汽車機械基礎 第3版 教案 第5章 汽車常用非金屬材料

課時計劃序號專業(yè)及班級授課類型講授月日講授（180＇）課題第5章汽車常用非金屬材料課時教學目的掌握非金屬材料的概念及分類；熟悉工程塑料的種類、特性及在汽車中的應用；熟悉復合材料的種類、特性及在汽車中的應用；了解橡膠及陶瓷材料在汽車中的應用；了解車用玻璃的種類、特點及應用；能正確識別汽車重要零部件應用的非金屬材料。重點與難點重點：非金屬材料的種類、特性及在汽車中的應用難點：識別汽車重要零部件應用的非金屬材料時間內容及講授方法教具5＇120＇60＇25＇組織教學及新課導入一、工程塑料及其在汽車中的應用二、其他非金屬材料及其在汽車中的應用小結及習題 檢查意見簽字任課教師：板書設計（I）第5章汽車常用非金屬材料一、工程塑料及其在汽車中的應用1、分類2、特性3、應用二、其他非金屬材料及在汽車中的應用1、橡膠材料2、陶瓷材料3、復合材料4、車用玻璃5、汽車上的主要非金屬材料零部件板書設計（II）課后小結作業(yè)授課內容教案（副頁）5.1工程材料的性能及其在汽車中的應用*非金屬材料指工程材料中除金屬材料以外的其他一切材料。*機械工程中常用的非金屬材料主要包括高分子材料、陶瓷材料和復合材料。*高分子材料又分為工程塑料、合成纖維、橡膠、膠粘劑、涂料。一、工程塑料簡介工程塑料主要指強度、韌性和耐磨性較好的，具有價廉、耐蝕、降噪、美觀、質輕等特點，可用于汽車保險杠、汽車內飾件、高檔車用安全玻璃、儀表板等零部件。合成纖維是指單體聚合而成具有很高強度的高分子材料，如尼龍、聚酯等，用于汽車坐墊、安全帶、內飾件等。橡膠具有高的彈性和回彈性，一定的強度，優(yōu)異的抗疲勞，良好的耐磨、絕緣、隔聲、防水、緩沖、吸振等特點，用于制造汽車的輪胎、內胎、防振橡膠、軟管、密封帶、傳動帶等零部件。二、工程塑料的性能及在汽車中的應用常用工程塑料包括熱塑性工程塑料（PE、PP、PVC、ABS、PS、PA、POM、PC等）和熱固性工程塑料（酚醛樹脂PF、氨基樹脂UF、環(huán)氧樹脂EP等）。1、工程塑料的特性質輕、比強度高?；瘜W穩(wěn)定性好。優(yōu)異的電絕緣性。減摩、耐磨性好。消聲和吸振性好。塑料軸承和齒輪工作時平穩(wěn)無聲，大大減小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音材料。成形加工性好。.耐熱性差。多數塑料只能在100℃左右使用，少數品種可在200℃左右使用；易老化，導熱性差，約為金屬的1／500；熱膨脹系數大，約為金屬的3至10倍。2、主要熱塑性塑料的性能及應用（1）聚丙烯塑料（PP）（2）聚氨酯（PU）（3）聚氯乙烯塑料（PVC）（4）聚乙烯（PE）（5）ABS樹脂（ABS）（6）丙烯酸樹脂（PMMA）（7）聚酰胺（PA）（8）聚甲醛（POM）5.2其他非金屬材料及在汽車中的應用一、橡膠材料橡膠是一種有機高分子材料。橡膠種類有：天然橡膠和合成橡膠兩大類，其中汽車上常使用的合成橡膠有：苯乙烯丁二烯橡膠（SBR)、丁腈橡膠（NBR)、氯丁橡膠（CR）、聚氨脂橡膠（CR）、乙丙橡膠等。橡膠的特性：1.耐熱性.即在高溫下長期使用，其性能保持基本不變的特性稱耐熱性。2.耐候性。能在各種氣候條件下（日曬、雨淋、霜、霧等）其性能保持不變的特性稱耐候性，氯丁橡膠、硅橡膠等具有良好的耐候性。組織教學導入：提問汽車中控臺的材料，總結導入新課。PPT演示主要熱塑性塑料的性能及應用圖表。No1授課內容教案（副頁）3.耐油性。橡膠在各種油漬中工作時不會引起橡膠性能的惡化或破壞稱耐油性。4.緩沖、吸振性。橡膠具有一定的彈性，可以吸收能量，因此能起緩沖、吸振作用。5.耐磨和耐彎折性。橡膠在汽車上的應用廣泛。車身橡膠制品多用于減振和密封，如制作油封、密封條、防塵套、橡膠墊片、彈簧等。橡膠是輪胎的主要材料，載重汽車的輪胎以天然橡膠為主，轎車輪胎則以合成橡膠為主。車用膠管包括水、氣、燃油、潤滑油、液壓油等的輸送管通常采用丁腈橡膠、氯丁橡膠等材料制造。二、陶瓷材料特性及在汽車中的應用陶瓷是所有無機非金屬材料的簡稱，主要指陶瓷和玻璃。金屬、工程塑料和陶瓷是現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱材料。