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1、第十章第十章 其他非金属材料其他非金属材料第一节第一节 车用摩擦材料车用摩擦材料第二节第二节 车用复合材料车用复合材料第三节第三节 车用陶瓷车用陶瓷第四节第四节 车用胶粘剂车用胶粘剂第一节第一节 车用摩擦材料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，也是汽车制动系统与行动，是汽车消耗性较大的材料之一，也是汽车制动系统与行车系统的重要组成材料。车系统的重要组成材料。一、车用摩擦材料的组成和性能特点一、车用摩擦材料的组成和性能特点1.车用摩擦材料的组成车用摩擦材料的组成汽车摩擦材料主要由增强材
2、料、豁结剂及填充材料等组成。汽车摩擦材料主要由增强材料、豁结剂及填充材料等组成。(1)增强材料增强材料是摩擦材料的一个重要组成部分，纤维增强材料增强材料是摩擦材料的一个重要组成部分，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等。混杂纤维等。下-页 返回第一节第一节 车用摩擦材料车用摩擦材料(2)豁结剂选择豁结剂首先要考虑热性能，此外还要求其结豁结剂选择豁结剂首先要考虑热性能，此外还要求其结构强度高、模量低、贴合性好、分
3、解温度高、分解物少、分构强度高、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。解速度慢及分解残留物有一定的摩擦性能等。(3)填充材料填补材料是摩擦材料中不可缺少的组分，其在填充材料填补材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。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特点车用摩擦材料的性能特点(1)有足够高而稳定的摩擦因数摩擦因数是摩擦材料最重要的有足够高而稳定的摩擦因数摩擦因数
4、是摩擦材料最重要的技术指标之一，通常它不是一个常数，而是受温度、压力、技术指标之一，通常它不是一个常数，而是受温度、压力、速度或者表面状态、摩擦环境等影响而变化。速度或者表面状态、摩擦环境等影响而变化。上-页 下-页 返回第一节第一节 车用摩擦材料车用摩擦材料(2)有较好的物理、力学性能除满足摩擦材料在加工过程中有较好的物理、力学性能除满足摩擦材料在加工过程中的要求之外，还要满足在使用中的强度要求，以保持良好的的要求之外，还要满足在使用中的强度要求，以保持良好的使用性能，对汽车离合器摩擦片还要有较好的抗回转破坏强使用性能，对汽车离合器摩擦片还要有较好的抗回转破坏强度，同时随温度变化要小，通常包
5、含的指标是冲击韧性、抗度，同时随温度变化要小，通常包含的指标是冲击韧性、抗压强度、抗剪强度、导热系数、耐热性等。压强度、抗剪强度、导热系数、耐热性等。(3)有良好的耐磨性这是衡量摩擦材料使用寿命的重要指标，有良好的耐磨性这是衡量摩擦材料使用寿命的重要指标，而且对相应藕合件的磨损也较小。而且对相应藕合件的磨损也较小。(4)不产生过重的噪声汽车制动噪声的产生因素很复杂，一般不产生过重的噪声汽车制动噪声的产生因素很复杂，一般就摩擦材料而言，低模量、低摩擦因数则不易产生过重的噪就摩擦材料而言，低模量、低摩擦因数则不易产生过重的噪声。声。上-页 下-页 返回第一节第一节 车用摩擦材料车用摩擦材料二、摩擦
