金属材料第五单元课件.ppt

1、第五单元高分子材料 主编课题一塑料 塑料作为现代生活的必需品，在汽车上的应用十分广泛。塑料主要用于汽车内的内饰件上，如仪表板、反光镜座等。塑料除了给人良好的手感外，还有可塑性强等优点。为了满足汽车的使用要求，不同部位的塑料件的性能特点也各不相同。在选配汽车塑料时，要根据具体的使用要求和塑料材料的性能，合理选择。一、塑料的组成 塑料是以有机合成树脂为主要成分，加入多种起不同作用的添加剂，经过加热、加压而制成的产品。1.合成树脂 合成树脂是由低分子化合物经聚合反应而获得的高分子化合物。树脂受热时可软化，在塑料中起着粘结作用。树脂的种类、性能及加入量对塑料的性能起着决定性作用，因此大多数塑料就是以所

2、用树脂来命名的。如聚氯乙烯塑料就是以聚氯乙烯树脂为主要成分的塑料。有些合成树脂可以直接用作塑料，如聚乙烯、聚苯乙烯等。在工程塑料中，合成树脂约占40100。2.添加剂 添加剂是指为了改善或弥补塑料的某些物理、化学、力学或工艺性能而特别加入的助剂。常用的添加剂有填充剂、增塑剂、稳定剂、固化剂、润滑剂、着色剂、阻燃剂等。二、塑料的特点 塑料与其他工程材料相比，其主要优点是质量轻、成型好、可制造复杂形状，加工成本低、耐蚀性好、绝缘性好、热膨胀系数大、吸振性能高、着色自由，并可进行二次加工(如着色、光亮处理、涂装、浮雕)等。塑料的缺点是强度低、耐热性能差、易老化、耐疲劳性差、尺寸不稳定、废弃处理困难等

3、。三、工程塑料的分类塑料品种很多，分类方法也不相同，常见有以下两种分类方法。1.按合成树脂性能分按合成树脂性能分为热塑性塑料和热固性塑料。(1)热塑性塑料热塑性塑料受热后软化，可塑造成型，冷却后变硬；当再次受热时又可软化，冷却可再变硬，多次重复。这类塑料的优点是加工成型方便，生产周期短，并可回收再利用，但耐热性和刚度较差。(2)热固性塑料热固性塑料在一定条件下(加热、加压)会发生化学反应，经过一段时间固化为坚硬制品，固化后不能再通过加热使其软化、溶解。这类塑料的优点是刚度和耐热性较高，受热不变形；但生产周期长，力学性能不高，且废旧塑料不能回收利用。2.按使用范围分按使用范围可分为通用塑料和工程

4、塑料两大类。(1)通用塑料通用塑料又称常用塑料，是指应用范围广、产量大、生产成本低的日用和农用塑料。主要有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、氨基塑料、酚醛塑料等。(2)工程塑料工程塑料是工程结构或设备中使用的塑料。一般力学性能较好，且耐高温、耐辐射、耐腐蚀，电绝缘性能好，因而可代替金属制作某些结构件。这类塑料主要有聚酰胺(尼龙)、聚碳酸酯、ABS、聚甲醇等。四、汽车上常用的工程塑料随着汽车向家庭化、舒适化的方向发展，汽车用塑料也从最初单纯用于制造电器绝缘件和转向盘等零件的热固型树脂等少数几个品种迅速增加到内饰件用PVC(聚氯乙烯)、车顶棚用PUR(聚氨酯填充树脂)、车身覆盖件用PC(聚碳酸酯)、燃油箱

5、用PP(聚丙烯)等几十种。其中，热塑性塑料占有很高的比例。1994年西欧轿车用热塑性塑料用量为1200kt，2000年这一用量已突破1700kt。而这其中，PP(聚丙烯)用量占热塑性塑料的42，它被广泛用于保五、废旧塑料回收与利用废旧塑料通常以填埋或焚烧的方式处理。焚烧会产生大量的有毒气体而造成二次污染。填埋会占用较大空间，塑料自然降解需要百年以上，且析出的添加剂会污染土壤和地下水等。因此，废塑料处理技术的发展趋势是回收利用，但目前废塑料的回收和再生利用率低，技术手段还不够完善。课题二橡胶橡胶是一种具有高弹性的高分子材料。由于它具有高弹性、优良的伸缩性、减振性、绝缘性、耐磨性、隔音性，因此，广

