汽車用非金屬材料

汽車用非金屬材料內(nèi)容：非金屬材料分類及在汽車上的應(yīng)用概述；塑料、橡膠在汽車上的應(yīng)用；車用非金屬材料分類塑料、橡膠常用性質(zhì)試驗方法。非金屬材料分類及在汽車上的應(yīng)用概述汽車工程材料包括金屬材料和非金屬材料。其中金屬材料包括黑色金屬和有色金屬；非金屬材料包括高分子材料、陶瓷材料、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。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(zhì)輕等特點，可用于汽車保險杠、汽車內(nèi)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，用于汽車座墊、安全帶、內(nèi)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(nèi)胎、防振橡膠、軟管、密封帶、傳動帶等零部件。各種膠粘劑起到粘結(jié)、密封等作用。涂料對車身的防銹、美化及商品價值有不可忽視的作用。陶瓷材料分為陶瓷、玻璃，陶瓷用于制造火花塞、傳感器等；玻璃用于制造汽車前后門窗、側(cè)窗等。復合材料包括非金屬基復合材料、金屬基復合材料，用于汽車車頂導流板、風擋窗框等車身外裝板件。塑料、橡膠在汽車上的應(yīng)用一些基本概念應(yīng)力和應(yīng)變：當材料受到外力作用，而所處的條件使它不能產(chǎn)生慣性移動時，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種變化就稱為應(yīng)變。材料發(fā)生宏觀的變形時，其內(nèi)部分子間以及分子內(nèi)各原于間的相對位置和距離就要發(fā)生變化，產(chǎn)生了原子間及分子之間的附加的內(nèi)力，抵抗著外力，并力圖恢復到變化前的狀態(tài)，達到平衡時，附加內(nèi)力與外力大小相等，方向相反。定義單位面積上的附加內(nèi)力為應(yīng)力，顯然，其值與單位面積上所受的外力相等。彈性模量：對于理想的彈性固體，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系服從虎克定律，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比例常熟成為彈性模量。可見彈性模量是材料發(fā)生單位應(yīng)變時的應(yīng)力，它表征材料抵抗變形能力的大小，模量愈大，愈不容易變形，表示材料剛度愈大。拉伸強度：是在規(guī)定的試驗溫度、濕度和試驗速度下，在標被試樣上沿軸向施加拉伸裁荷，直到試樣被拉斷為止，斷裂前試樣承受的最大載荷P與試樣的寬度b和厚度d的乘積的比值。σt=P/(bd)沖擊強度：是衡量材料韌性的一種強度指標，表征材料抵抗沖擊載荷破壞的能力。通常定義為試樣受沖擊載荷而折斷時單位截面積所吸收的能量。σi＝W/(bd)硬度：是衡量材料表面抵抗機械壓力的能力的一種指標。硬度的大小與材料的抗張強度和彈性模量有關(guān)，而硬度試驗又不破壞材料、方法簡便，所以有時可作為估計材料抗張強度的一種替代辦法。硬度試驗方法很多，加荷方式有動載法和靜載法兩類，前者用彈性回跳法和沖擊力把鋼球壓入試樣，后者則以一定形狀的硬材料為壓頭，平穩(wěn)地逐漸加荷將壓頭壓入試樣，通稱壓入法，因壓頭的形狀不同和計算方法差異又有布氏、洛氏和邵氏等名稱。