汽车材料（第3版）课件：玻璃及橡胶制品

汽车材料（第3版）

玻璃及橡胶制品玻璃的分类汽车用玻璃橡胶特性及常用橡胶第一节第二节第三节汽车橡胶制品第四节１.理解汽车对玻璃的性能要求。２.了解汽车安全玻璃的种类及新型的玻璃材料。３.理解汽车对橡胶材料的性能要求。４.了解汽车上的橡胶制品应用状况。５.掌握汽车橡胶管、橡胶带、橡胶密封件的种类、用途、结构、规格及原理。学习目标第一节玻璃的分类

一、玻璃概述玻璃是指由熔融物通过一定方式冷却后，因黏度增加而具有固体的力学性质与一定结构特征的非晶形物体。玻璃主要由二氧化硅(ＳｉＯ２)和各种金属氧化物组成，其化学组成为Ｒ２Ｏ.ＲＯ.６ＳｉＯ２，其中Ｒ２Ｏ代表一价金属氧化物、ＲＯ代表二价金属氧化物，如Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＢａＯ、ＺｎＯ和ＰｂＯ等。由于形成玻璃的主要金属氧化物不同，所以玻璃又分为石英玻璃(含ＳｉＯ２为１００％)、硅酸盐玻璃(基本结构是ＳｉＯ２)、硼酸盐玻璃(基本结构为Ｂ２Ｏ３)、磷酸盐玻璃(基本结构为Ｐ２Ｏ５)及其他结构的玻璃。第一节玻璃的分类二、玻璃的分类１.按照化学成分分类(１)钠玻璃。钠玻璃的主要成分是Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２和ＣａＯ，也把钠玻璃称为钠￣钙￣硅酸盐玻璃(简称钠钙玻璃)。钠玻璃的软化点较低，易于熔制，但由于所含杂质多，制品多带有绿色，其力学性能、热性能、光学性能及化学稳定性较差，多用于制造普通的建筑玻璃及日用玻璃制品。(２)钾玻璃。钾玻璃的主要成分是Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＣａＯ和ＳｉＯ２，又称钾￣钙￣硅酸盐玻璃。其特点是硬而有光泽，多用于制作化学仪器用具及高级玻璃制品。(３)铅玻璃。铅玻璃的主要成分是ＰｂＯ、Ｋ２Ｏ和ＳｉＯ２。这类玻璃的特点是具有鲜明的色彩与美丽的光泽，质软而易加工第一节玻璃的分类(４)硼玻璃。硼玻璃的主要成分是Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２和ＭｇＯ，又称为硅酸硼或硼￣硅酸盐玻璃。硼玻璃具有较好的光泽和透明度，较高的力学性能、耐热性、绝缘性和较好的化学稳定性，用于制造化工仪器、绝缘材料和耐热玻璃。(５)铝镁玻璃。铝镁玻璃又称钠￣钙￣铝￣镁硅酸盐玻璃，主要成分为ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＯ和Ｎａ２Ｏ，其软化点低，力学性质、光学性质和化学稳定性比普通玻璃有所提高，常用于制造高级建筑玻璃.(６)石英玻璃。石英玻璃又称水晶玻璃，为１００％的ＳｉＯ２，由单纯石英原料或人工合成的纯ＳｉＯ２作为原料熔炼而成。第一节玻璃的分类(７)高硅氧玻璃。高硅氧玻璃是指ＳｉＯ２含量在９５％以上的玻璃，又称９６％ＳｉＯ２玻璃.２.按照性质和用途分类(１)建筑玻璃。建筑玻璃中主要是平板玻璃，包括商用平板玻璃、镜用平板玻璃等。