汽车用非金属材料性能及应用

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汽车用非金属材料性能及应用

一、 非金属材料分类及在汽车上的应用概述

汽车工程材料包括金属材料和非金属材料。其中金属材料包括黑色金属和有色金属；非金属材料包括高分子材料、陶瓷材料、复合材料。

高分子材料又分为工程塑料、合成纤维、橡胶、胶粘剂、涂料。工程塑料主要指强度、韧性和耐磨性较好的，具有价廉、耐蚀、降噪、美观、质轻等特点，可用于汽车保险杠、汽车内饰件、高档车用安全玻璃、仪表板等零部件。合成纤维是指单体聚合而成具有很高强度的高分子材料，如尼龙、聚酯等，用于汽车座垫、安全带、内饰件等。橡胶具有高的弹性和回弹性，一定的强度，优异的抗疲劳，良好的耐磨、绝缘、隔声、防水、缓冲、吸振等特点，用于制造汽车的轮胎、内胎、防振橡胶、软管、密封带、传动带等零部件。各种胶粘剂起到粘结、密封等作用。涂料对车身的防锈、美化及商品价值有不可忽视的作用。

陶瓷材料分为陶瓷、玻璃，陶瓷用于制造火花塞、传感器等；玻璃用于制造汽车前后门窗、侧窗等。

复合材料包括非金属基复合材料、金属基复合材料，用于汽车车顶导流板、风挡窗框等车身外装板件。

二、 塑料、橡胶在汽车上的应用 1． 一些基本概念

应力和应变：当材料受到外力作用，而所处的条件使它不能产生惯性移动时，它的几何 形状和尺寸将发生变化，这种变化就称为应变。材料发生宏观的变形时，其内部分子间以及分子内各原于间的相对位置和距离就要发生变化，产生了原子间及分子之间的附加的内力，抵抗着外力，并力图恢复到变化前的状态，达到平衡时，附加内力与外力大小相等，方向相反。定义单位面积上的附加内力为应力，显然，其值与单位面积上所受的外力相等。

弹性模量：对于理想的弹性固体，应力与应变关系服从虎克定律，即应力与应变成正比，比例常熟成为弹性模量。可见弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗变形能力的大小，模量愈大，愈不容易变形，表示材料刚度愈大。

拉伸强度：是在规定的试验温度、湿度和试验速度下，在标被试样上沿轴向施加拉伸裁荷，直到试样被拉断为止，断裂前试样承受的最大载荷P与试样的宽度b和厚度d的乘积的比值。σt=P/(bd)

冲击强度：是衡量材料韧性的一种强度指标，表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力。通常定义为试样受冲击载荷而折断时单位截面积所吸收的能量。σi＝W/(bd)

硬度：是衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标。硬度的大小与材料的抗张强度和弹性模量有关，而硬度试验又不破坏材料、方法简便，所以有时可作为估计材料抗张强度的一种替代办法。硬度试验方法很多，加荷方式有动载法和静载法两类，前者用弹性回跳法和冲击力把钢球压入试样，后者则以一定形状的硬材料为压头，平稳地逐渐加荷将压头压入试样，通称压入法，因压头的形状不同和计算方法差异又有布氏、洛氏和邵氏等名称。布氏硬度试验是以平稳的裁荷将直径D一定的硬钢球压入试样表面，保持一定时问使材料充分变形，并测量压入深度h，计算试样表面凹痕的表面积，以单位面积上承受的载荷(公斤／毫米2)为材料的布氏硬度。

熔融指数：热塑性树脂和塑料在规定温度、恒定负荷下，熔体在一定时间内流过标淮出料模孔的重量。熔触指数可作为热塑性树脂质量控制和热塑性塑料成型加工工艺条件的参

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数。熔融指数RZ按下式计算：RZ＝600W/t(g/10min) 式中 W—切取样条重量的算术平均值(g)，t—切取样条时间间隔(s)。

