高分子材料在汽车中高分子材料在汽车中的应用的应用 卢晓峰卢晓峰 吉林大学吉林大学1高分子材料基本概念：高分子材料基本概念：高分子材料是指以分子量一般在 5000 以上的有机化合物为主要组成物的材料。 分类：1. 来源：天然高分子，半合成高分子，合成2.高分子。3.2. 性能：通用高分子，功能高分子4.3. 主链结构：碳链高分子、杂链高分子、元素5.有机高分子6.4. 热行为：热塑性高分子、热固性高分子7.5. 聚合方法：加聚高分子、缩聚高分子2n1839 橡胶硫化过程 (Goodyear) n1846 硝化纤维素 (C.F. Schnbein)n1869 Plastic celluloid (Hyatt)n1872 Bell, 1907 Baekeland, 酚醛树脂 (Real First man-made)n1912 不饱和树脂n1920 聚合物理论: Staudingern1925 聚醋酸乙烯酯工业化 (白胶水）(1912,Germany)n1926-1927 PMMA and PVAn1926 PVCn1930-1937 聚苯乙烯 (German, America)n1935 -1938 尼龙工业化 (Carothers, Dupont Co.)n1939 低密度聚乙烯 (ICI Co.) n1941 PETn1943 PTFEn1950 PANn1953 HDPE and PP n1960-70 高性能塑料n1977 导电高分子高分子材料发展历史：高分子材料发展历史：四个诺贝尔奖3车身用高分子材料车身用高分子材料1.汽车材料概述2.车身材料概述3.车身用高分子材料特点组成分类主要性能指标4.车身材料的发展趋势41.汽车材料概述汽车材料概述1886 年德国人卡尔本茨制造出世界上第一辆 汽车，在这一个多世纪里，汽车工业在全世界 得到了几乎是绝无仅有的持续高速发展，2010 年全球汽车产量已经达到7800 多万辆。我国汽车近十多年来也发展十分迅速，1994 年产量为135 万辆，而2010年已经突破了1826 万辆，汽车的普及浪潮正从发达国家向广大发展中国家席卷而来。52007-2009全球汽车产量排行榜全球汽车产量排行榜6材料汽车工业的基础材料汽车工业的基础在现代工业中，材料、能源、信息被看作三大支柱，而能源和信息的发展，在某种程度上又依赖于材料的进步。对于汽车工业也是如此，材料也是汽车工业的基础。据统计，一辆汽车约有3万多个零件组成，这些零部件采用了4千余种不同的材料加工而成。从汽车的设计、选材、加工制造，到汽车的使用、维修和养护，无一不涉及到材料。7以现代轿车用材为例，按照重量换算，钢材占汽车自重的5560，铸铁占512，有色金属占610，塑料占812，橡胶占4，玻璃占3，其他材料(油漆、各种液体等)占6 12。材料汽车工业的基础材料汽车工业的基础8现代汽车要满足现代汽车要满足: 安全、舒适、自重轻、污染排放低、能安全、舒适、自重轻、污染排放低、能耗小、价格低等要求耗小、价格低等要求.材料是首要考虑方材料是首要考虑方面。面。 材料汽车工业的基础材料汽车工业的基础9汽车材料是指生产汽车，以及汽车在运行过程中所用到的材料。按照用途来分，一般将其划分为汽车工程材料和汽车运行材料。汽车工程材料是指用于制造汽车零部件的材料。汽车工程材料大致可分为金属材料和非金属材料两大类。常用的汽车工程材料，如图1所示材料汽车工业的基础材料汽车工业的基础10图图1 汽车工程材料汽车工程材料112.车身材料概述车身材料概述车身12车身材料车身材料汽车车身常采用的材料有：钢、有色金属、塑料。钢：n普通钢板：根据不同的部位使用0.60.8mm厚的钢板。n高强度钢板：与普通钢板厚度相同，但具有更高强度。n防锈钢板：钢板的一面或者是两面镀锌使其难生锈。13车身材料车身材料铝：n车身板件用铝合金：重量约为钢板的二分之一的铝合金，却具有与钢板相同的强度。14车身材料车身材料塑料： ABS(丙烯腈、丁二烯、苯乙烯聚合物)、BMC(块体模塑料)、PA(聚酰胺=尼龙)、PC(聚碳酸酯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PUR(热固性氨基甲酸乙酯)、PVC(聚氯乙烯)、SMC(片装模塑料)、FPR(纤维增强塑料=玻璃纤维加强塑料)等。15车身材料车身材料汽车对轻量化、舒适性、和安全性的要求 高分子材料的重量轻、手感好、成型工艺简单 车身用塑料制品用量的增加 163.车身用高分子材料车身用高分子材料在现代社会中汽车已成为主要的交通运输工具之一，也是能源梢耗的大户，据报导美国有一半多的石油能源消耗在汽车上。随着世界能源危机的加剧，降低车身自重、减少能源消耗已成为汽车行业的主要目标之一。当代汽车工业正向着高速化、舒适化、安全化的方向发展，这都离不开轻量化、离不开塑料及其它高分子材料在汽车上的应用。塑料给汽车制造业带来了如下好处：n提高了汽车质量和舒适性n增加了安全性17车身用高分子材料车身用高分子材料n降低了成本n减轻了重量n提高了设计的自由度n加之塑料制品的能耗仅为钢制品的6080%、 铝制品的3550%，工序简便、生产效率 高、与同体积的金属制品相比价格上还略占优 势，更优于有色金属制品。