，低温流动性好；沸点高、高温时不产生气阻；质量稳定，对金属件和橡胶件无有害影响。制动液按原料组成和特性不同，通常分为合成型、矿油型和醇型三大类。在选用时尽量选用合成型，不要选用已被淘汰的醇型。我国制动液按其平衡回流沸点分为JG0～JG5共六个质量等级，数字越大，表示平衡流回沸点越高，高温抗气阻性越好，制动效果越好。 2．冷却液 汽车冷却液即发动机冷却液，现代汽车发动机正常工作时，冷却系统运行温度高达85～115℃。用普通水冷却时，100℃就会沸腾，无法有效降温；低于0℃时便会结冰，造成冷却系统难以工作。因此，需要采用一种特殊的冷却介质——防冻液，才能满足发动机对冷却液的各种性能需求。冷却液应具有以下特点：良好的流动性，较低的冰点，较高的沸点，对金属件和橡胶件无影响，不易产生水垢，蒸发损失小。现代汽车中常用冷却液的主要成分是乙二醇。用水和乙二醇按不同比例混合即可得到不同冰点的冷却液。乙二醇型冷却液按冰点不同，分为共五个牌号。 Notice 不同厂家、不同牌号的冷却液不能混用。 由于乙二醇有毒，在使用乙二醇冷却液时切勿入口。 乙二醇冷却液可四季使用，由于价格较贵，有些地区夏季不用，可换下后密封保持，冬季仍可重复使用。 谢谢观赏 $$