(２)技术玻璃。技术玻璃包括光学玻璃、仪器玻璃、玻璃器具及设备和特种技术玻璃(如导电玻璃、磁性玻璃、荧光玻璃等)。(３)日用玻璃。日用玻璃主要包括瓶罐玻璃、器皿玻璃、装饰玻璃制品等。(４)玻璃纤维。(５)汽车玻璃。汽车玻璃主要有前风窗玻璃、侧面玻璃和后车窗玻璃等第二节汽车用玻璃一、汽车用玻璃的使用要求及发展汽车玻璃经历了由平板型向曲面型、普通型向强化型、全钢化向局部钢化、钢化玻璃向夹层玻璃、三层夹层向多层夹层、功能化玻璃等发展过程。２０世纪５０年代初期，当时汽车制造商大都使用普通平板玻璃和热弯玻璃作为汽车用玻璃，引发了无数次交通事故，而且在玻璃破碎时，碎片像锋利的刀一样，造成大量的人身伤亡。２０世纪５０年代后期开始使用全钢化玻璃作为前风窗玻璃，可是后来发现一旦玻璃破碎，全钢化玻璃的碎片不能保证驾驶员的视野，而且小颗粒碎片会对眼睛造成严重伤害，致使驾驶员不能有效地采取制动措施，导致二次事故的发生。到了２０世纪６０年代，国外规定了前风窗玻璃破碎时驾驶员要有一定的视野，不得使用全钢化玻璃作为风窗玻璃，大大减少了因玻璃而引起的人身伤亡。第二节汽车用玻璃二、汽车用玻璃的种类、特点１.汽车用玻璃的种类汽车用玻璃分为安全玻璃、夹层玻璃、钢化玻璃、有色玻璃、区域钢化玻璃。(１)安全玻璃。汽车用安全玻璃是由无机材料或无机与有机复合材料所构成的产品，应用于车辆时，可以减少车祸中严重伤人的危险，对其可见性、强度和耐磨性都有规定。(２)夹层玻璃。夹层玻璃用于制造各种风窗玻璃。这种玻璃是由两片很薄的玻璃片中间夹着一块塑料膜片或数层黏结剂黏结在一起的玻璃制品。这类玻璃破碎时，中间的塑料能够粘住碎玻璃，可防止碎玻璃引起的伤害。(３)钢化玻璃。第二节汽车用玻璃(４)有色玻璃。有色玻璃是一种特殊的玻璃。夹层玻璃和钢化玻璃都有有色玻璃。有色夹层玻璃是加入了一种微绿的乙烯基材料，这种材料能够吸收大量的阳光。(５)区域钢化玻璃。它是分区域控制钢化程序的钢化玻璃，一旦破坏，总体上符合安全玻璃对所裂碎片的要求，即当突然受到外力作用使玻璃破碎时，有的部分碎片大，有的部分碎片小。２.汽车用玻璃的特点(１)钢化玻璃和区域钢化玻璃。钢化玻璃是采用平板玻璃或浮法玻璃经过二次加工而成的一种高强度玻璃。按照加工方法的不同，分为物理钢化玻璃和化学钢化玻璃两种类型，作为汽车玻璃的都是物理钢化玻璃。第二节汽车用玻璃(２)夹层安全玻璃：汽车用夹层玻璃通常由三层组成，即玻璃、中间的加强膜、玻璃。(３)防爆、防弹玻璃：具有较大的抗冲击强度，透光性好，耐热、耐寒，当遇到爆炸或弹击时，轻者玻璃可以完好无损，重者即使玻璃破裂，子弹亦不易穿透玻璃，玻璃碎片不会脱落伤人，主要用于重要人物及各国首脑所乘用防弹车的玻璃。(４)中空玻璃：中空玻璃是用黏结法将双层或多层平板玻璃黏结在一起，使玻璃之间形成中空的一种特殊玻璃。由于中间充以干燥空气，因而具有隔声、隔热、保温、不结霜、不产生凝结水以及吸收紫外线的功能，在高档客车的侧窗上有着十分广泛的应用。(５)防水玻璃６)特种风窗玻璃第二节汽车用玻璃三、新型汽车用玻璃材料１.天线夹层玻璃天线夹层玻璃的天线主要用于电视、ＡＭ和ＦＭ收音机以及电话和导航。