18车身高分子材料车身高分子材料塑料自上世纪60 年代初进入汽车 工业以来，随着高分子材料科学及其加工技术、塑料应用技术、现代汽车设计及制造技术的发展，50 年来塑料制品在汽车工业上的应用有了很大发展。19车身高分子材料车身高分子材料世界汽车平均每辆塑料用量在2000 年就已达105 kg， 约占汽车总质量的8 %12 %。最近几年，我国一般汽车上塑料件占整车质量的比例从原来的5 %左右上升到了12 %18 %以上。新开发的一些轿车上塑料件已达20 %以上，如奥迪A2 型轿车，塑料件的总质量高达220 kg ，占总用材的24.16 %。20车身高分子材料车身高分子材料塑料是一种高分子材料，在汽车上的应用越来越多，已由内、外装饰件向车身覆盖件和结构件方面发展。21车身高分子材料车身高分子材料 近年来，塑料在车身板和发动机周围的零部件上的使用量在不断增大，约占车身质量的10 %15 % ，尤以德国和美欧的汽车制造商采用为多。如奔驰的Smart 轿车，车身覆盖件采用了具有本色的可随时更换的塑料覆盖件，倍受市场关注；雷诺的Espace 和莲花的Elise （路特斯）轿车也采用塑料车身；戴勒姆克莱斯勒公司1998 年推出的CCV 概念车采用四块热塑车身板，加上板材连接件，白车身板总质量95 kg ，开创了全热塑车身的里程碑 ，尾灯和前大灯的玻璃也将从天然材料转向一般热固性塑料 。德国拜耳公司和美国GE 塑料公司合资的Exatec 公司推出了具有杰出的耐候性和耐磨性的聚碳酸酯( PC) 汽车窗系统Exatec500 ，并已实现工业化。22高分子材料在汽车上的应用高分子材料在汽车上的应用23车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点高分子汽车材料有很多以往传统材料没有的优点。主要表现在重量轻、有良好的外观装饰效果、有多种实际应用功能、有良好的理化性能、容易加工成型、节约能源、可持续利用等各方面。高分子汽车材料的主要特点如下： 24车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点1重量轻 高分子汽车材料最突出的优点之一就是具有轻质高强度的特性。由于各种塑料的平均比重只有一般普通钢材的15-20%，也比一般木材轻。这一特点对高档大型轿车尤其有突出的优点，可以减去大量的自重。 25车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点2良好的加工性能 高分子汽车材料具有非常好的加工性能。由于高分子汽车材料的可塑性和与其它材料之间良好的兼容结合性能，可以利用不同的材料组分，借助于各种现代化的成型加工机械，通过挤出、注塑、压延、模塑、吹塑等方法加工成具有各种不同形状、不同性能、不同颜色的、不同功能的高分子汽车材料，如，直接挤成管材、型材、板材，注射成有各种造型的制品、压延加工成薄膜等，还可根据需要制成各种颜色、有夹层、中空、放嵌件等各种产品，还可根据要求进行二次加工，如机械制品样的车削、冲切、裁剪、焊接、也可热熔、冷锯、复合等。 26车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点3优良的综合理化性能 高分子汽车材料的另一个优点是具有多种功能，可被用于特殊的场合。大多数高分子材料除了具有可塑性外，还有众多优秀的理化性能。塑料具有良好的绝缘性能、卓越的防腐蚀性能、耐老化性能、良好的耐磨和耐洗刷性能、良好的防水性能和力学性能、良好的粘结结合性能，被加工成各种要求多种性能和功能的汽车内外饰件。 27车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点n此外，塑料制品的弹性变形特性使其能吸收大量的碰撞能量，对强烈撞击有较大的缓冲作用，可对车辆和乘员起到更有效的保护作用。因此，现代汽车上都采用塑料仪表板和转向盘，以增强缓冲作用。前后保险杠、车身装饰条也都采用塑料材料，以减小车外物体对车身的冲击力。另外，塑料还具有吸收和衰减振动和噪声的能力，可以提高乘坐的舒适性。28车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点4优秀的装饰效果 高分子汽车材料最突出的优点是装饰效果优秀。它可以被一次加工成具有复杂造型和多种色彩的制品，有时还需印刷、贴膜、轧花、复层、着色，加工成具有非常逼真的形象、花纹和图案，可以仿制天然木材、金属、动物皮的纹理，还可以表面烫金、贴膜、镀银、镶嵌等。 29车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点5节能和环保 高分子汽车材料还有一个优点是能节约能源和促进环保。由于能替代大量的天然材料，就可以相应节约大量的资源，起保护森林和石材资源的作用，不破坏更多的生态环境，具有节能的社会价值和环保意义。同时，由于塑料加工成型的方便性，制造高分子汽车需要的能源远远小于加工同等功能的天然材料，比如钢铁、动物皮等，可节约大量人工和能源。大多数汽车材料用的塑料是热塑性塑料，其废旧料能方便地回收，直接再制造，使高分子汽车材料走上可持续加工的清洁生产道路，有着极其积极的环保意义。 