布氏硬度試驗是以平穩(wěn)的裁荷將直徑D一定的硬鋼球壓入試樣表面，保持一定時問使材料充分變形，并測量壓入深度h，計算試樣表面凹痕的表面積，以單位面積上承受的載荷(公斤／毫米2)為材料的布氏硬度。熔融指數(shù)：熱塑性樹脂和塑料在規(guī)定溫度、恒定負荷下，熔體在一定時間內(nèi)流過標淮出料?？椎闹亓?。熔觸指數(shù)可作為熱塑性樹脂質(zhì)量控制和熱塑性塑料成型加工工藝條件的參數(shù)。熔融指數(shù)RZ按下式計算：RZ＝600W/t(g/10min)式中W—切取樣條重量的算術(shù)平均值(g)，t—切取樣條時間間隔(s)。2．主要熱塑性塑料的性能與應(yīng)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）、熱固性工程塑料（酚醛樹脂PF、氨基樹脂UF、環(huán)氧樹脂EP等）。主要熱塑性塑料的性能與應(yīng)用材料名稱特征應(yīng)用情況優(yōu)點缺點聚丙烯塑料（PP）剛硬有韌性?？箯潖姸雀?，抗疲勞、抗應(yīng)力開裂質(zhì)輕在高溫下仍保持其力學性能在00耐候性差主要用于通風采暖系，發(fā)動機的某些配件以及外裝件，汽車轉(zhuǎn)向盤，儀表板，前、后保險杠，加速踏板，蓄電池殼，空氣過濾器，冷卻風扇，風扇護罩，散熱器隔柵，轉(zhuǎn)向機套管，分電器蓋，燈殼，電線覆皮等。聚氨酯（PU）耐化學性好、拉伸強度和撕裂強度高、壓縮變形小、回彈性好由于添加增塑劑之類非反應(yīng)性助劑，產(chǎn)品經(jīng)過一定的使用時間之后，隨著助劑的揮發(fā)，其性能有所變化用于制造汽車座墊、儀表板、扶手、頭枕等緩沖材料，保險杠、擋泥板、前端部、發(fā)動機罩等大型部件。聚氯乙烯塑料（PVC）耐化學性，難燃自熄，耐磨，消聲減震，強度較高，價廉熱穩(wěn)定性差，變形后不能完全復原，低溫下變硬用于汽車座墊、車門內(nèi)板及其他裝飾覆蓋件上。聚乙烯（PE）1、密度小2、耐酸堿及有機溶劑3、介電性能很好4、成本低，成型加工方便1、膠結(jié)和印刷困難2、自熄性差用于制造汽車油箱、擋泥板、轉(zhuǎn)向盤、各種液體儲罐、車廂內(nèi)飾件以及襯板等。ABS樹脂（ABS）1、力學性能和熱性能均好，硬度高，表面易鍍金屬2、耐疲勞和抗應(yīng)力開裂、沖擊強度高3、耐酸堿等化學腐蝕4、價格較低5、加工成型、修飾容易1、耐候性差2、耐熱性不夠理想散熱器護柵、駕駛室儀表盤、控制箱、裝飾類、燈殼、嵌條類。外飾件名稱材料前保險杠前保緩沖泡沫PP+EPDM-T10EPP后保險杠后保緩沖墊PP+EPDM-T10PC+PBT左后、右后輪罩擋泥板PP＋SBS左后、右后輪罩護板PP＋EPDM左側(cè)、右側(cè)裙護板PP＋EPDM-T10左前、右前輪罩擋泥板PP＋SBS左前、右前輪罩護板PP＋EPDM散熱隔柵ABS散熱器風扇本體PA66+GF30進氣隔柵PP+EPDM-T30前大燈Base:PP+T20Lens:PC后大燈Base：ABSLensPMMA前霧燈Base:PP+T30Lens:PC內(nèi)飾件儀表板總成PC+ABS骨架+PU發(fā)泡層+PVC/ABS表皮（搪塑）中間風框蓋PC+ABS，仿桃木車速表Base:ABS燈罩:PMMA中間除霜風道PP-T20左右除霜風口ABS左右風道LDPE左右通風管LDPE雙風口PP-T20中間左右風框ABS上下風向葉片ABS上下風向葉片支架POM上下風向葉片連接桿PE左右風向葉片ABS左右風框蓋PC＋ABS儀表擋板本體PC+ABS儀表板左下護板本體PP-T10左下護板泡沫PP發(fā)泡儀表板中間左右護板PP-T10雜物盒本體ABS手套箱箱體、箱蓋PP-T20前后煙灰缸本體PF杯托本體PP-T10副儀表板本體ABS中間通道蓋板本體仿桃木ABS？