6、材料在汽车上的应用二、摩擦材料在汽车上的应用在汽车上，摩擦材料主要用于制动摩擦片、离合器摩擦片、在汽车上，摩擦材料主要用于制动摩擦片、离合器摩擦片、手制动摩擦片。汽车常用的摩擦片见手制动摩擦片。汽车常用的摩擦片见图图10-1。上-页 返回第二节车用复合材料第二节车用复合材料一、车用复合材料的分类和性能特点一、车用复合材料的分类和性能特点1.车用复合材料的分类车用复合材料的分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;按基按基体分为非金属基复合材料和金属基复合材料体分为非金属基复合材料和金属基复合材料;按增强剂的种类按增强剂的种类和形状分为
7、颗粒复合材料、层状复合材料、纤维增强复合材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。料等。2.复合材料性能特点复合材料性能特点(1)优点复合材料有许多优点，比强度和比模量高，强度高，优点复合材料有许多优点，比强度和比模量高，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的7倍多，比模量是钢的倍多，比模量是钢的5倍多。倍多。抗疲劳性能好。抗疲劳性能好。下-页 返回第二节车用复合材料第二节车用复合材料减振能力强，可避免产生共振而引起的早期破坏减振能力强，可避免产生共振而引起的早期破坏;耐高温性能耐高温性能好，一般在
8、高温下仍保持高的强度。好，一般在高温下仍保持高的强度。断裂安全性好。断裂安全性好。化学稳定性好化学稳定性好(2)缺点缺点 复合材料也有不足之处，其断裂伸长率较小，抗冲复合材料也有不足之处，其断裂伸长率较小，抗冲击性低，横向拉伸和层间抗剪强度较低，成本比其他工程材击性低，横向拉伸和层间抗剪强度较低，成本比其他工程材料高得多，以及工艺成形方法尚需改进等。相信随着对复合料高得多，以及工艺成形方法尚需改进等。相信随着对复合材料的研究和应用的不断发展，这些缺点必然会得到改善，材料的研究和应用的不断发展，这些缺点必然会得到改善，并大大推动复合材料的发展和应用。并大大推动复合材料的发展和应用。二、复合材料在
9、汽车上的应用二、复合材料在汽车上的应用1.纤维增强金属基复合材料纤维增强金属基复合材料(FRM)上-页 下-页 返回第二节车用复合材料第二节车用复合材料利用纤维的特性制造轻质的结构材料，利用纤维的特性制造轻质的结构材料，FRM具有比强度、比具有比强度、比刚性高的优点。要制成同等强度的零件，可使质量减少刚性高的优点。要制成同等强度的零件，可使质量减少;耐热耐热性等热学性能提高性等热学性能提高;热传导和电导性优良热传导和电导性优良;耐磨性提高。耐磨性提高。2.纤维增强塑料纤维增强塑料(FRP)FRP主要由纤维主要由纤维(有玻璃纤维、碳纤维和陶瓷短纤维等有玻璃纤维、碳纤维和陶瓷短纤维等)、树、树脂脂
10、(聚丙烯塑料聚丙烯塑料PP,聚乙烯塑料聚乙烯塑料PVC,聚二烯塑料聚二烯塑料PE,ABS等等不饱和热塑性树脂等不饱和热塑性树脂等)和填充料和填充料(常用中空的玻璃微球、陶瓷常用中空的玻璃微球、陶瓷微球和有机物微球微球和有机物微球)三部分组成。三部分组成。FRP是汽车轻量化的最重要是汽车轻量化的最重要的材料。的材料。3.颗粒、晶须增强金属基复合材料颗粒、晶须增强金属基复合材料上-页 下-页 返回第二节车用复合材料第二节车用复合材料此复合材料是目前应用范围最广，开发前景最好的一种金属此复合材料是目前应用范围最广，开发前景最好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基复合材料。