30车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点高分子汽车材料的特性还有很多，其中也有一些不如传统材料的地方，主要缺点表现在它的刚性、耐热性和可燃烧性、耐老化性能、表面耐刻划性和抗冻性等。 31车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点1、刚性差： 高分子建筑材料具有很好的可塑性，但它的刚性较差，因此不能将它用于要求有较大承载力的地方或作为主要的受力结构件，否则会因刚度不够引起失稳等破坏；另外，它的抗变形能力也不如天然材料加工的传统材料。 32车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点2、耐热性差： 耐高温性能差是高分子汽车材料的另一个主要缺点。大部分热塑性高分子汽车材料的工作温度都在摄氏80度以下，该温度以上常会发生热变形，使高分子材料不能维持原来的形状和结构，性能也会发生很大变化。 33车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点3、抗冻性能差： 很多塑料具有冷脆性，主要表现在塑料件在冬天时用时，受到冲击力特别容易引起冲击破坏，由于这一原因使很多塑料在低温环境下的应用受到了限制。热塑性塑料的这一缺点目前可以通过在原料中加入其它材料或添加剂进行配方组合进行改性，让它的低温抗冲击强度得到改善。 34车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点4、具有可燃烧性： 与钢材相比，塑料的另一个缺点是具有可燃烧性。这是近年来高分子汽车材料应用过程中最受人们关注的问题之一，也是很多场合中最不放心使用高分子材料的主要原因之一。塑料可分为两类，一类是不可燃烧的，另一类是可燃烧的。但是，由于塑料具有可配方组合和改性的功能，可燃烧的塑料可以通过在配方中加入阻燃剂和不可燃烧的填充改性物，对其进行改性，使之成为阻燃或不可燃的塑料，让们放心使用。 35车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点5、耐老化性能： 塑料的老化性能是长期以来影响高分子汽车材料应用发展的又一个原因。但是，实际上应该比较客观地看待塑料建材的老化问题。高分子材料不仅要考虑耐热老化，还要考虑耐光老化和耐经常接触介质的老化。可以通过在配方中通过加入各种抗老化剂防止老化。 36车身用高分子材料的特点车身用高分子材料的特点高分子建筑材料具有相当多的优点，但由于上述缺点，较多的仍然是以汽车内装饰用材和车厢内功能性汽车制品应用为主。随着科学技术的发展，越来越多的高分子新材料不断研究成功，许多高分子材料已经或者正在克服这些缺点，这将使汽车高分子材料的应用领域和范围得到更大的发展。 37车身用高分子材料的组成车身用高分子材料的组成n汽车塑料制品，按其使用部位可分为内饰件、外装件、机能结构件等。表1 我国汽车中塑料件在各使用部位所占的百分比 （单位： ） 车型 内饰件 外装件 机能结构件天津TJ133 52.3 1.5 46.2 南京NJ131 57.6 8.2 34.2 轿车 43 19 22 国外小轿车 40.9 34.5 24.6 38高分子材料饰件高分子材料饰件例如例如轿车要求安全、轿车要求安全、美观、舒适美观、舒适塑料在轿车软饰塑料在轿车软饰件上的广泛应用件上的广泛应用39高分子材料饰件高分子材料饰件n轿车软饰件主要是指轿车车身内外各种质地柔软且有一定韧性的装饰部件，其中以内饰件为主。轿车中典型的塑料软饰件见表2 表2 轿车中典型的塑料软饰件内饰件名称 塑料名称 座椅缓冲垫、头枕 聚氨酯泡沫塑扶手、仪表板缓冲垫 聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙稀 40仪表盖板、前支柱装饰条、仪表盖板、前支柱装饰条、控制箱体控制箱体 丙烯腈丁二烯苯乙烯共丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（聚物（ABS） 仪表板芯材仪表板芯材 玻璃钢纤维增强丙烯腈苯玻璃钢纤维增强丙烯腈苯乙烯共聚物乙烯共聚物 仪表板托架、车门前饰板芯材、仪表板托架、车门前饰板芯材、制动杆手柄、中后支柱装饰条制动杆手柄、中后支柱装饰条聚丙烯聚丙烯转向盘转向盘 聚丙烯、聚氨酯聚丙烯、聚氨酯 车门内饰板表皮、车顶棚内车门内饰板表皮、车顶棚内衬表皮衬表皮 聚氯乙稀聚氯乙稀 车门内饰板隔离层、车顶棚车门内饰板隔离层、车顶棚内衬隔离层内衬隔离层 聚氨酯、聚苯乙烯聚氨酯、聚苯乙烯 车顶棚内衬托架车顶棚内衬托架 聚丙烯、聚苯乙烯聚丙烯、聚苯乙烯 41高分子材料饰件高分子材料饰件n用于制造轿车软饰件的塑料，主要有聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS、聚苯醚和玻璃纤维增强丙烯腈苯乙烯共聚物等，其中以聚氨酯泡沫塑料最为重要。 