Существует несколько физических или немеханических свойств материалов, представляющих интерес при проектировании и производстве автомобилей.
Плавкость технических материалов, металлов, керамики и полимеров – это способность переходить в жидкое или расплавленное состояние при нагревании выше определенных температур, известных как температура плавления (Tm) в кристаллических материалах или температура размягчения (Tg) в аморфных материалах. При нагревании полукристаллические материалы будут демонстрировать как Tm, так и Tg-переходы.
Эти температуры значительно различаются у разных материалов, но являются важными свойствами при литье алюминиевых поршней, литье под давлением полипропиленовых бамперов, сварке стальных узлов и пайке электрических компонентов на печатных платах.
Плотность стала играть важную роль в конструкции автомобилей, поскольку она определяет конечную массу детали, ее поведение и эффективность. Таким образом, алюминий и композитные материалы в настоящее время являются серьезными конкурентами традиционным сталям, которые имеют гораздо более высокую относительную плотность из-за более тяжелых атомов железа и плотной упаковки атомов.
Все материалы в той или иной степени ограничивают поток электроэнергии, но те, которые используются в конструкции транспортных средств, обладают полным спектром электрических свойств. Металлы, особенно золото, серебро и медь, являются хорошими электрическими проводниками. Медь широко используется при производстве кабелей для электропроводки и систем управления. Золото, серебро и другие драгоценные металлы, такие как платина, являются дорогими, поэтому имеют ограниченное применение в электронных устройствах управления.
Электролиты, некоторые газы, жидкости и определенная твердая керамика также пропускают электрический ток. Жидкие электролиты, такие как серная кислота, используются в свинцово-кислотных аккумуляторах для накопления химической энергии, традиционно используемой для запуска автомобиля, хотя в настоящее время технология создания аккумуляторов стала основной движущей силой электромобилей. В настоящее время активно используются топливные элементы и источники солнечной энергии.
Неметаллы, являются хорошими электрическими изоляторами, но различаются по своей способности противостоять току электричества. Например, керамика, является хорошим изолятором, как и стекло и многие пластмассы. Эти материалы также используются для накопления электрической энергии в конденсаторах электрических систем управления. Изоляция вокруг медного провода в электрическом кабеле обычно состоит из пластифицированного ПВХ, полиэтилена или более современных огнестойких материалов.
Электрические свойства полупроводников колеблются между двумя крайними значениями проводимости, позволяя току протекать только при определенных условиях. Кремний и германий в чистом виде являются плохими проводниками, но их электрическое сопротивление может быть изменено путем добавления небольшого количества присадок, в частности легирующих материалов. Полупроводники широко используются в электрических устройствах управления на всех типах транспортных средств.
Тепловые свойства имеют большое значение для материалов, используемых в конструкции двигателей и выхлопной системы, они должны выдерживать температуру до 1000 °C. И напротив, материалы, используемые в системах кондиционирования воздуха автомобилей, должны работать при низких температурах хладагента и быть химически стойкими.
Керамические материалы хороши при высоких температурах, но хрупки, металлы обладают более низкой термостойкостью, но могут быть тяжелыми, в то время как полимеры не выдерживают высоких температурах, но могут быть гибкими при низких температурах. Металлы, особенно медь, обладают высокой теплопроводностью. В конструкции автомобильных радиаторов и других теплообменников используются медь, алюминий, сталь, а также пластмассы. В отличие от них, теплоизоляторы, представляют собой неметаллические материалы с низкой теплопроводностью. Они используются для предотвращения увеличения или потери тепла, например, для изготовления кожухов выхлопных систем, прилегающих к кузову автомобиля.
Воздух является одним из лучших теплоизоляторов. Материалы, которые могут задерживать воздух, такие как пенопласт и открытые волокнистые композиты используются для предотвращения передачи тепла и звука от или к термически чувствительным областям, таким как салоны автомобилей и кабин.
Тепловое расширение происходит, когда материалы нагреваются, а усадка происходит при охлаждении. Значения расширения значительно различаются между различными группами материалов, керамикой, металлами и полимерами, где отношение коэффициента расширения составляет порядка 1 к 10 или к 100 соответственно. Следовательно, могут возникнуть проблемы при проектировании, когда эти материалы объединяются в устройстве, где происходят большие изменения температуры, например, вокруг двигателя. И наоборот, эффекты расширения могут использоваться в механизмах управления, таких как радиаторные термостаты.
Оптические свойства сильно различаются, потому что материалы могут отражать, излучать или поглощать световую энергию. К тому же они могут быть непрозрачными, полупрозрачными или прозрачными. Цвет также является важным свойством, выступающим как средство идентификации, а также являющимся элементом декоративности.
Стекло по-прежнему является предпочтительным материалом для лобовых стекол из-за низкой стоимости сырья и простоты изготовления изогнутых форм. Значительная экономия веса может быть достигнута за счет уменьшения толщины лобового стекла или замены стекла на пластиковую альтернативу.
Отражатели и линзовые компоненты в системе освещения автомобилей, уже изготавливаются из полимерных материалов, таких как металлизированные термореактивные соединения, АБС, акрилы и поликарбонаты, из-за их более низкой плотности.