11、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，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。它所采用的增其中较为成熟、应用较多的是铝基复合材料。它所采用的增强材料为碳化硅、碳化硼、氧化铝颗粒或晶须，其中以碳化强材料为碳化硅、碳化硼、氧化铝颗粒或晶须，其中以碳化硅为主。硅为主。上-页 返回第三节第三节 车用陶瓷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、成形和高温烧结等工序制成的一种无机非金属固体材粉碎、成形和高温烧结等工序制成的一
12、种无机非金属固体材料，汽车上使用的陶瓷材料主要是精细陶瓷。料，汽车上使用的陶瓷材料主要是精细陶瓷。一、精细陶瓷的分类及性能特点一、精细陶瓷的分类及性能特点1.精细陶瓷的分类精细陶瓷的分类精细陶瓷按照性能分类可分为高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨精细陶瓷按照性能分类可分为高强度陶瓷、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、卫生陶瓷。体陶瓷、磁性陶瓷、卫生陶瓷。2.精细陶瓷的性能精细陶瓷的性能精细陶瓷在热学方面具有耐热、隔热、导热、集热等特性精细陶瓷在热学方面具有耐热、隔热、导热、集热等特性;在在力学方面具有
13、硬质、耐磨、高温强度高、润滑性、耐热低膨力学方面具有硬质、耐磨、高温强度高、润滑性、耐热低膨下-页 返回第三节第三节 车用陶瓷车用陶瓷 胀性胀性;在化学方面具有强的化学稳定性、耐强酸强碱等腐蚀性、在化学方面具有强的化学稳定性、耐强酸强碱等腐蚀性、催化剂作用催化剂作用;在电磁学方面具有绝缘性、导电性、压电性、半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。导体性、磁性、介电性、离子导电性、电子发射性等。二、精细陶瓷在汽车上的应用二、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，可以有效地精细陶瓷具有各种优异的特性，应用于汽车上，可以有
14、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，提高易损件使用寿命，完善汽车智能性功能。气污染，提高易损件使用寿命，完善汽车智能性功能。精细陶瓷可用于制做气门、气门座、摇臂等零件，以充分发精细陶瓷可用于制做气门、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。日本五十铃公司研究开发挥其耐热性、耐磨性优良的特性。日本五十铃公司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。同时，精细陶瓷耐腐蚀性强，动机摇臂，在使用中效果良好。同
15、时，精细陶瓷耐腐蚀性强，在高温下有良好的热稳定性，被广泛地用做汽油机点火系火在高温下有良好的热稳定性，被广泛地用做汽油机点火系火花塞的基体。花塞的基体。上-页 下-页 返回第三节第三节 车用陶瓷车用陶瓷用氮化硅陶瓷材料制成的陶瓷纤维活塞，耐磨性好，可以有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“冷敲热拉冷敲热拉”现象。功能性精细陶瓷主要用于汽车调控系统的敏感元件现象。功能性精细陶瓷主要用于汽车调控系统的敏感元件制作中。制作中。表表10-2列出了汽车上应用的功能陶瓷。列出了汽车上应用的功能陶瓷。为了提
16、高发动机热效率，利用陶瓷的耐热、耐磨、耐腐蚀、为了提高发动机热效率，利用陶瓷的耐热、耐磨、耐腐蚀、热膨胀系数小的特点可以制成陶瓷绝热发动机。日本日野汽热膨胀系数小的特点可以制成陶瓷绝热发动机。日本日野汽车公司开发了陶瓷发动机，该机汽缸套、活塞、气门等燃烧车公司开发了陶瓷发动机，该机汽缸套、活塞、气门等燃烧室零件有室零件有40%为陶瓷零件，取消了散热器和冷却装置，可以为陶瓷零件，取消了散热器和冷却装置，可以提高功率提高功率10%，燃料消耗降低，燃料消耗降低30%。表表10-3列出了日本列出了日本和美国绝热发动机上采用结构陶瓷的情况。和美国绝热发动机上采用结构陶瓷的情况。上-页 返回第四节第四节