42轿车要求轻量化、提高安轿车要求轻量化、提高安全性、节约能源消耗、降全性、节约能源消耗、降低生产成本低生产成本塑料在轿车结构件和内塑料在轿车结构件和内外装件上的广泛应用外装件上的广泛应用另外另外高分子材料结构件高分子材料结构件43高分子材料结构件高分子材料结构件n目前，许多通用塑料、工程塑料及其增强塑料，都能在不同程度上替代钢、铜、不锈钢、铝合金等材料，用作轿车结构件或内外装件。其中，又以聚丙烯、聚氯乙稀、聚乙烯、ABS等最常用。表3列举了用作轿车结构件或内外装件的塑料品种及其应用实例。 44表表3 用作轿车结构件和内外装件的塑料品种及其应用实例用作轿车结构件和内外装件的塑料品种及其应用实例 结构件和内外装件名称结构件和内外装件名称 塑料名称塑料名称 取暖及通风系统、车厢、发动机机取暖及通风系统、车厢、发动机机舱、车身、灯壳、工具箱、电线接舱、车身、灯壳、工具箱、电线接线柱、接线盒盖、消音器等线柱、接线盒盖、消音器等 聚丙烯、玻纤增强聚丙烯、无机聚丙烯、玻纤增强聚丙烯、无机填料增强聚丙烯、电镀级聚丙烯填料增强聚丙烯、电镀级聚丙烯 仪表板罩、汽车顶盖内衬、后盖板仪表板罩、汽车顶盖内衬、后盖板表皮、备胎罩、转向盘、保险杠套表皮、备胎罩、转向盘、保险杠套、电线包覆层等、电线包覆层等 聚氯乙烯、氯化聚氯乙稀、玻纤聚氯乙烯、氯化聚氯乙稀、玻纤增强聚氯乙稀、热固性低发泡聚增强聚氯乙稀、热固性低发泡聚氯乙稀氯乙稀 挡泥板、顶棚和门的减振材料、行挡泥板、顶棚和门的减振材料、行李箱垫、空气导管、汽油箱等李箱垫、空气导管、汽油箱等 低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯 45用作轿车结构件和内外装件的塑料品种及其应用用作轿车结构件和内外装件的塑料品种及其应用实例实例后挡泥板、仪表板、收音机后挡泥板、仪表板、收音机罩、空气排气管、转向盘喇罩、空气排气管、转向盘喇叭罩、格栅、后护板、上通叭罩、格栅、后护板、上通风盖板、车轮罩、百叶窗、风盖板、车轮罩、百叶窗、支架、镜框等支架、镜框等 高抗冲高抗冲ABS、超高抗冲、超高抗冲ABS、高刚性、高刚性ABS、电镀、电镀ABS、透明透明ABS、氯化共混、氯化共混ABS 灯具、仪表标牌、遮阳板、灯具、仪表标牌、遮阳板、窗玻璃、保险杠等窗玻璃、保险杠等 聚碳酸酯、玻纤增强聚碳酸聚碳酸酯、玻纤增强聚碳酸酯酯保险杠、散热器格栅、扰流保险杠、散热器格栅、扰流板、翼子板等板、翼子板等 反应型注射成型聚氨酯反应型注射成型聚氨酯（RIM） 46塑料的组成塑料的组成塑料塑料合成树脂（主要成分）合成树脂（主要成分） + 添加剂添加剂 在一定温度、压力下在一定温度、压力下可加工成型或者交联可加工成型或者交联固化成型固化成型 47塑料的组成塑料的组成树脂 树脂是塑料中最重要的组分，约占塑料全部组分的 40100。按树脂的受热行为，塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料两类。 48塑料的组成塑料的组成1热塑性塑料 n其分子结构是链状的线型结构。它的工艺性能特点是受热时软化或熔化，具有可塑性，可塑制成一定形状的制品；可反复再塑，而其基本性能不变。 属于这类塑料的有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、ABS、有机玻璃、聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯并咪唑、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等。49塑料的组成塑料的组成2热固性塑料 热固性塑料是一类以缩聚树脂为基础，加入适当的添加剂固化而成。这种塑料一旦固化成型即使加热至分解温度也不会软化，同时也不溶解在溶剂中，属于这类塑料有酚醛、环氧、聚酯、氨基、聚二苯醚、不饱和聚酯以及有机硅等。 50塑料的组成塑料的组成n根据塑料的成份可以通过添加不同的填料 、增塑剂和硬化剂来制出所需性能的复合塑料，以改变塑料的机械强度及加工成型性能，适应车上不同部件的用途要求。例如可以代替钢板制作具有相当机械强度的保险杠，以减小汽车的质量。而座垫和靠背就要采用柔软的聚氨酯泡沫塑料 。更方便的是，塑料可以通过添加剂调色呈现不同的颜色，可省去喷漆。有些塑料件还可以电镀，可用于制作装饰条、标牌、开关旋钮 、车轮装饰罩等。51车身用高分子材料的分类车身用高分子材料的分类n一、聚氨酯泡沫塑料制品n二、工程塑料汽车零部件n三、塑料基复合材料汽车制品52车身用高分子材料的分类车身用高分子材料的分类一、聚氨酯泡沫塑料制品 聚氨酯泡沫塑料是指把羟基的聚醚树脂与异氰酸酯反应构成聚氨酯主体，并用异氰酸酯与水反应生成的二氧化碳发泡或用低沸点氟碳化合物作发泡剂，制成泡沫塑料。聚氨酯泡沫塑料广泛应用于汽车内饰和吸收振动的零部件上。其主要制品有：仪表板、后视镜框、保险杠、座椅软垫、头枕、转向盘、控制箱、仪表板防振垫、前后支柱装饰、中间支柱装饰、前顶衬里、窗框架、顶棚与侧顶架装饰、门衬板、遮阳板、后顶架装饰等。 53聚氨酯泡沫塑料n聚氨酯泡沫塑料可分为聚酯型聚氨酯泡沫塑料和聚醚型聚氨酯泡沫塑料 。n又可分为硬质、半硬质和软质聚氨酯泡沫塑料 。54聚氨酯泡沫塑料n制造聚氨酯的主要原料是异氰酸酯(RNCO)和多元醇。