２.调光夹层玻璃随着汽车舒适性、居住性的提高，对风窗玻璃控制环境功能的要求也越来越高。３.热线反射玻璃夏天为了控制车室内温度的升高，减轻空调的负荷，采用热线反射玻璃是有效的对策。４.除霜玻璃除霜玻璃是采用网板印刷法将导电性胶印刷在玻璃上，然后在玻璃加热成型时黏附，这种印制电路可加热玻璃起到除霜作用。第三节橡胶特性及常用橡胶一、橡胶的特点及结构１.橡胶的性能特点橡胶是一种在使用温度下处于高弹态的高分子材料，分子量一般在几十万以上，有的甚至达到１００万左右。橡胶与其他材料最基本的区别是其弹性模量低(约为１０ＭＰａ)且具有很高的伸长率(１００％~１０００％)，即具有高弹性(在较小的外力作用下，就能产生很大变形，当外力消除后又能很快恢复到原来的状态)，同时具有优良的伸缩性和可贵的积蓄能量的能力。另外，橡胶具有高的抗拉强度和疲劳强度，并且具有良好的耐磨性、隔声性、不透水、不透气、耐酸碱和电绝缘性等性能。２.橡胶的结构橡胶特有的性能是由它本身分子结构决定的。橡胶的分子结构有线形、支链形和体形三种类型。第三节橡胶特性及常用橡胶

未经硫化的生胶和乳胶是线形的或含有支链形的分子，硫化后的橡胶则是体形结构。我们常看到的大块生胶或牛奶似的胶乳，里面就是由许多细长而有很大柔顺性的线形分子链所组成。３.橡胶的组成和分类

橡胶是以生胶为基础加入适量的配合剂组成的高分子弹性体。生胶按原料来源可分为天然橡胶(从橡树或杜仲树的浆汁中制取)和合成橡胶(通过化学合成方法制造)。橡胶制品的性质主要取决于生胶的性质。橡胶有两种分类方法，按原料来源分为天然橡胶和合成橡胶ꎻ按应用分为通用橡胶和特种橡胶。二、常用橡胶介绍１.天然橡胶

第三节橡胶特性及常用橡胶天然橡胶是橡树上流出的胶乳，经凝固、干燥、加压等工序制成片状生胶，其橡胶的质量分数占９０％以上，是以异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，平均相对分子质量为７０万左右。天然橡胶为线形结构，通常呈非晶态，具有很高的弹性。为使之硬化，常要进行硫化。天然橡胶具有突出的弹性、耐寒性，且加工工艺性优良，广泛用来制造轮胎、胶管、胶带等制品，缺点是不耐臭氧老化、不耐油及不耐高温。２.合成橡胶合成橡胶品种较多，现介绍以下常用品种。１)丁苯橡胶它是以丁二烯和苯乙烯为单体共聚而成的浅黄色弹性体。２)顺丁橡胶它是顺式￣聚丁二烯橡胶的简称，以弹性好、耐磨而著称。第三节橡胶特性及常用橡胶３)氯丁橡胶它是氯丁二烯单体的弹性聚合物。其分子链上挂有侧基Ｃｌ，作为极性基团，增强了分子间的作用力。４)丁腈橡胶它是丁二烯和丙烯腈共聚而成的高分子弹性体，属非结晶聚合物，故力学性能较低，所以需加入炭黑增强后方能使用。５)硅橡胶其结构是以硅、氧键为主链，侧链由硅和有机基团相连，其键的结合力远大于一般碳￣碳键，为此具有很高的热稳定性。６)氟橡胶它是以碳原子构成主链并含有氟原子的一种合成高分子弹性体。第三节橡胶特性及常用橡胶７)丙烯酸酯橡胶丙烯酸酯橡胶(ＡＣＭ)是以丙烯酸酯为主要成分的橡胶，它的最大特点是耐热、耐油性能很好，耐天候老化性能和耐臭氧老化性能良好，可用来制造在１５０℃高温热油条件下使用的汽车橡胶制品。