裝飾皮PVC扶手箱本體HCPP-T10扶手箱上蓋板、內(nèi)蓋板ABS扶手箱外蓋板PP-T20手制動護板PP4空調(diào)總成PP-T40方向盤下護蓋ABS左右腳部通風管PEA柱左、右上護板PP-T20A柱左、右下護板PPB柱上、下護板（左右）PP-T20安全帶調(diào)整滑道擋板PP-T20C柱護板（左右）PP-T20左右A柱隔音塊PUR門內(nèi)護板上板體ABS+TALC10%下板體PP+T10桃木件ABS托盤架PP-T10門扶手基體ABS頂棚PET-GF-PUR-PE行禮箱后裝飾板PP油箱PE轉(zhuǎn)向儲油罐PA66活性碳罐PA6膨脹箱PP關(guān)于前、后保險杠在轎車上保險杠主要分為前保險杠和后保險杠，屬于安全件。在車輛碰撞時起到吸收碰撞能量，降低對人體的傷害程度的作用。在保險杠的性能試驗方面，最主要的是耐侯性能試驗、缺口沖擊強度試驗，落球試驗，整車以9公里時速撞擊時，保險杠能恢復原狀，抗碎石沖擊性能等。保險杠材料的選擇是實現(xiàn)其功能的首要條件。一般采用PP+EPDM(PE)的材料，使保險杠具有一定的彈性，可以吸收部分碰撞能量。前、后保險杠的材料選用PP+PE，其中PE使保險杠具有一定的彈性，保險杠結(jié)構(gòu)分為內(nèi)外兩層，本體＋緩沖器，緩沖器用熱板焊接到本體上。緩沖器采用蜂窩狀結(jié)構(gòu)，使保險杠的緩沖性能發(fā)揮到極限。前保險杠總成重量是9056g，后保險杠總成重量是10332g。前、后保險杠的材料選用PP+EPDM+T15，其中EPDM使保險杠具有一定的彈性，保險杠結(jié)構(gòu)分為內(nèi)外兩層，本體＋緩沖器，考慮到成本，緩沖器結(jié)構(gòu)相當簡單，性能上相對于的要差些。前保險杠總成重量是2976g，后保險杠總成重量是3239g。前、后保險杠的材料選用PP+EPDM+T10，其中EPDM使保險杠具有一定的彈性，保險杠結(jié)構(gòu)分為內(nèi)外兩層，本體＋緩沖器，緩沖器用卡扣聯(lián)接到本體上。前保險杠緩沖器采用中空狀結(jié)構(gòu)，材料為GMT，強度很好，有很好的緩沖性能，但價格昂貴。后保險杠緩沖器也采用中空狀結(jié)構(gòu)，材料為PC+PBT，強度很好，但保險杠的緩沖性能相對來說不如A11。前保險杠總成重量是3900g，后保險杠總成重量是前、后保險杠的重量在整車附件中占有很大的比例，它的重量將會影響到整車的油耗等。因此，在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)不同的材料，選用不同的料厚，達到減輕重量的作用。保險杠的開發(fā)周期為6個月，其中2個月用于設(shè)計，3個月用于開模，1個月用于匹配。保險杠的主要失效模式有開裂，裝配不良，于大燈干涉、設(shè)計工藝性差等。關(guān)于儀表板總成儀表板簡稱I/P（Instrumentpanel）,是汽車內(nèi)飾的重要組成部分。