17、车用胶粘剂车用胶粘剂胶粘剂又称豁合剂或豁结剂，俗称胶，是一类通过豁附作用，胶粘剂又称豁合剂或豁结剂，俗称胶，是一类通过豁附作用，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。物质。一、常用胶粘剂的种类及性能特点一、常用胶粘剂的种类及性能特点目前，对于胶粘剂还没有一个统一的分类方法。通常将胶粘目前，对于胶粘剂还没有一个统一的分类方法。通常将胶粘剂分为合成胶粘剂、天然胶粘剂和无机胶粘剂三大类。剂分为合成胶粘剂、天然胶粘剂和无机胶粘剂三大类。1.橡胶型胶粘剂橡胶型胶粘剂橡胶胶粘剂是以氯丁、丁睛、丁苯、丁基等合成橡胶或天然橡胶胶粘剂是以氯
18、丁、丁睛、丁苯、丁基等合成橡胶或天然橡胶为基料配制成的一类胶粘剂。橡胶为基料配制成的一类胶粘剂。(1)氯丁橡胶胶粘剂氯丁橡胶胶粘剂是一种广泛使用的非结构氯丁橡胶胶粘剂氯丁橡胶胶粘剂是一种广泛使用的非结构型胶粘剂，可用于极性或非极性橡胶的胶接。型胶粘剂，可用于极性或非极性橡胶的胶接。下-页 返回第四节第四节 车用胶粘剂车用胶粘剂(2)丁睛橡胶胶粘剂丁睛橡胶胶粘剂适用于金属、塑料、木材、丁睛橡胶胶粘剂丁睛橡胶胶粘剂适用于金属、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。到广泛应用。2.树脂型胶粘剂树脂型胶粘剂树脂型
19、胶粘剂包括热塑性树脂型胶粘剂和热固性树脂型胶粘树脂型胶粘剂包括热塑性树脂型胶粘剂和热固性树脂型胶粘剂两种。剂两种。(1)热塑性树脂胶粘剂热塑性树脂胶粘剂是以线型热塑性树脂热塑性树脂胶粘剂热塑性树脂胶粘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的胶粘剂。这类胶粘剂使用方便、容易保存，具有柔韧、耐的胶粘剂。这类胶粘剂使用方便、容易保存，具有柔韧、耐冲击性，初粘能力良好的特点。冲击性，初粘能力良好的特点。上-页 下-页 返回第四节第四节 车用胶粘剂车用胶粘剂(2)热固性树脂胶粘剂环氧树脂胶粘剂是一种常用的热固性树热固性
20、树脂胶粘剂环氧树脂胶粘剂是一种常用的热固性树脂胶粘剂。环氧树脂的突出优点是粘附力强，对金属、陶瓷、脂胶粘剂。环氧树脂的突出优点是粘附力强，对金属、陶瓷、塑料、木材、玻璃等都有很强的豁附力，被称为塑料、木材、玻璃等都有很强的豁附力，被称为“万能胶万能胶”;内聚力强，树脂固化后，胶层的内聚力很大，以致在被胶粘内聚力强，树脂固化后，胶层的内聚力很大，以致在被胶粘物受力破坏时，断裂往往发生在被胶粘物体内部物受力破坏时，断裂往往发生在被胶粘物体内部;工艺性能好，工艺性能好，胶接时可以不加压或仅使用接触应力，并可在室温或低温快胶接时可以不加压或仅使用接触应力，并可在室温或低温快速固化速固化;收缩率低，一般
21、小于收缩率低，一般小于2%，有的甚至可低至，有的甚至可低至1%左右左右;耐温性能较好，既有一定的低温性能，又有一定的耐热性。耐温性能较好，既有一定的低温性能，又有一定的耐热性。3.混合型胶粘剂混合型胶粘剂上-页 下-页 返回第四节第四节 车用胶粘剂车用胶粘剂(1)酚醛酚醛-聚乙烯醇缩醛胶粘剂聚乙烯醇缩醛胶粘剂 酚醛酚醛-聚乙烯醇缩醛胶粘剂对聚乙烯醇缩醛胶粘剂对金属和非金属都有很好的豁附性，加之胶层固化后呈网状结金属和非金属都有很好的豁附性，加之胶层固化后呈网状结构，其胶接强度高，抗冲击和耐疲劳性能良好。此外，它还构，其胶接强度高，抗冲击和耐疲劳性能良好。此外，它还具有良好的耐大气老化和耐水性，