1.陶瓷的特性（1）高硬度，決定了它具有優(yōu)異的耐磨性、不易變形。（2）高熔點，決定了它具有杰出的耐熱性。（3）高化學穩(wěn)定性，決定了它具有良好的耐蝕性、絕緣性好。（4）脆性大。2.陶瓷的分類按原料不同，陶瓷分為普通陶瓷和特種陶瓷；普通陶瓷也稱傳統(tǒng)陶瓷，其原料是天然的硅酸鹽產物，如粘土、長石、石英等。這類陶瓷又稱硅酸鹽陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、等。特種陶瓷原料是人工合成的金屬氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等，具有一些獨特的性能，能滿足工程結構的特殊需要。日用陶瓷氧化鋁特種陶瓷3.陶瓷在汽車中的應用

柴油機中使用了陶瓷活塞，提高了熱效率，改善了噪聲和排放情況。汽油機中采用新型陶瓷渦輪增壓器，正進行研究有：采用新型陶瓷活塞銷活塞環(huán)等。三、復合材料及其在汽車中的應用復合材料是指由兩種或兩種以上物理和化學性質不同的物質組合起來而得到的一種固體材料。復合材料綜合了各組成材料的優(yōu)點，且具有單一材料無法達到的優(yōu)良綜合機械性能。PPT演示汽車中應用的陶瓷零部件。No2授課內容教案（副頁）1.復合材料的分類（1）按用途：復合材料按用途可分為結構復合材料和功能復合材料。結構復合材料主要用于制作承力結構。功能復合材料指具有除力學性能以外其他物理性能的復合材料，即具有各種電學性能、磁學性能、光學性能、聲學性能、摩擦性能、阻尼性能以及化學分離性能等的復合材料。（2）按基體材料類型分：復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鐵、鎂、銅、鈦及其合金，如鋁基復合材料、鐵基復合材料等。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。（3）按增強材料種類分：按增強材料種類復合材料分為玻璃纖維復合材料、有機纖維復合材料、金屬纖維材料、陶瓷纖維復合材料。（4）按增強材料形態(tài)分：按增強材料的形態(tài)不同分為連續(xù)纖維復合材料、短纖維復合材料、粒狀填料復合材料和編織復合材料。2.復合材料的性能（1）比強度和比剛度較高。（2）力學性能可以設計，便于實現(xiàn)具有最佳性價比的汽車構件的開發(fā)和制造。（3）抗疲勞性能好。復合材料疲勞斷裂是從基體開始的，逐漸擴展到纖維和基體的界面上，沒有突發(fā)性的變化，提高了安全性。（4）減振性能好，耐高溫。（5）安全性好。在纖維增強復合材料的基體中有成千上萬根獨立的纖維，構件超載時，少量纖維斷裂不會導致整個構件短時間內喪失承載能力。（6）成型工藝簡單，成型固化后殘余應力小。3.汽車常用復合材料（1）纖維增強塑料（FRP）。FRP是汽車輕量化的重要材料。FRP由纖維、樹脂及填充料三部分組成。其中纖維包括玻璃纖維、碳纖維、陶瓷短纖維等；樹脂包括聚丙烯塑料（PP）、聚乙烯塑料（PVC）、聚二烯塑料（PE）、ABS等不飽和熱塑性樹脂；填充料常用中空的玻璃微球、陶瓷微球和有機物微球。①碳纖維增強塑料（CFRP）。利用CFRP制作的汽車部件有車身外板零件、擋泥板、行李箱蓋、散熱器裝飾護柵、帶加強筋的發(fā)動機罩、配電盤、車頂蓋、保險杠等。②玻璃纖維增強塑料（GFRP）。GFRP俗稱玻璃鋼，是一種以玻璃纖維為增強不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂為基體材料的復合材料。汽車中利用GFRP制作的零部件有發(fā)動機汽缸蓋、軸承、齒輪、儀表盤、前后車燈、空氣調節(jié)器葉片等。3）SMC復合材料SMC復合材料即片狀模塑料，屬于一種玻璃鋼。主要原料由GF(專用紗)、UP(不飽和樹脂)、低收縮添加劑、MD(填料)及各種助劑組成。SMC復合材料具有高比強度，高比模量。SMC比重為1.7-1.9g/cm3，代替金屬材料有明顯的減重效果；其次，SMC制品的可設計性強，通過優(yōu)化結構可整體成型，減少二次裝配熱膨脹系數低，尺寸穩(wěn)定；第三，SMC的耐電PPT演示纖維增強塑料實物。PPT演示碳纖維引擎蓋、保險杠等。