一、材料及工藝重點介紹搪塑工藝：主要優(yōu)點表皮紋理清晰均勻，產(chǎn)品設(shè)計時不用考慮脫模角度，設(shè)計自由度大。1）搪塑模具的制作過程：根據(jù)數(shù)模，加上收縮率，減去皮紋層的厚度，數(shù)控加工出木模―――在木模上貼上皮紋皮（貼皮引起模具上有拼縫）----翻出軟的硅樹脂模（有拼縫）―――翻出硬的樹脂主模型，并手工修掉拼縫―――翻出硅樹脂模―――翻出電極陽模（為了導電，表面噴銀粉，并布置電極）―――電鍍出搪塑模具外殼―――加上支撐，形成搪塑模2）搪塑的工藝流程：首先將堂速模具本體加熱至230－250℃然后將模具與粉箱對合并夾緊（以防粉末露出），模具在上，粉箱在下；模具和粉箱一起旋轉(zhuǎn)至粉箱在上，模具在下，粉箱里的粉末這是落在模具里，在高溫的作用下，緊貼在模具的那一層就融化并相互粘在一起，然后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使得模具的每個角落都有粉末，且融化并粘在一起，直至形成的表皮厚度增加至符合要求為止（一般的PVC的厚度為1.1mm），這時粉箱在下方，剩余的粉末又回到風箱里；模具與粉箱分離，并移到冷卻工位，用水或空氣等對模具進行快速冷卻至60－80℃3）搪塑設(shè)備的分類（按模具的加熱方式分類）1、氣加熱設(shè)備：價格最便宜。它時通過燃燒天然氣或重油產(chǎn)生的熱風來加熱模具。它有一個加熱爐，整個模具置于爐子中加熱。模具的溫度控制較差，成品的合格率低，模具的壽命約為2萬模次；2、油加熱設(shè)備:價格最貴。模具的加熱和冷卻都是通過油來進行的（分別是熱油和冷油），模具各部分的溫度可以根據(jù)需要分別控制，表皮質(zhì)量好，模具的壽命高，約為2.5萬模次，但設(shè)備系統(tǒng)復雜，昂貴。3、沙加熱設(shè)備：價格適中。模具加熱是通過電加熱沙子，沙子與模具背面接觸加熱模具實現(xiàn)的，模具加熱時可以旋轉(zhuǎn)，這時沙子與模具各部分接觸的時間長短可以調(diào)整，即模具各部分的溫度可以根據(jù)需要來調(diào)整，表皮質(zhì)量較好，模具的冷卻是通過水來實現(xiàn)的，冷卻速度較快，模具壽命為1.8－2萬模次。綜合以上幾種工藝，PP注塑工藝主要應(yīng)用于低擋車，價格較便宜，工藝比較簡單，但表面手感不好；麻纖維骨架儀表板優(yōu)點是環(huán)保，但由于韌性不好，容易產(chǎn)生共振響聲，ABS+PC骨架材料各方面性能都比較好，因此大多儀表板的骨架采用這種材料。吸塑PVC/ABS表皮工藝在中低擋轎車中應(yīng)用比較廣泛，搪塑PVC/ABS表皮工藝在中高檔轎車應(yīng)用比較廣泛，因搪塑模具的費用比較高，而且國內(nèi)尚無搪塑模具的制作能力，需在國外開模，因此價格相比其他兩種工藝較貴。儀表板的重量為8.45Kg,S11儀表板的重量為6.7Kg,B11儀表板重量7.5Kg。四、塑料、橡膠常用試驗方法塑料常用試驗方法測試項目標號試驗儀器試驗方法結(jié)果計算備注塑料拉伸試驗方法GBl040—79拉伸試驗機夾具夾持試樣詠要使試樣縱軸與上、下夾具中心連線相重合。并且耍松緊適宜，以防止試樣滑脫和斷在夾具內(nèi)為度，夾持薄膜要求夾具內(nèi)襯墊橡膠之類的彈性材料。按規(guī)定速度開動機器，進行試驗。試樣斷裂后，讀取負荷及標距間伸長，或讀取屈服時的負荷。