2．主要热塑性塑料的性能与应用

常用工程塑料包括热塑性工程塑料（PE、PP、PVC、ABS、PS、PA、POM、PC等）、 热固性工程塑料（酚醛树脂PF、氨基树脂UF、环氧树脂EP等）。

主要热塑性塑料的性能与应用 材料名称 聚丙烯塑料（PP） 优点 1． 刚硬有韧性。抗弯强度高，抗疲劳、抗应力开裂 2． 质轻 3． 在高温下仍保持其力学性能 特征 缺点 1． 在00C以下易变脆 2． 耐候性差 主要用于通风采暖系，发动机的某些配件以及外装件，汽车转向盘，仪表板，前、后保险杠，加速踏板，蓄电池壳，空气过滤器，冷却风扇，风扇护罩，散热器隔栅，转向机套管，分电器盖，灯壳，电线覆皮等。 聚氨酯（PU） 耐化学性好、拉伸强度和撕裂强度高、压缩变形小、回弹性好 由于添加增塑剂之类非反应性助剂，产品经过一定的使用时间之后，随着助剂的挥发，其性能有所变化 聚氯乙烯塑料（PVC） 耐化学性，难燃自熄，耐价廉 聚乙烯（PE） 1、密度小 2、耐酸碱及有机溶剂 3、介电性能很好 4、成本低，成型加工方便 ABS树脂（ABS） 1、力学性能和热性能均好，硬度高，表面易镀金属 2、耐疲劳和抗应力开裂、冲击强度高 3、耐酸碱等化学腐蚀 4、价格较低 5、加工成型、修饰容易 丙烯酸树脂（PMMA） 光学性极好，耐候性好，比无机玻璃易划能耐紫外线和耐日光老化 聚酰胺（PA） 高强度和良好的冲击强度；耐蠕变性好和疲劳强吸水性大，在干燥环境下冲击强度用于制造燃烧油过滤器、空气过滤器、机油过滤器、水泵壳、水伤，不耐有机溶剂 灯玻璃类。 1、耐候性差 2、耐热性不够理想 散热器护栅、驾驶室仪表盘、控制箱、装饰类、灯壳、嵌条类。 热稳定性差，变形低温下变硬 1、胶结和印刷困难 2、自熄性差 用于制造汽车油箱、挡泥板、转向盘、各种液体储罐、车厢内饰件以及衬板等。 用于汽车座垫、车门内板及其他装饰覆盖件上。 用于制造汽车座垫、仪表板、扶手、头枕等缓冲材料，保险杠、挡泥板、前端部、发动机罩等大型部件。 应用情况 磨，消声减震，强度较高，后不能完全复原，--

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度高；耐石油、润滑油和许多化学溶剂与试剂；耐磨性好 聚甲醛（POM） 抗拉强度较一般尼龙高，没有自熄性；成型耐疲劳，耐蠕变；尺寸稳定性好；吸水性比尼龙小；介电性好；可在1200C正常使用；摩擦系数小；弹性极好 聚碳酸酯（PC） 抗冲击强度高，抗蠕变性能好；耐热性好，脆化温度低，能抵制日光、雨淋和气温变化的影响；化学性能好，透明度高；介电性能好；尺寸稳定性好 耐溶剂性差；有应力开裂现象；疲劳强度差 保险杠、刻度板、加热器底板等。 收缩率大 各种阀门（排水阀门、空调器阀门等）、各种叶轮（水泵叶轮、暖风器叶轮、油泵轮等）、各种电器开关及电器仪表上的小齿轮、各种手柄及门销等。 降低 泵叶轮、风扇、制动液罐、动力转向液罐、白叶窗等。 3．橡胶应用简介