最常用的异氰酸酯有下列 3种。 a. 甲苯基二异氰酸酯（TDI） ：TDI 有两种异构体，即 2，4甲苯基二异氰酸酯和 2，6甲苯基二异氰酸酯。 b. 4，4二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI） ：常用于制造弹性体、涂料、纤维、胶粘剂等，很少用于制造泡沫塑料。 c. 多次甲基多苯基多异氰酸酯 （PAPI）： 其特点是毒性低， 操作安全。55聚氨酯泡沫塑料n生产聚氨酯用的另一原料是多元醇（多元羟基化合物） ，一般使用含有游离羟基的聚醚和含有游离羟基的聚酯。n除上述两种主要原料之外，还有催化剂、发泡剂、稳定剂以及其它辅助原料。56聚氨酯泡沫塑料n软质聚氨酯泡沫塑料， 至今大多数都采用 80/20TDI和二官能团的聚醚（如聚丙二醇、聚氧化丙二醇） 。在制造耐热性能较好的聚氨酯 泡沫塑料时多用聚酯型多元醇，或混合使用聚酯型和聚醚型多元醇。 n硬质聚氨酯泡沫塑料所用的异氰酸酯主要是 PAPI，多元醇一般用含两个以上羟基的聚醚。57聚氨酯泡沫塑料n聚氨酯泡沫塑料的特点 聚氨酯材料的各种性能都很优异，用于汽车有很多优点。聚氨酯泡沫塑料只要简单地改变其原料配方，可以得到极软到极硬范围地泡沫塑料。硬质聚氨酯的强度很高，软质聚氨酯的弹性很好，它的耐老化性能、抗化学介质能力等综合力学性能远远超过PVC等材料，且 软质聚氨酯泡沫塑料的开孔率达 95，韧性好、压缩永久变形小、回弹快。58聚氨酯泡沫塑料n聚氨酯泡沫塑料的原料都是液体，生产时操作方便，不仅可在常温常压条件下进行聚合反应，有些聚氨酯胶粘剂和双组分的聚氨酯涂料， 甚至可以进行现场聚合，然后直接发泡或用于喷涂、修补等施工。n聚氨酯材料用于汽车的缺点主要表现在异氰酸酯有毒性， 材料施工时，反应过程中会释放出不良气体，施工人员在现场作业要采取健康保护措施。聚合反应结束后，聚氨酯材料应用过程中是无毒的。59聚氨酯泡沫塑料在汽车上的应用 塑料品种 汽车零件名称 块状软质泡沫塑料切片 遮阳板、顶棚衬里、门板内衬、中心支柱、装饰条、隔音板、三角窗装饰条软质模压泡沫塑料 座垫、靠背 半硬质泡沫塑料仪表板填料、门柱包皮、控制箱、喇叭座垫、扶手、头枕、遮阳板、保险杠 表 4 汽车用聚氨酯塑料制品 60聚氨酯泡沫塑料在汽车上的应用硬质泡沫塑料顶棚衬里、门板内衬整体结皮泡沫塑料 扶手、门柱、控制箱、喇叭座垫、转向盘、空气阻流板弹性 RIM制品 保险杠、档泥板、发动机罩、侧后支柱、车门把手、行里箱盖 刚性 RIM制品散热器格栅、暖风壳、前阻流板、挡泥板垫、挡泥板、门板、发动机罩、行里箱盖、小车地板 61聚氨酯泡沫塑料在汽车上的应用浇铸型弹性体 防尘密封、滑动轴承套、转向节衬套、钢板弹簧吊带衬套、锁头零件、门止块、电缆衬套热塑性弹性体 减震垫块、钢板弹簧隔垫、弹簧线圈护套、齿轮传动装置罩、格栅、顶棚、车身部件涂料涂刷在保险杠或其他外装件上复合结构材料 座垫套、隔音、吸震片、门内衬、保险杠、覆盖件、顶棚等62工程塑料二、工程塑料汽车零部件 工程塑料制造的汽车机能件较多，其中常见的零部件有：散热器格栅（其材料有ABS、20玻璃纤维增强聚丙烯）、空气滤清器壳（聚丙烯）、行里箱盖（聚丙烯）、仪表板（聚丙烯）、曲轴箱盖（尼龙6）、正时齿轮链盒（聚丙烯）、正时齿轮（30玻璃纤维增强聚甲醛）、挡泥板（尼龙RRIM）等。 63常用汽车工程塑料n聚丙烯塑料（PP）n聚乙烯塑料（PE）n聚苯乙烯塑料（PS）n聚氯乙烯塑料（PVC）n环氧树脂（EP）n不饱和聚酯（UP）n聚碳酸酯（PC）n有机玻璃（PMMA）64聚丙烯塑料（PP）n聚丙烯材料的特性 聚丙烯分子结构式为：CH2-CH2CH3n，结晶聚合物。 聚丙烯品种：丙烯均聚物，丙烯乙烯共聚物，改性聚丙烯等。65聚丙烯塑料n聚丙烯优点： 原材料丰富、成本低、重量轻、比强度大、污染小、不吸水、耐热性比聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯都高、化学稳定性优异。聚丙烯具有较高的热变形温度、耐药品性好、耐应力开裂性好的特点，而且通过各种无机填料和各种弹性体的改性，可以得到具有多种特性的聚丙烯品种。66聚丙烯塑料n聚丙烯的主要缺点： 耐寒性差，低温易脆，受日光作用易老化，同时收缩率大、厚壁制件易凹陷，耐磨性较差。(对策：尽可能做到壁厚均匀一致，壁厚差最大不应超过 50) 67聚丙烯塑料n聚丙烯塑料在汽车上应用 聚丙烯大量的用于汽车工业，主要应用于车身内装件，通风取暖系统的配件，发动机有关部件以及外装件。1. 聚丙烯车身内装件 车身内装件主要包括车内的顶棚、侧面、座垫以及乘客周围能够看见、触摸到的零件，如方向盘、仪表板等。 68聚丙烯塑料（1）汽车转向盘。 国外汽车：聚丙烯（硬结构）和聚氨酯 发泡塑料（软塑料）。 国产车转向盘：高密度聚乙烯材料，苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物弹性 体（SBS）共混改性的聚丙烯。69聚丙烯塑料（2）汽车仪表板。 发泡聚氨酯材料为主，但为降低成本， 采用玻璃纤维增强聚丙烯、滑石粉增强聚丙烯。 （3）其他内装件。 聚丙烯后视镜框、嵌块式车门装饰件、侧面装饰件、转向柱套管和喇叭格栅。