測定模量時，安裝、調(diào)整測量變形儀器，施加負荷記錄負荷及其相應(yīng)的變形。拉伸強度、拉伸斷裂應(yīng)力、拉伸屈服應(yīng)力，按下式計算：σt＝P/(bd)P—最大載荷、斷裂負荷、屈服負荷，kgf(N)，b－試樣寬度，cmd－試樣厚度，cm斷裂伸長率，按下式計算：εt＝（G－G0）/G0G0—試樣原始標線距離，cm(m)；G—試樣斷裂時標線間距離，cm(m)。塑料簡支梁沖擊試驗方法GBl043—79擺錘式簡支梁沖擊試驗機測量試樣中部的寬度和厚度，缺口試樣應(yīng)測量缺口處的剩余厚度，準確至0.05mm，測量3次取其平均值。根抿試樣破裂所需能量選擇擺錘。檢查及調(diào)整試驗機零點和支點位置。將試樣水平放在支座上，寬面緊貼支座鉛直支承面，缺口面或末加工面背向沖錘，試樣中心或缺口位置應(yīng)與沖錘對準，平穩(wěn)釋放擺錘，由度盤讀取沖擊試樣后所消耗的功。沖擊強度按下式計算：α＝A/bdA—試樣所消耗的功；b—試樣寬度；d—試樣厚度。塑料撕裂強度試驗方法HG2—167—65撕裂強度試驗機測量試樣直角口處的厚度，難確至0.001mm，沿撕裂方向測量3點，求其算術(shù)平均值。將試樣夾在試驗機夾具上，夾入部分不大于22mm，并使試樣受力方向與撕裂方向垂直。試樣破裂后讀取負荷值(kgf)(N)。σtr＝P/dP－試驗破裂時的最大負荷；d－試樣的厚度塑料耐熱性(馬丁)試驗方法GBl035—70馬丁耐熱試驗儀本方法是測定試樣在等速升溫環(huán)境中，在一定靜彎曲力矩的作用下，達到一定彎曲變形時的溫度，以示耐熱性。安裝試樣于垂直方向，并使橫桿處于水平位置，試樣彎曲有效長度為56mm，鼓風，升溫，當每一試樣的變形指示器下降6mm時，記錄兩支溫度計數(shù)，取其算術(shù)平均值。試驗結(jié)果以每組試樣的算術(shù)平均值表示熱塑性塑料軟化點(維卡)試驗方法GB1633—79軟化點(維卡)試驗裝置本方法是測定熱塑性塑料于液休傳熱介質(zhì)中，在一定的負荷、一定的等速升溫條件下，試樣被lmm2壓針頭壓入1mm時的溫度。材料的軟化點(維卡)以兩個試樣的算術(shù)平均值表示塑料彎曲負載熱變形溫度試驗方法GB1634—79熱變形溫度試驗裝置本方法是測定塑料試洋浸在一種等速升溫的合適液體傳熱介質(zhì)中，在簡支梁式的靜彎曲負載作用下，試樣彎曲變形達到規(guī)定值時的溫度。材料的熱變形溫度值以同組試樣算術(shù)平均值表示塑料熔融指數(shù)試驗方法HG2—1171—77熔融指數(shù)儀本方法是測定熱塑性樹脂和塑料在規(guī)定溫度、恒定負荷下，熔體在一定時間內(nèi)流過標淮出料?？椎闹亓?。熔觸指數(shù)可作為熱塑性樹脂質(zhì)量控制和熱塑性塑料成型加工工藝條件的參數(shù)。熔融指數(shù)RZ按下式計算：RZ＝600W/t(g/10min)式中W—切取樣條重量的算術(shù)平均值(g)，t—切取樣條時間間隔(s)。塑料邵氏硬度試驗方法HG2—152—65邵氏硬度計本方法系測定試樣在一定負荷和標準壓印器作用下的硬度值。試驗結(jié)果以所有測定位的算術(shù)平均值和最大最小值表示橡膠常用試驗方法測試項目標號試驗儀器試驗方法結(jié)果計算備注硫化橡膠和熱塑性橡膠拉伸性能的測定GB/T528-92拉力試驗機、裁刀、錐形測徑計、厚度計將啞鈴狀試樣勻稱地置于上、下夾持器上，調(diào)節(jié)夾持器移動速度，開動試驗機，拉伸試樣并跟蹤試樣的標記，記錄數(shù)據(jù)TS＝F/(Wb)TS－拉伸強度，Mpa；F－試樣拉伸至斷裂過程中出現(xiàn)的最大力值，N；W－試樣狹小平行部分的寬度，mm；B－試樣的厚度，mm。