6、泛应用于制造密封件、减振件、传动件、绝缘件及轮胎等。橡胶在工业生产中有着重要的地位，是一项重要的工业材料。橡胶的主要缺点是易老化，耐油能力差。一、橡胶的组成橡胶是以生胶为原料，加入适量的配合剂，经硫化以后得到的一种高分子材料。1.生胶生胶按其来源分为天然橡胶与合成橡胶。(1)天然橡胶天然橡胶是将橡胶树流出的胶乳，经过凝固、干燥，加压等工序制成的片状固体物，主要成分为异戊二烯。(2)合成橡胶合成橡胶是以石油、天然气、煤等为原料，通过化学合成的方法制成的与天然橡胶性能相似的高分子材料。2.配合剂配合剂是为了提高和改善橡胶的性能而加入的物质。常用的配合剂及主要作用如下：(1)硫化剂是为了改善橡胶分子

7、结构，提高橡胶的力学性能，克服因温度升高而变软、发粘的缺点。因此，橡胶制品只有硫化后才可使用。常用的硫化剂有硫磺、氧化硫等。(2)促进剂促进剂起加速硫化过程、缩短硫化时间的作用。常用的促进剂有氧化锌、氧化铝、氧化镁以及醛胺类有机化合物等。(3)填充剂填充剂的作用是为了增加橡胶的强度并降低生产成本。常用的填充剂有石墨、氧化镁、滑石粉等。(4)补强剂补强剂用于提高橡胶的力学性能和耐磨、耐撕裂性能，常用的补强剂有炭黑、氧化硅、滑石粉等。(5)软化剂软化剂能提高橡胶的柔软性和可塑性。(6)防老剂防老剂的作用是防止橡胶老化。除此之外，还有发泡剂和着色剂等。二、常用橡胶生产中常用的橡胶材料有天然橡胶、合成

8、橡胶和再生胶。1.天然橡胶天然橡胶材料是指以天然橡胶为生胶制成的橡胶材料，代号为NR。天然橡胶属于通用橡胶，它具有优良的弹性，弹性温度范围为70130；具有较高的强度和优异的抗疲劳性、耐磨性、耐寒性、防水性、减振性、绝热性和电绝缘性，具有良好的加工性能。其缺点是耐老化性和耐候性差，耐油性和耐溶剂性较差，易溶于汽油和苯类等溶剂，易受强酸侵蚀，且易自燃。2.合成橡胶由于资源数量的限制，天然橡胶的产量远远不能满足工业生产的需要，因而合成橡胶得到了发展。早在1914年就制造出了合成橡胶。随着石油工业的迅速发展，合成橡胶原料来源丰富、成本低廉，产量也已超出天然橡胶。合成橡胶在各行各业得到了广泛的应用，也

9、是汽车工业的一种重要的材料。合成橡胶的种类繁多，主要分为通用合成橡胶和特种合成橡胶。通用合成橡胶的主要品种有丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、乙丙3.再生胶 再生胶是将硫化胶的边角废料和废旧橡胶制品经过粉碎、化学物理方法加工后，去掉硫化胶的弹性，恢复塑性和粘性，可以重新再硫化的橡胶。再生胶对于环保和生产资料的再利用有着重要的意义。再生胶的强度低，硫化速度快，操作比较安全，并有良好的耐老化性，加工容易，成本低廉。三、橡胶制品在汽车上的应用 橡胶是汽车上使用的一种重要材料。橡胶材料在汽车用非金属材料中占有重要地位，是其他材料难以替代的。每辆汽车有数百个橡胶件，总重达几十千