70聚丙烯塑料2.发动机和取暖通风系统有关零件 聚丙烯冷却风扇、聚丙烯制造的电瓶外壳、聚丙烯汽车分电器盖。 通气管、除霜器喷嘴和暖风风扇：石棉和滑石粉填充的聚丙烯。 3.聚丙烯汽车外装件 （1）保险杠（2）其他外装件 汽车照明灯、闪光指示灯和侧向灯外壳：20玻璃纤维增强聚丙烯。 71聚乙烯塑料（PE）n聚乙烯材料的特性 聚乙烯分子结构式为：CH2-CH2n，结晶性聚合物。 聚乙烯品种：高压聚乙烯、中压聚乙烯、低压聚乙烯等，相应获得低密度聚乙烯（LDPE） 、中密度聚乙烯（MDPE）和高密度聚乙烯（HDPE） 。 72聚乙烯塑料n汽车用聚乙烯塑料占汽车塑料总用量的 56，次于聚氯乙烯、ABS、聚丙烯、聚氨酯，居第五位。聚乙烯主要用于制造空气导管、各种储罐。 n聚乙烯优点：良好的化学稳定性和电绝缘性能。 n聚乙烯的主要缺点：机械强度不高，热稳定性差。 73聚乙烯塑料n聚乙烯塑料在汽车上应用 1空气导管及各种储罐 2挡泥板 3顶棚与门的减震材料 4. 塑料油箱 74聚苯乙烯塑料（PS）nPS 的性能特点 用单纯的 PS 加工材料时，其外观是无色透明的，透光率可达到 90% 或更高，性能特点是刚性较好。用 PS材料加工出来的产品虽然平整，但它的脆性较大，不能承受冲击力。PS 用于汽车中的另一个缺点是容易燃烧，而且由于含苯，它在燃烧时发出较大的黑烟和黄色明火，还会散发出苯类物质特有的有害、难闻气体。PS能溶于苯、甲苯、乙苯等苯类芳香族溶剂，另外，PS 的耐热性能也较差。75改性聚苯乙烯塑料n改性聚苯乙烯材料特性 较早出现的一种改性聚苯乙烯塑料是由丙稀腈（A） 、丁二烯（B）和苯乙烯（S） 3种单体组成的，简称 ABS。ABS 是改性聚苯乙烯塑料中最重要的一种。76聚苯乙烯塑料n优点：聚苯乙烯来源广，价格低廉和制造方便。其产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，居第三位。 n缺点：质脆，耐热性差。n改性聚苯乙烯：ABS塑料、有机玻璃改性的聚苯乙烯、丁苯橡胶改性的聚苯乙烯等。77聚苯乙烯塑料n改性聚苯乙烯在汽车上应用 改性聚苯乙烯（如 ABS 塑料）具有良好的综合性能，在汽车上的应用发展很快，已有很多部件采用，如前端板、仪表板组、热空气调节导管、加热器及空气调节格栅、单色或多色的配电板及座椅靠背以及用 ABS塑料夹层塑料板（二层 ABS塑料板中间夹一层泡沫塑料）做成的小轿车车身等。78聚氯乙烯塑料（PVC）n聚氯乙烯材料特性 聚氯乙烯分子结构式为：CH2-CH2Cln，白色粉末状聚合物。 聚氯乙烯品种：在聚氯乙烯树脂中分别加入 5以下或 20以上的增塑剂，则可制得硬的或软的制品，而且两种制品性能也不同。 79聚氯乙烯塑料 聚氯乙烯优点： 耐化学性、难燃自熄、耐磨、消声消震、强度较好，电绝缘性较好、价廉、来源广等。化学稳定性好，阻燃性和电绝缘性能优良。 聚氯乙烯缺点： 热稳定性差，受热将引起不同程度的降解，软质制品还有增塑剂外迁之弊病，变形后不能完全复原，且在低温下变硬。使用温度不得超过 60。 80聚氯乙烯塑料n聚氯乙烯在汽车上应用 日本汽车用塑料中聚氯乙烯约占 3040，美国为 1620。 聚氯乙烯在汽车上主要用作内饰件座垫套、车门内衬、汽车顶盖衬里表皮、仪表板罩、地毯、后盖板表皮、操纵杆盖板、备胎罩盖、转向盘、货箱衬里、窗玻璃升降器盖、保险杠套，所有电线包皮（即绝缘层）等。 聚氯乙烯人造革及薄膜在汽车上主要用作内饰件及各种制品的表皮套。81聚氯乙烯塑料n聚氯乙烯改性材料： （1）硬质聚氯乙烯汽车地板（3545聚氯乙烯和 5565填料制成的） 。 （2）氯化聚氯乙烯。使用温度可达105，提高了 40，扩大了应用范围，多用作管材。 （3）氯乙烯乙烯共聚物具有加工性良好，透明性好，拉伸强度较高的优点。 （4）聚氯乙烯与其他高分子材料共混。 （5）热固性低发泡聚氯乙烯。 82环氧树脂（EP）nEP 的种类和应用领域 环氧树脂是分子中含环氧基的聚合物，它主要有标准型的双酚 A型环氧、酚醛环氧、甘油环氧等，其种类很多。化学工业部门分别有标准代号表示各类环氧：E 代表标准型环氧（双酚 A 型）、F 代表酚醛环氧、G代表有机硅环氧、B代表甘油环氧。83环氧树脂n其中，双酚A型环氧树脂是由环氧氯丙烷和双酚A 聚合得到的，属于低聚合度的线性聚合物，外观状态和环氧树脂的分子量有关，分子量较小者的外观为粘稠性液体状态；分子量较大的环氧树脂外观呈脆性的固体状态。84环氧树脂n环氧树脂在汽车上的应用领域很广， 能用于制作各种中高档的耐热防腐蚀制件、环氧耐老化涂料、环氧胶粘剂以及环氧修补材料等。nEP的性能特点 环氧树脂可溶于多种溶剂，如丙酮、二甲苯等。环氧树脂需要和其它物质发生反应，固化后才有强度和使用价值。85环氧树脂n环氧树脂最突出的优点是和很多材料之间都具有很强的粘结力，环氧树脂能牢固地粘结住无机材料、金属、部分聚合物、玻璃、陶瓷等，除此之外，环氧树脂的收缩率比较低，一般只有 2%，而且由于最大收缩量是产生于凝胶状态的，所以材料不会产生大的内应力。另外，环氧树脂不仅有很好的耐老化性能，而且防腐蚀能力也相当好，还有较好的工艺性能，可在常温、常压下很方便地施工。 