No3授課內容教案（副頁）解液、耐酸、耐堿性比金屬材料如鋼、鋁要好的多永不會生銹；第四，減震性好，耐沖擊，共振小。絕緣性能優(yōu)于金屬材料，阻燃性能可以達到V0級。2.金屬基復合材料（MMC）金屬基復合材料是以陶瓷（連續(xù)長纖維、短纖維、晶須及顆粒）為增強材料，金屬（如鋁、鎂、鈦、鎳、鐵、桐等）為基體材料而制備的。應用FRM制作的汽車零部件主要有氣缸體、連桿、活塞環(huán)、活塞銷等。汽車用發(fā)泡材料發(fā)泡材料是一種具有空氣孔隙的材料，可以在制造過程中產生氣泡并增大體積，屬于一種復合材料。它具有低密度、輕質、隔熱、吸音等特點。發(fā)泡材料主要分為兩類：一種是以塑料為基料的發(fā)泡材料，另一種是以金屬為基料的發(fā)泡材料。發(fā)泡材料具有質輕、耐水、耐腐蝕、隔熱、隔音、減震、易于加工等特點，被廣泛用于制造汽車的保險杠、儀表臺、頂棚內飾、車門內飾等。汽車工業(yè)中應用的發(fā)泡材料主要有PU泡沫、EPP（發(fā)泡聚丙烯）、交聯(lián)PE發(fā)泡材料、橡膠發(fā)泡材料（CR泡棉、EPDM泡棉）、硅膠發(fā)泡材料、泡沫鋁等。新能源汽車中常用聚氨酯泡棉為電池包、電動機和車門等部位做隔音處理，EPDM橡膠泡棉常被用來填充汽車某些設備的空腔，用于吸音降噪。液態(tài)發(fā)泡硅材料目前主要被應用于新能源動力電池包密封、動力電池熱管理系統(tǒng)支撐防護、動力電池保溫材料、動力電池絕緣緩沖等。泡沫金屬是一種新型多功能材料，具有孔隙率高、比表面積大、高比強度、高比剛度、吸能、阻尼減震性能好、耐腐蝕、耐高溫、電磁屏蔽、無毒、易加工、可進行涂裝表面處理等一系列優(yōu)良性能，既可作為結構材料也可作為功能材料應用。泡沫鋁因其密度低、剛度高，具備優(yōu)秀的吸能和緩沖絕緣性能，可用于填充汽車發(fā)動機支架和構件，起到了很好的吸聲和減振效果。泡沫鋁材料汽車上的泡沫鋁防撞梁四、車用玻璃玻璃是一種非晶態(tài)固體，它是以石英砂、純堿、石灰石等為主要原料，并加入某些金屬氧化物等輔料在1550-1600℃高溫下熔融后經拉制或壓制而成的。汽車玻璃是汽車的車身附件，起到防護作用。汽車玻璃是由玻璃原片經No4授課內容教案（副頁）過二次加工而成的。汽車的玻璃都是安全玻璃，其可見性、強度和耐磨性等由相關的國家標準和行業(yè)標準規(guī)定。汽車安全玻璃分為夾層玻璃、鋼化玻璃和區(qū)域鋼化玻璃三種。1.夾層玻璃夾層玻璃是由兩層或兩層以上玻璃膠合而成的，它之所以安全是由于在玻璃之間有一層PVB膠片（一種粘合性、柔韌性很強的高分子材料）。當玻璃碎裂時，PVB膠片會把玻璃碎片粘片在一起，使玻璃碎片不致散落而傷人，并保證司機有一定的視野來片理緊急情況。夾層玻璃結構2.鋼化玻璃

鋼化玻璃是由原片玻璃加熱到接近軟化溫度時進行驟冷淬火而成的玻璃制品。鋼化玻璃遇有破壞性外力沖擊，造成玻璃破裂時，不會形成鋒利的刀口，而是碎裂為許許多多的小碎片。3.區(qū)域鋼化玻璃普通鋼化玻璃由于破碎時會化為一堆碎末兒，像瀑布一般瀉落，阻斷司機的視線，不利于應急處理情況，因此不宜作前風擋。區(qū)域鋼化玻璃是分區(qū)域控制鋼化程序的鋼化玻璃，破壞時，有的部分碎片大，有的部分碎片小。用它作汽車的前風擋，安全性不如夾層玻璃，但成本較低。4.特殊夾層玻璃（1）中空玻璃。中空玻璃由兩片或多片玻璃組成，玻璃間用內部充有干燥劑的空心鋁管等隔離，同時中空部分充入干燥空氣或惰性氣體，并進行密封處理的一種特殊玻璃。是一種隔熱、隔音的新產品，如果用鍍膜中空玻璃，則可獲得冬暖夏涼的最佳效果，一般應用于高檔客車的側窗上。（2）防彈玻璃。防彈玻璃是兩層以上的玻璃（或鋼化玻璃）經過夾層而獲得的一種具有防子彈穿透功能的專用玻璃。（3）除霜玻璃。除霜玻璃采用網板印刷制法將導電性膠印制在玻璃上，在玻璃加熱成型時黏附，印刷電路可加熱玻璃起到除霜作用。（4）調光夾層玻璃。光夾層玻璃是一種光的透射率和散射度可變的玻璃，能實現(xiàn)遮擋太陽能、適當地采光、隱蔽保護等功能。典型的調光玻璃有鍍鉻玻璃（EC）、熱玻璃（TC）、光致變色玻璃（PC）和液晶玻璃（LC）。PPT演示汽車各種玻璃的應用，識別各種車用玻璃。PPT演示汽車上的主要非金屬材料零部件。