22、是一种应用广泛的结构型具有良好的耐大气老化和耐水性，是一种应用广泛的结构型胶粘剂。胶粘剂。(2)酚醛酚醛-丁睛胶粘剂丁睛胶粘剂 酚醛酚醛-丁睛胶粘剂综合了酚醛树脂和丁丁睛胶粘剂综合了酚醛树脂和丁睛橡胶的优点，既有良好的柔韧性，又有较高的耐热性，是睛橡胶的优点，既有良好的柔韧性，又有较高的耐热性，是综合性能优良的结构胶粘剂。酚醛综合性能优良的结构胶粘剂。酚醛-丁睛胶粘剂性能的主要特丁睛胶粘剂性能的主要特点是胶接强度高、耐振动、冲击韧性大，其抗剪强度随温度点是胶接强度高、耐振动、冲击韧性大，其抗剪强度随温度变化不大，可以在变化不大，可以在-55180下长时间使用，其耐水、下长时间使用，其耐水、耐化
23、学介质以及耐大气老化性能都较好。耐化学介质以及耐大气老化性能都较好。上-页 下-页 返回第四节第四节 车用胶粘剂车用胶粘剂二、车用胶粘剂的种类、胶结位置及胶粘剂的选用二、车用胶粘剂的种类、胶结位置及胶粘剂的选用1.车用胶粘剂的种类、胶结位置车用胶粘剂的种类、胶结位置胶粘剂在汽车上的应用范围十分广泛，其典型胶接部位见胶粘剂在汽车上的应用范围十分广泛，其典型胶接部位见图图10-2。图中各胶接部位与胶接种类见。图中各胶接部位与胶接种类见表表10-4和和表表10-5。2.胶粘剂的选用胶粘剂的选用通常应综合考虑胶粘剂的性能、胶接对象、使用条件、固化通常应综合考虑胶粘剂的性能、胶接对象、使用条件、固化工艺
24、和经济成本等各方面的因素，合理地选用胶粘剂。工艺和经济成本等各方面的因素，合理地选用胶粘剂。(1)胶粘剂的性能不同品种的胶粘剂，其性能差异较大，适用胶粘剂的性能不同品种的胶粘剂，其性能差异较大，适用范围也不相同。胶粘剂的各种性能与所加人的填料、固化剂、范围也不相同。胶粘剂的各种性能与所加人的填料、固化剂、稀释剂、增韧剂等的性能与数量密切相关。稀释剂、增韧剂等的性能与数量密切相关。上-页 下-页 返回第四节第四节 车用胶粘剂车用胶粘剂(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，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、木材及纺例
25、如各种金属、陶瓷、玻璃、塑料、橡胶、皮革、木材及纺织材料等。由于同一种胶粘剂对不同材料的粘接力各不相同，织材料等。由于同一种胶粘剂对不同材料的粘接力各不相同，因此对不同的胶接对象，所选用的胶粘剂也就不可能完全一因此对不同的胶接对象，所选用的胶粘剂也就不可能完全一样。样。(3)使用条件被胶接件的使用环境和用途要求是选用粘接剂的使用条件被胶接件的使用环境和用途要求是选用粘接剂的重要依据。如果用于受力结构件的胶接，则需选用强度高、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、抗蠕变性优良的结构型胶粘剂韧性好、抗蠕变性优良的结构型胶粘剂;如果用于在特定条件如果用于在特定条件下使用下使用(如耐高温、耐低温、导热、导磁等如耐高温、耐低温、导热、导磁等)的被胶接件的胶的被胶接件的胶接，则应选用特种胶粘剂。接，则应选用特种胶粘剂。上-页 返回图图10-1汽车常用的摩擦片汽车常用的摩擦片返回表表10-2汽车上应用的功能陶瓷汽车上应用的功能陶瓷返回表表10-3日本和美国绝热发动机上采用的日本和美国绝热发动机上采用的结构陶瓷结构陶瓷返回图图10-2 胶粘剂在汽车上的典型应用胶粘剂在汽车上的典型应用返回表表10-4汽车胶接部位与胶粘剂种类汽车胶接部位与胶粘剂种类返回表表10-5汽车密封部位与密封胶的种类汽车密封部位与密封胶的种类返回