86不饱和聚酯（UP）nUP 的应用领域 汽车用 UP包括UP玻璃钢制品、板材、车用塑料五金制品等。nUP 的性能特点 UP 属于热固性塑料，分子中有双键。在加入含有双键的单体时，经引发剂（或称固化剂）引发后，分子链中的双键打开，与单体发生交联，形成体形分子结构，即发生了固化。87不饱和聚酯nUP 用于汽车上有很多优点，它耐冲击、耐压、耐磨、耐腐蚀、耐候性好、坚硬、 强度高。 UP的主要缺点是收缩率较大， 可达到 5-7%，还容易在制品内形成内应力。另外，UP 在施工时，未固化物的材料有挥发物，这对人体是有害的。88聚碳酸酯（PC）nPC 的应用领域 聚碳酸酯在汽车中的应用有越来越多的趋势，PC 常用于需要采光又有一定强度要求、需直接接触光照处。 nPC 的性能特点 PC的综合力学性能很卓越，具有很高的透明度和强度、耐热性与耐腐蚀性能也相当好，尤其突出的是它的抗冲击韧性和耐候性。89有机玻璃（PMMA）nPMMA 的应用领域 有机玻璃的化学全名为聚甲基丙烯酸甲酯。 由于有机玻璃具备优良的耐老化性能，常用于制作户外广告与指示性标牌。另外，优良的透明度和独特的装饰效果，使有机玻璃也成为汽车上常用的装饰材料，可做成灯箱、护墙板、采光棚、室内透光吊顶等装饰装潢用材。90有机玻璃nPMMA 的应用特点 有机玻璃的最大优点是透光率高，可以达到 92%，用于代替无机玻璃的优点是不易碎裂。它的另一个优点是耐老化性能好，受日照多年仍无变色或减少透明度。有机玻璃的主要缺点是硬度小，表面易划伤和擦毛，影响装饰效果和透明度。91表5 汽车常用塑料与制品9293949596979899100101塑料基复合材料三、塑料基复合材料汽车制品 塑料复合材料如SMC、DX（聚甲醛复合材料）开始用于制造汽车结构件，对减少汽车自重起了重要作用。如SMC材料模压成型制造汽车门板等。102塑料基复合材料n玻纤增强树脂（FRP）如： 玻纤增强不饱和聚酯片状模压成型SMC（Sheet Molding Compound）、团状模压成型BMC、冲压成型片材（Stampable Sheet）等，与其它高分子材料相比，具有强度高、刚度大、耐高温、成本低、破损安全性好、独特的成型工艺（可整体成型）减少了零部件紧固和接头数目等优点，一直是汽车覆盖件最理想的非金属材料。103104105106107108109110总结n汽车塑料制品的种类很多， 但大多数制品都由几部分基本原材料 组成：合成树脂、添加剂（稳定剂、增塑剂、防老剂、阻燃剂、防腐剂等） 、填充料、着色剂。 111n汽车塑料制品的常用原材料中，根据不同用途和性能要求，热塑性塑料和热固性塑料都有应用。考虑环保、加工性能和可持续加工因素，热塑性塑料的应用比例远远高于热固性塑料。在热塑性塑料中根据不同场合需要，通用塑料和工程塑料都有应用，但从经济性和加工性考虑，应用较多的还是通用热塑性塑料。112汽车塑料的主要性能指标 n通常根据物理性能、力学性能、热性能、电性能和稳定性来评价、设计各种塑料制品。（一） 物理性能 1.相对密度 塑料制品的相对密度通常在 0.832.2 之间，多数为 1.01.5之间，略大于水，大约是钢的 1/6，铝的 1/2。塑料的这一特性，对于要求减轻自重的车辆来说具有重要的意义。1132.吸水性 3.透气性 4.透明度 5.力学性能 1）硬度 测试塑料硬度的方法，通常有布氏硬度、洛氏硬度和邵氏硬度等三种。 汽车塑料的主要性能指标 1142）抗拉强度、弹性模量和伸长率 这是衡量塑料材料力学性能的几个主要性能指标，它们的涵义、计算单位和测定方法与金属材料一样。 3）抗剪强度 抗剪强度是指塑料在剪切力作用下被破坏时，单位面积上所能承受的最大应力，单位用N/nm2表示。这是衡量塑料薄膜或板材强度的重要指标。汽车塑料的主要性能指标 1154）冲击韧度 这是衡量塑料在冲击力作用下坚韧程度 的一个性能指标 。5）疲劳强度 6）抗弯强度 7）蠕变 8）摩擦和磨损性能 汽车塑料的主要性能指标 1163.热性能 塑料的热性能主要有耐热性、导热性、热膨胀性、燃烧性和耐寒性等。 4.电性能 塑料的电性能通常用表面电阻率（s） 、体积电阻率（v） 、介电常数（） 、介质损耗角正切值（tg）以及击穿电压表示。 5.稳定性 汽车塑料的主要性能指标 1174.汽车材料的发展趋势对于汽车工程材料来说，其总的发展趋势是：结构材料中钢铁材料所占比例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、复合材料、高分子材料等新型材料的用量将有所上升。在性能可靠的条件下，尽可能多地采用铝合金、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。随着大量新材料，如高分子材料、复合材料等的迅速发展，为现代汽车的发展提供了必要的条件。复合材料、陶瓷材料、特殊用途材料(耐蚀、耐高温、隔光、隔热材料等)的用量呈增长趋势。118近年来刚刚发展起来的纳米材料，对传统材料带来一定的冲击。与常规材料相比，纳米材料体现出许多新奇特性，其光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同。另外，由于纳米材料的化学性质也与常规材料截然不同，可开发出许多在传统工艺中难以生产的材料。