汽车用非金属材料之摩擦材料

3)使用条件。被胶接件的使用环境和用途要求是选用胶黏剂的重要依据。如果用于受力结 构件的胶接，则需选用强度高、韧性好、抗蠕变性优良有结构型胶黏剂；如果用于在特定条 件下使用(如耐高温、耐低温、导热、导磁等)的被胶接件的胶接，则应选用特种胶黏剂。
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一台发动机由于天气寒冷,驾驶员忘 记排放冷却水,导致机体内冷却水结冰, 在机体上一缸和二缸之间和第六缸的位 置胀出裂纹(见图6—4—4),使发动机不 能正常运行。请问如何进行修理恢复?
精细陶瓷可用于制作气门、气门座、摇臂等零件，以充分发挥其耐热性、耐 磨性优良的特性。日本五十铃公司采用研究开发的发动机用氮化硅材料制成气 门,三菱公司采用陶瓷制成发动机摇臂，在使用中效果良好。
功能性精细陶瓷主要用于汽车调控系统的敏感元件的制作中，如稀空燃比燃 烧传感器及传动装置传感器等。汽车上应用的功能陶瓷见表6—4—4。
(2) 橡胶型胶黏剂 1)氯丁橡胶胶黏剂。氯丁橡胶胶黏剂是一种广泛使用的非结构型胶黏剂, 可用于极性或非极性橡胶的胶接,非金属、金属材料的胶接,在汽车、飞机、 船舶制造和建筑等方面,得到广泛应用。 2)丁腈橡胶胶黏剂。丁腈橡胶胶黏剂适用于金属、塑料、木材、织物以及 皮革等多种材料的胶接,尤其在各种耐油产品中得到广泛应用。值得一提的 是,对通常难以粘合的聚乙烯塑料,尤其适合采用丁腈橡胶胶黏剂来黏接。
(2)复合材料性能特点
复合材料有许多优点；复合材料比强度和比模量高,复合材料强度高、质量轻,如碳纤维和环氧树脂组成的 复合材料的比强度是钢的7倍多,比模量是钢的5倍多;抗疲劳性能好,大多数金属的疲劳强度是抗拉强度的 0%~50%,而碳纤维增强复合材料高达70%~80%；减振能力强,可避免产生共振而引起的早期破坏;耐高温性 能好,一般在高温下仍保持高的强度;断裂安全性好,增强纤维的复合材料中在每平方厘米截面上有成千上万根 纤维,即使有一部分纤维断裂,载荷也会由末断裂的纤维承担起来,所以断裂安全性好；化学稳定性好,能耐酸、 碱腐蚀；还具有一些特殊性能,如隔热性,特殊的电、磁性能等。
2)胶接对象。在实际工作中经常会遇到各种各样的被胶接材料，例如各种金属、陶瓷、玻 璃、塑料、橡胶、皮革、木材及纺织材料等。由于同一种胶黏剂对不同材料的黏结力各不相 同,因此对不同的胶接对象，所选用的胶黏剂也就不可能完全一样。仅就强度指标而言，当橡 胶与其他非金属材料胶接时，主要考虑剥离强度；当橡胶与金属胶接时，不仅要考虑剥离强 度，还要考虑均匀扯离强度；当金属与金属胶接时，则主要应考虑抗剪强度。也就是说,在选 用胶黏剂时，必须认真考虑胶接对象的种类与性质。
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2. 摩擦材料在汽车上的应用
在汽车上,摩擦材料主要用于汽车制动摩擦片、汽车离合器摩擦片、 手制动摩擦片。汽车常用的摩擦片如图6—4—2所示。
a)离合器摩擦片
b)自动变速器中的制动器摩擦片
c)钳式制动器摩擦片
d)鼓式制动器摩擦片
图6—4—2 汽车常用的摩擦片
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车用摩擦材料的性能、特点及其在汽车上的应用见表6—4—1。
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在汽车修理厂,有许多维修人员对摩擦材料、复合材料、陶瓷材料了 解很少。在零件选用时往往不能准确把握,甚至选择错误,严重地影响了 修理厂的声誉。针对这种情况应该如何处理呢?