８)三元乙丙橡胶三元乙丙橡胶(ＥＰＤＭ)是乙烯与丙烯的共聚物。其主链呈饱和状态，分子内没有极性基团，分子链比较柔顺，它的耐老化性能超群，是现有通用橡胶中最好的，可在１５０℃下长期使用ꎻ耐候性好，在阳光下暴晒３年不见裂纹ꎻ冲击弹性较好，回弹率可达６０％ꎻ广泛使用于密封条、胶管等非耐油橡胶部件。常用橡胶的性能和用途见表５￣１。第三节橡胶特性及常用橡胶第四节汽车橡胶制品一、汽车轮胎汽车轮胎是汽车上橡胶用量最大的橡胶零件。汽车轮胎按结构分为普通结构轮胎(斜交轮胎)、子午线轮胎、无内胎轮胎、活胎面轮胎等。子午线轮胎的胎体是由数层纤维或一层钢丝帘布组成，其帘线与胎圈呈９０°平行排列，好像地球的子午线那样分布，故称为子午线轮胎。无内胎轮胎的外形与普通轮胎相似，但结构却不同。这种轮胎是利用轮胎内壁和胎圈的气密层保证轮胎与轮辋间良好的气密性。轮胎的外胎部分直接承受地面的冲击和磨损，要求具有较高的弹性、强度和耐磨性能，耐疲劳和耐日光老化性能。轮胎的外胎大量使用天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶等。轮胎的内胎起着充气并维持轮胎具有一定压力的作用。内胎一般用气密性好的材料来制造，如丁基橡胶。第四节汽车橡胶制品二、密封制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。１.密封条密封条在汽车上的用量很大，每辆汽车舱用十几种密封条，其数量达２０多件，质量达十几千克。２.油封油封和Ｏ形圈是汽车上用的品种和数量最多的密封件，是汽车上最重要的密封件。(１)丁腈橡胶油封。丁腈橡胶是制造油封用量最大的胶种。目前，国内丁腈橡胶有丁腈４０、丁腈２６及丁腈１８三个牌号。第四节汽车橡胶制品(２)氟橡胶油封。氟橡胶油封的使用温度范围为－２０~２００℃，适用于所有的润滑油，但耐寒性不好，高温下的耐磨性、抗撕裂性较差。(３)硅橡胶油封。用作硅橡胶油封的主要是甲基乙烯基硅橡胶，其温度适用范围为－６５~２５０℃，耐热性能优于氟橡胶，耐油性能大大低于氟橡胶，但其比较耐高苯胺矿油和双酯润滑油。(４)聚丙烯酸酯橡胶油封。聚丙烯酸酯橡胶的价格低于氟橡胶。聚丙烯酸酯橡胶的耐油性优于丁腈橡胶，缺点是常温下弹性差，但在高温下的弹性还是比较好的。３.皮碗皮碗也是一种密封元件，常用在往复轴和缸的密封中。皮碗的形状有Ｖ形、Ｕ形和Ｙ形，近年来普遍采用Ｙ形。第四节汽车橡胶制品４.防尘套防尘套有直筒形和变截面波纹形等几种。虽然其使用条件较温和，但橡胶材料要兼备耐热、耐寒、耐油、耐介质、耐老化等性能。三、胶管１.耐油软管耐油软管主要有汽油软管、柴油软管、机油软管等。软管一般由内层胶、增强层和外层胶组成。２.散热器连接软管散热器连接软管是连接汽车散热器的进出水口的胶管。这种胶管属于一般低压软管，工作压力低于０.１ＭＰａ。应用较多的是夹布胶管。散热器软管的工作压力和温度不高，要求在１００℃热水条件下能正常使用即可。第四节汽车橡胶制品３.制动橡胶软管