119 在汽车纳米材料和技术的开发中，迄今为止所取得的有实用价值的成果是生产了微电子零部件，这些部件最常应用于汽车安全气囊的传感器。由我国最近研发的纳米汽油是纳米技术在汽车上的又一个具体应用。纳米汽油具有节约燃油、降低污染、改善车辆性能等特点。据测，在汽油中加入微乳化剂制成的纳米汽油，油耗可以降低1020，动力性能提高25，尾气排放污染物可降低5080。 纳米材料120功能高分子材料功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出响应的高分子材料。功能指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的变化而产生输出的特性。例如，材料在受到外部光的输入时，材料可以输出电性能，称为材料的光电功能；材料在受到多种介质作用时，能有选择地分离出其中某些介质，称为材料的选择分离性。此外，如压电性、药物缓释放性等，都属于功能的范畴。121功能高分子种功能高分子种类类1. 1. 机械功能高分子机械功能高分子机械功能高分子机械功能高分子1) 1) 强强强强化功能材料，如超高化功能材料，如超高化功能材料，如超高化功能材料，如超高强强强强材料、高材料、高材料、高材料、高结结结结晶材料等；晶材料等；晶材料等；晶材料等；2) 2) 弹弹弹弹性功能材料，如性功能材料，如性功能材料，如性功能材料，如热热热热塑性塑性塑性塑性弹弹弹弹性体等。性体等。性体等。性体等。2. 2. 化学功能高分子化学功能高分子化学功能高分子化学功能高分子1) 1) 分离功能材料，如分离膜、离子交分离功能材料，如分离膜、离子交分离功能材料，如分离膜、离子交分离功能材料，如分离膜、离子交换树换树换树换树脂、高分子脂、高分子脂、高分子脂、高分子络络络络合物等；合物等；合物等；合物等；2) 2) 反反反反应应应应功能材料，如高分子催化功能材料，如高分子催化功能材料，如高分子催化功能材料，如高分子催化剂剂剂剂、高分子、高分子、高分子、高分子试剂试剂试剂试剂；3) 3) 生物功能材料，如固定化生物功能材料，如固定化生物功能材料，如固定化生物功能材料，如固定化酶酶酶酶、生物反、生物反、生物反、生物反应应应应器等。器等。器等。器等。3. 3. 物理化学功能高分子物理化学功能高分子物理化学功能高分子物理化学功能高分子1)1)耐高温高分子，高分子液晶等；耐高温高分子，高分子液晶等；耐高温高分子，高分子液晶等；耐高温高分子，高分子液晶等；2)2)电电电电学功能材料，如学功能材料，如学功能材料，如学功能材料，如导电导电导电导电性高分子、超性高分子、超性高分子、超性高分子、超导导导导高分子，感高分子，感高分子，感高分子，感电电电电子性高分子等；子性高分子等；子性高分子等；子性高分子等；3) 3) 光学功能材料，如感光高分子、光学功能材料，如感光高分子、光学功能材料，如感光高分子、光学功能材料，如感光高分子、导导导导光性高分子，光敏性高分子等；光性高分子，光敏性高分子等；光性高分子，光敏性高分子等；光性高分子，光敏性高分子等；4)4)能量能量能量能量转换转换转换转换功能材料，如功能材料，如功能材料，如功能材料，如压电压电压电压电性高分子、性高分子、性高分子、性高分子、热电热电热电热电性高分子等。性高分子等。性高分子等。性高分子等。5)5)4. 4. 生物化学功能高分子生物化学功能高分子生物化学功能高分子生物化学功能高分子1)1) 人工人工人工人工脏脏脏脏器用材料，如人工器用材料，如人工器用材料，如人工器用材料，如人工肾肾肾肾、人工心肺等；、人工心肺等；、人工心肺等；、人工心肺等；2) 2) 高分子高分子高分子高分子药药药药物，如物，如物，如物，如药药药药物活性高分子、物活性高分子、物活性高分子、物活性高分子、缓释缓释缓释缓释性高分子性高分子性高分子性高分子药药药药物、高分子物、高分子物、高分子物、高分子农药农药农药农药等；等；等；等；3) 3) 生物分解材料，如可降解性高分子材料等。生物分解材料，如可降解性高分子材料等。生物分解材料，如可降解性高分子材料等。生物分解材料，如可降解性高分子材料等。122导电高分子123导电高分子 10124Non-Redox Doping (Protonation)(Number of electrons on polymer backbone does not change)Polyaniline (emeraldine base); 10-9 S/cm2x HCl (aq.)Completely doped (protonated) polyaniline; 1-3 S/cm (powder and film)(1000 S/cm, fiber; Pomfret et al., Polymer, 41(6), 2000, 2265.)(Chiang and MacDiarmid, Synth. Met., 13, 1986, 193)delocalized poly(semiquinone) radical cation(half-filled polaron conduction band)x125导电高分子在汽车中的应用126谢谢大家！127