处理上述情况的最好办法是要求维修人员必须对摩擦材料、复合材 料、陶瓷材料有一个清晰的认识,把握每种材料的种类、性能特点和在 汽车上的应用。
要求维修人员能快速地掌握这些内容,将每种材料的种类、特点和应 用进行高度的浓缩,列出表格进行学习。复合材料、陶瓷材料的种类、 性能特点及在汽车上的应用见表6—4—3。
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三、车用陶瓷
陶瓷是以天然矿物或人工合成的各种化合物为基本原料,经粉碎、成型和 高温烧结等工序制成的一种无机非金属固体材料。陶瓷不仅仅是指制作日用 器皿的传统陶瓷材料,随着陶瓷性能的不断改进,已发展成为除金属材料和高 分子材料以外的第三大类工程材料。
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(2)车用摩擦材料的性能要求 用作制动摩擦片和离合器片的摩擦材料有着严格的性能要求。这类摩擦 元件的主要功能是将动能转变成热量,然后将热量吸收或散发掉,同时通过摩 擦减低摩擦材料和被它贴合的部件之间的相对运动。为了达到这些目的,对 汽车用摩擦材料提出以下要求。 1)有足够高而稳定的摩擦系数。 2)有良好的耐磨性。 3)有较好的物理、力学性能。 4)不产生过重的噪声。
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3.陶瓷在汽车上的应用中有待解决的问题 特种陶瓷是处于不断开发中的材料，但原材料的制取、材料的 评价和利用技术等许多方面都有尚待解决的问题。目前，特种陶 瓷在汽车上的应用并不广泛，其中的原因有： (1)制造工艺复杂、要求高。 (2)因特种陶瓷对原材料要求比较严格、工艺难以掌握，使得各 批制品的性能难以保持均匀性。 (3)成本较高，可加工性差，脆性大，使用可靠性差。
a)离合器摩擦片
b)分电器盖
c)火花塞
图6—4—1 汽车非金属制品
d)汽车上常用的胶黏剂
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一、车用摩擦材料
汽车用摩擦材料,主要用于汽车传递动力、制动减速、停车制动,是汽车消 耗性较大的材料之一,它 是汽车制动系统与行车系统的重要组成部分。它主要包括汽车制动摩擦片、汽车离合器摩擦片及 手制动摩擦片等。汽车摩擦材料对汽车的安全性、使用性及操纵稳定性起着十分重要的作用。
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(2) 胶黏剂的选用
胶黏剂的选用通常应综合考虑胶黏剂的性能、胶接对象、使用条件、固化工艺和经济成本 等各方面的因素,合理地选用。
1)胶黏剂的性能。不同品种的胶黏剂,其性能差异较大,适用范围也不相同。胶黏剂的各种性 能，与所加入的填料、固化剂、稀释剂、增韧剂等的性能与数量密切相关。因此，要做到正 确选用胶黏剂，保证胶接件的质量及使用要求,首先必须充分掌握和了解胶黏剂的品种、组成， 特别是性能参数。
1.车用摩擦材料的组成和性能要求
(1) 车用摩擦材料的组成 汽车摩擦材料主要由增强材料、黏结材料及填充材料等组成。 1)增强材料。增强材料是摩擦材料一个重要的组成部分，纤维的选用对摩擦材料的摩擦、磨损 性能有着重要的影响，增强材料主要有石棉、钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、有机纤维和混杂纤维 几种。 2)黏结剂。选择黏结剂首先要考虑热性能，包括结构强度高、模量低、贴合性好、分解温度高、 分解物少、分解速度慢及分解残留物有一定的摩擦性能等。早期使用的主要是橡胶型黏结剂，橡 胶因耐热性差且磨损大,已逐渐被酚醛树脂取代或与树脂共混。目前，国外大都采用改性树脂。 3)填充材料。填料是摩擦材料中不可缺少的组分，其在摩擦材料中主要起改善材料的物理与力 学性能，调节摩擦性能及降低成本的作用。可分为有机、无机和金属三种材料。
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(2) 纤维增强金属基复合材料(FRM) 利用纤维的特性制造轻质的结构材料，FRM 的优点是比强度和比刚性高。要 制成同等强度的零件，可使质量下降，耐热性等热学性能提高，热传导和电导性 优良，耐磨性提高。因而FRM 材料在汽车上用来制造活塞环、连杆、气缸体、活 塞销等。
(3) 颗粒、晶须增强金属基复合材料 颗粒及晶须增强金属基复合材料是目前应用范围最广、开发前景最大的一种金 属基复合材料。这类复合材料的金属基大多数是采用密度较低的铝、镁和铁合金， 以便提高复合材料的比强度和比模量，其中较为成熟、应用较多的是铝基复合材 料。这类复合材料所采用的增强材料为碳化硅、碳化硼、氧化铝颗粒或晶须，其 中以SiC为主。颗粒、晶须增强金属基复合材料除了用于军事工业,如制造轻质装 甲、导弹飞翼和直升机部件外，主要用于汽车工业,如发动机气缸活塞、喷油嘴部 件、制动装置等。
汽车用非金属材料 之摩擦材料
• 摩擦材料 • 复合材料 • 陶瓷材料 • 胶粘剂
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如图6—4—1所示，汽车上的离合器摩擦片、点火系统中的分电 器盖、火花塞的绝缘部分以及汽车修理中使用的胶黏剂都是非金属 制品。那么，这些非金属制品分别是由哪些材料制成的呢? 在现实 生活中这些材料都应用在哪里呢?