常用橡胶包括天然橡胶、合成橡胶（SBR、BR、CR、IR、IIR、NBR、ERM、EPRM、 ACM、AUEU等）。

轮胎：载重汽车的生胶以天然橡胶为主，轿车轮胎则以合成橡胶为主。

车用胶管包括水、气、燃油、润滑油、液压油等的输送管通常采用丁腈橡胶、氯丁橡胶 等材料制造。

车用胶带多用氯丁橡胶制造。

车用橡胶密封件多用丙烯酸酯橡胶、硅橡胶等材料制造。门窗玻璃密封件多采用乙丙橡 胶制造。

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三、1用非金属材料分类（主要为塑料类）

A用非金属材料分类（主要为塑料类）

应用情况 材料名称 聚丙烯（PP） 副仪表板板体、副仪表板盖板、ABC柱护板、行李箱饰板、行李箱后装饰板、前后保险杠（PP＋PE），前灯基体、轮罩挡泥板（PP＋EPDM）、侧裙护板（PP＋EPDM）、乘客扶手、遮阳板本体、安全带调整滑道挡板、杂物箱、两风口、进气格栅（PP-PE）、前扰流板（PP－EPDM－PE） 门槛压板、行李箱后装饰板、门槛压板、方向盘下护盖、前风挡发动机左右下托盖、司机侧脚踏板、ABC柱护板、安全带调整滑道挡板、杯托、挡泥板（PP＋SBS）、轮罩护板（PP＋EPDM）、侧裙护板（PP＋EPDM）、扶手箱本体（HCPP）、扶手箱外盖板、下装饰条、司机侧脚踏板、后背门护板、门内护板本体、装饰条本体（PP＋EPDM）、前后保险杠（PP＋EPDM）、进气格栅（PP－EPDM）、侧裙护板（PP＋EPDM）、轮罩护板（PP＋EPDM）、ABC柱护板、轮罩装饰板、左右扬声器面罩总成、后扶手箱下盖板、双风口总成、通风框总成、左右前轮罩护板中间除霜风道、手套箱箱座、（PP+EPDM） 箱体、左右风门、门内护板下板体、托盘架、前后保险杠、进气格栅、门下装饰条 丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS） 仪表板仿桃木分（ABS/PC）、空调出风口、导流槽、门槛压板、前风挡下饰板（ABS/PP）、后车灯基体、前隔栅、换档机构护板（ABS/PA）、CAC标牌（ABS/PC） 烟灰缸缸座、副仪表板本体、后扰流板总成、后视镜本体总成、盖板板体、扶手箱内饰板、扶手箱中盖板本体、风框、左右风向叶片、门内护板上板体 散热器隔栅本体、扶手基体 聚乙烯（PE） 油箱、单风管，左右前座椅装饰盖 右风道总成（LDPE）、左右通风管总成、上下风向叶片连接杠、左右脚通风口总成 聚氨酯方向盘、座椅拉杆、座椅靠背泡沫、海绵垫、单风口密封垫、两风口密封垫 隔音块 （PUR） 有机玻璃（PMMA） 聚碳酸酯（PC） 后车灯灯罩，前方向灯灯罩 前灯灯罩，左右轮罩护板（PC/PB） 仪表挡板本体（PC＋ABS）、 左右风框盖、中间风框盖（PC＋ABS）、后保险杠缓冲垫 聚甲醛扬声器面罩 上下风向叶片支架 升降器摇把总成 （POM） 尼龙（PA） 动力转向油罐、杂物箱旋转手柄 --

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主要非金属件总结 名称 前保险杠 前保缓冲泡沫 后保险杠 后保缓冲垫 左后、右后轮罩挡泥板 左后、右后轮罩护板 左侧、右侧裙护板 外饰件 左前、右前轮罩挡泥板 左前、右前轮罩护板 散热隔栅 散热器风扇本体 进气隔栅 前大灯 后大灯 前雾灯 仪表板总成 中间风框盖 车速表 中间除霜风道 左右除霜风口 左右风道 左右通风管 双风口 中间左右风框 上下风向叶片 上下风向叶片支架 内饰件 上下风向叶片连接杆 左右风向叶片 左右风框盖 仪表挡板本体 仪表板左下护板本体 左下护板泡沫 仪表板中间左右护板 杂物盒本体 手套箱箱体、箱盖 材料 PP+EPDM-T10 EPP PP+EPDM-T10 PC+PBT PP＋SBS PP＋EPDM PP＋EPDM-T10 PP＋SBS PP＋EPDM ABS PA66+GF30 PP+EPDM-T30 Base:PP+T20 Lens:PC Base：ABS Lens PMMA Base:PP+T30 Lens:PC PC+ABS骨架+PU发泡层+PVC/ABS表皮（搪塑） PC+ABS，仿桃木 Base: ABS 灯罩:PMMA PP-T20 ABS LDPE LDPE PP-T20 ABS ABS POM PE ABS PC＋ABS PC+ABS PP-T10 PP发泡 PP-T10 ABS PP-T20 --