10、克，约占整车自重的36。汽车橡胶制品主要分布在汽车车身、传动系统、转向系统、悬架系统、制动系统和电器仪表等系统内。车用橡胶品种有天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁酯橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶和丁基橡胶等。1.轮胎 汽车轮胎是汽车上橡胶用量最大的橡胶零件，轮胎约占汽车橡胶件总重的70。轮胎是装在汽车车轮辋上与地面相接触的环状弹性体。制造轮胎的主要材料有生胶(包括天然橡胶、合成橡胶、再生胶)、骨架材料(即纤维材料、人造丝、尼龙、聚酯、玻璃纤维、钢丝等)以及炭黑等。轮胎的外胎普遍使用天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶等。内胎一般用气密性好的材料来制造，如丁基橡胶。2.密封制

11、品 汽车上使用的橡胶密封制品主要包括油封件、密封条、密封圈、皮碗、防尘罩、衬垫等。根据使用环境的不同，要求这类橡胶制品应有良好的密封性能，耐油及各种化学试剂、耐老化、耐热、耐寒、耐臭氧、耐磨及高强度和永久压缩变形小等特性。3.胶管 每辆汽车中所用的胶管有几十种，总长约30m，用胶量达到20kg以上。汽车中所用的橡胶材料有天然橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、丙烯酸酯橡胶等。胶管按结构可分为纯胶管、夹布胶管和编织胶管；按其耐压性能分为低压管、高压管和真空管。胶管一般用在汽车上的燃油、制动、冷却、空调等系统中。耐油软管主要有汽油软管、柴油软管、机油软管等。4.胶带 车用胶带主要是V带。通常V

12、带有三种，即包括V带、切割V带和多楔V带，以切割V带为多。切割V带两侧没有包布，屈挠性好，摩擦因数大，具有受力大、线速高、散热性及耐疲劳性良好和节能等特点。常用的胶种有NBR和CR等。5.减振块 减振块主要用在汽车发动机、底盘等部件上，用来防止和降低汽车行驶中的振动和噪声。每辆车上使用的减振块有几十种，按其材料的组合形式可分为纯橡胶制品、塑料橡胶复合制品及金属橡胶复合制品。一辆车上减振块的用量最多可达15kg左右，使用的材料有天然橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、丁腈橡胶等。课题三胶粘剂 工程上借助一种材料在固体表面上产生粘合力将材料牢固地连接在一起的方法叫胶结。所用的材料称为胶粘剂(又称粘合剂或粘

13、结剂)。胶结的特点是：接头处应力分布均匀，接头的密封性、绝缘性及耐蚀性好，适用性强，而且操作简单，成本低。它是与焊接、铆接、螺栓联接等传统的连接形式并驾齐驱的一种连接方式。它具有快速、牢固、密封、经济、节能等优点，在某种场合下所发挥的作用是传统的连接方式所无法取代的，因而在工业中得到广泛应用。一、胶粘剂的组成 胶粘剂也是一种高分子材料。胶粘剂分为天然胶粘剂、合成胶粘剂和无机胶粘剂三大类。天然胶粘剂是用动、植物胶液制成，粘合能力、耐水性差。目前工业上使用的胶粘剂多是合成胶粘剂。合成胶粘剂是由基料(环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、氯丁树脂和丁腈橡胶等)、固化剂、增塑剂、增韧剂、填料、稀释剂、稳定剂

14、等及其他敷料配制而成。合成胶粘剂按照基料的组成不同分为树脂型胶粘剂、橡胶型胶粘剂和混合型胶粘剂。二、胶粘剂的选用 胶粘剂的种类繁多，组成各异，常按基料的化学成分来区分。在实际工作中经常会遇到各种各样的被胶接材料，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，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。选择胶粘剂时，应根据被粘结材料、受力条件及工作环境等具体情况来合理地选用。三、胶粘剂在汽车上的应用 胶粘剂和密封胶在汽车工业中是粘接各种零件和防漏的重要材料。它在汽车的防振、隔热、防漏、防松和降噪等方面起着重要的作用。每辆汽车上胶粘剂和密封胶的用量可达几十千克。胶粘剂在汽车上的应用范围十分广泛，其典型胶结部位如图5-1所示。图中各胶结部位与胶粘剂及密封胶的种类见表5-6、表5-7。