硫化橡膠邵爾A硬度試驗方法GB/T531-92邵爾A型硬度計試樣的每一點只準測量一次，測量點間的距離不小于6mm，與試驗邊緣的距離不小于12mmF＝550＋75HF－對硬度計所施加的力，mN；550－壓針未壓入試樣時(硬度計指零時)彈簧的力；75－硬度計每1度所對應(yīng)的力；HA－邵爾A型硬度計指示的度數(shù)。硫化橡膠密度的測定GB/T533-91分析天平、天平盤跨架、燒杯、密度瓶A法：稱量試樣在空氣中的質(zhì)量m1，稱量試樣在水中的質(zhì)量m2B法：稱量密度瓶的質(zhì)量m1，稱量密度瓶和試樣的質(zhì)量m2，將試樣裝入密度瓶內(nèi)，注滿蒸餾水，稱其質(zhì)量m3，將瓶子倒空，重新注滿蒸餾水，稱其質(zhì)量m4A：ρ＝m1ρ0/(m1-m2)B：ρ＝(m2-m1)ρ0/((m4-m3)+(m2-m1))硫化橡膠低溫脆性的測定GB/T1682-94單試樣脆性試驗機調(diào)節(jié)介質(zhì)到所需溫度，將試樣冷凍3min，提起試樣，用沖擊器沖擊試樣，通過反復試驗，確定至少兩個試樣不破壞的最低溫度和至少一個試樣破壞的最高溫度，如果兩者相差不大于10試驗出現(xiàn)破壞的最高溫度，即該試驗品的脆性溫度硫化橡膠在常溫和高溫下的壓縮應(yīng)力松弛的測定GB1685-82橡膠壓縮應(yīng)力松弛儀準備三個試樣放入夾具，壓縮到規(guī)定的壓縮率，在30min后測量壓縮力，測完后，將壓縮試樣置于規(guī)定溫度的恒溫箱中，放置一定時間后，取出在試驗溫度下冷卻2h，測量松弛后每個試樣的壓縮力K=Ft/F0K－應(yīng)力松弛系數(shù)；Ft－試樣在恒溫箱中放置t小時后的壓縮力；F0－試樣的初始壓縮力，即試樣壓縮30min測定的壓縮力硫化橡膠伸張疲勞的測定GB1688-86疲勞試驗機將一組試樣整齊地夾入試驗機的上、下夾持器中，調(diào)整完畢后開動試驗機，記錄每個試樣的斷裂次數(shù)Kp＝Z2/Z1Kp－伸張疲勞系數(shù)；Z2—伸張疲勞后拉伸性能測定值；Z1－伸張疲勞前拉伸性能測定值硫化橡膠耐磨性能的測定GB1689-82阿克隆磨耗機把粘好試樣的膠輪固定在回轉(zhuǎn)軸上，開動電機，使膠輪按順時針方向旋轉(zhuǎn)，預磨15～20min取下用天平稱量后，再固定進行試驗，里程為1.61km，試驗完后1h內(nèi)測量V=(g1-g2)/ρV－試樣磨損體積，g；g1、g2－試樣前后的質(zhì)量硬質(zhì)橡膠抗沖擊強度試驗方法GB1697-82擺錘式?jīng)_擊試驗機試驗機調(diào)零，將試樣緊密地橫放在試驗機的支點上，并釋放擺錘，使其沖擊試樣的寬面，擺錘沖擊后回彈，使擺錘停止擺動，并立即記下指示值。每個試樣只能受一次沖擊，如試樣未斷，更換較大能量的擺錘。r=A/(bdL)r－試樣抗沖擊強度；A－擊斷試樣后指針所指的刻度，kgf.cm；b－試樣的寬度，cm；d－試樣的厚度，cm；L－支點間的距離，cm硬質(zhì)橡膠耐熱試驗方法GB1699-82硬質(zhì)橡膠耐熱試驗器把試樣垂直地夾于夾持器上，并使杠桿處于平衡狀態(tài)，試樣在試驗溫度