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四、车用胶黏剂
胶黏剂又称黏合剂或黏结剂，俗称胶。它是一种将两种材料黏结在一起 的高分子材料。它是一类通过黏附作用，使同质或异质材料连接在一起，并 在胶接面上有一定强度的物质。胶黏剂既能黏结材料，又能填补零件裂纹和 孔隙缺陷等。它具有较高的黏结强度，良好的密封性、耐腐蚀性和绝缘性， 并且使用简单，成本低，因此在汽车制造和维修中得到广泛的应用。
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2. 复合材料在汽车上的应用
(1) 纤维增强塑料(FRP) FRP是汽车轻量化的最重要的材料。FRP主要由纤维(有玻璃纤维、碳纤维和 陶瓷短纤维等)、树脂(有聚丙烯塑料PP、聚乙烯塑料PVC、聚二烯塑料PE、 ABS等不饱和热塑性树脂等)和填充料(常用中空的玻璃微球、陶瓷微球和有机 物微球)三部分组成。
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2. 精细陶瓷在汽车上的应用
精细陶瓷具有各种优异的特性,应用于汽车上，可以有效地降低车辆的质量, 提高发动机的热效率，降低油耗，减少排气污染，提高易损件寿命，完善汽车 的智能化。用氮化硅陶瓷材料制成的陶瓷纤维活塞，耐磨性好，可以有效地防 止铝合金活塞由于热膨胀系数大而产生的“冷敲热拉”现象。
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二、车用复合材料
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新 性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使负荷材料的综合性能优于原 组成材料而满足各种不同的要求。
1.车用复合材料的种类和性能特点
(1)车用复合材料的种类
车用复合材料按性能分为功能复合材料和结构复合材料；按基体分为非金属基复合材料和金属基复合材 料；按增强剂的种类和形状分为颗粒复合材料、层状复合材料、纤维增强复合材料等。目前使用最多的是纤 维复合材料。
1.常用胶黏剂的种类Fra Baidu bibliotek性能特点
目前对于胶黏剂还没有一个统一的分类方法。通常,将胶黏剂分为合成胶 黏剂、天然胶黏剂和无机胶黏剂三大类。合成胶黏剂按照其基料的组成不同 分为树脂型胶黏剂、橡胶型胶黏剂和混合型胶黏剂。
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(1) 树脂型胶黏剂 树脂型胶黏剂包括热塑性树脂型胶黏剂和热固性树脂型胶黏剂两种。 1)热塑性树脂胶黏剂。热塑性树脂胶黏剂是以线型热塑性树脂为基料,与 溶剂配制成溶液或直接通过熔化的方式进行胶接。 2)热固性树脂胶黏剂。环氧树脂胶黏剂是一种常用的热固性树脂胶黏剂。
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1.精细陶瓷的分类及性能特点
(1) 精细陶瓷的分类 精细陶瓷按照性能可分为高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、 压电陶瓷、电介质陶瓷、光学陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷和卫生陶瓷。
(2) 精细陶瓷的性能 精细陶瓷在热学方面具有耐热、隔热、导热、集热等特性，在力学方面具 有硬质、耐磨、高温强度高、润滑性、耐热低膨胀性，在化学方面具有强的 化学稳定性、耐强酸强碱等腐蚀性、催化剂作用，在电磁学方面具有绝缘性、 导电性、压电性、半导体性、磁性、介电性、离子导电性、电子发射性等,另 外一个特点是它的相对密度低(只相当于钢铁的1/2)。
(3)混合型胶黏剂 1)酚醛-聚乙烯醇缩醛胶黏剂。 2)酚醛-丁腈胶黏剂。
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2.汽车上使用胶黏剂的种类、胶结位置及胶黏剂的选用 (1) 汽车上使用胶黏剂的种类、胶结位置 我国已开发并应用于生产中的汽车胶黏剂品种约有40余种,如点焊密封胶、 焊缝密封胶、折边密封胶、风挡玻璃胶黏剂等。 胶黏剂在汽车上的应用范围十分广泛,其典型胶接部位如图6—4—3所示。 图中各胶接部位与胶接种类见表6—4—6和表6—4—7。
(1)案例分析 要修理发动机机体的裂纹要根据具 体情况而定,大的裂纹需要先在裂纹处 进行点焊,然后采取胶接修复的办法,小 的裂纹直接采用胶接法就可以了。而修 复工作最重要的一环就是要正确选用胶 黏剂,否则就会导致修理无效。
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(2)解决方法 发动机机体的材料是铸铁,发动机处于高温、震动很大的工 作环境。根据这些具体情况,结合掌握的胶黏剂的相关知识,决 定选用酚醛-丁腈胶黏剂。因为酚醛-丁腈胶黏剂既有良好的 柔韧性, 又有较高的耐热性, 胶接强度高,耐振动,冲击韧度大,其 抗剪强度随温度变化不大,可以在-55~180℃下长时间使用,其 耐水、耐化学介质以及耐大气老化性能都较好,可用于金属和 大部分非金属材料的胶接。这些特点适合发动机的工作状况, 是本次修理中最为理想的胶黏剂。