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汽车塑料用量飙升,塑料行业前景广阔

时间:2023-08-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:在过去40年间,汽车的塑料用量已从20世纪60年代初的10kg/辆左右上升到21世纪初的180kg/辆左右,而且这个数字还在不断增加,因此塑料行业被誉为21世纪最有前途的行业。表4-3 常用塑料缩写标识(续)3.塑料的分类塑料的种类有很多,分类方法及适用范围大致有以下几类:按理化特性,一般将塑料分为热固性塑料和热塑性塑料。表4-5 常用塑料熔融指数机械性能。

汽车塑料用量飙升,塑料行业前景广阔

汽车内外饰用材主要是非金属材料,包括塑料橡胶以及织物等,其中塑料用量最大,其次是纤维织物。塑料密度比较小,符合汽车工业通过减少整车重量达到节约能源和有效利用能源的要求。在过去40年间,汽车的塑料用量已从20世纪60年代初的10kg/辆左右上升到21世纪初的180kg/辆左右,而且这个数字还在不断增加,因此塑料行业被誉为21世纪最有前途的行业。

塑料除了密度小之外,还有很多优点,如可实现理想的造型和颜色、不会腐蚀和生锈、可绝热和保温、成型容易且能大批量生产、触觉视觉效果好等,从而成为汽车内外饰零件的首选材料。汽车用塑料零部件分为内饰件、外饰件和功能件共三大类。常用的塑料种类有PP、PVC、PU、ABS、PE、PA、PC和POM等。

塑料是指以树脂(或在加工过程中用单体直接聚合)为主要成分,以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分,在加工完成时呈现固态形状,在制造以及加工过程中,能流动成型的材料。

一般的塑料从合成塔合成出来都是面粉状的粉末,不能用来直接生产产品,称为树脂,也叫粉料。这是一种纯净的塑料,流动性差,热稳定性低,易老化分解,不耐环境老化。因此,材料生产商为了改善以上缺陷,在树脂粉中加入热稳定剂、抗老化剂、抗紫外光剂、增塑剂等助剂,生产出适应各种加工工艺的、有特殊性能的、不同牌号的塑料品种,如图4-1所示。

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图4-1 树脂改性流程

在塑料、合成橡胶、合成纤维三大合成材料中,因聚合物分子结构和聚集态不同,其物理性质也不同。橡胶具有高弹性;纤维具有分子链的取向排列和晶相结构;塑料则具有柔韧性和刚性。

1.塑料的组成

塑料是以合成树脂为主要成分,加入一些助剂制成的一种人工材料。合成树脂决定塑料的类型和主要性能,如机械性能、物理性能、电性能、化学性能等,合成树脂在塑料中的比例一般不低于40%。助剂是指在塑料成型加工前或加工过程中,为有利于制品生产和性能改善而加入的各种辅助性材料。助剂品种很多,按其作用大致可分为几类,详见表4-2。

4-2 助剂类型及功能

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2.塑料中英文对照

常用塑料中英文对照见表4-3。

4-3 常用塑料缩写标识

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(续)

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3.塑料的分类

塑料的种类有很多,分类方法及适用范围大致有以下几类:按理化特性(热行为和是否具备反复成型加工性),一般将塑料分为热固性塑料和热塑性塑料。热固性塑料是在加工过程中通过不可逆的化学反应形成的具有网状结构的聚合物,不能直接再生利用;而热塑性塑料具有多次重复加工性和回收性。汽车上使用的塑料大部分为热塑性塑料,一般分类方式如下:

1)按塑料的耐热性或用途,一般分为通用塑料(相对温度指数RTI≤100℃)、工程塑料(100℃<RTI≤150℃)和高性能塑料(RTI>150℃)。聚合物的耐热性分布如图4-2所示。

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图4-2 热塑性塑料分类

2)按聚合物的形态或结晶度,一般分为半结晶塑料和无定形塑料,如图4-2所示。半结晶塑料具有耐化学性好、耐温性能好、韧性好、耐磨性好等优点,但其表面装饰性差、收缩率大、尺寸稳定性差,使用时多需要改性;无定形塑料则恰恰相反,具有表面装饰性好、收缩率小、尺寸稳定性好、刚性好等优点,但不耐磨、耐化学性差、耐温性差,使用时基本不需进行改性。

4.塑料材料主要性能

(1)物理性能

1)密度。通常,金属的密度最大,一般在2.7~9.0g/cm3,钨高达22.7g/cm3。陶瓷材料在2.1~5.3g/cm3之间。常用塑料密度见表4-4。

4-4 常用塑料的密度 (单位:g/cm3

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半结晶塑料在填充和增强后,性能得到大幅度提升,应用范围变大,材料密度随着填充物的种类变化和比例而随之变化。

2)吸湿性。塑料本身的分子基团存在亲水性。塑料中的添加剂也使其对水分具有不同的亲疏程度,所以塑料一般大致可分为吸湿、粘附水分、不吸水也不粘附水分。塑料的含水量必须控制在允许的范围内,不然在高温、高压下,水分变成气体或发生水解作用,使树脂起泡、流动性下降、外观及机电性能不良。所以,吸湿性塑料必须按照要求采用适当的加热方法及规范进行预热,在使用时还需要红外线照射以防止再吸湿。

涉及亲水性的官能团主要有酰胺基和酯基。酰胺基(—NHCO)的存在,可以在大分子中间形成氢键,使分子间作用力增大,同时也使其吸水率增大。酰胺键的比例越大,吸水率越高。脂肪族PA制品在加工成型前一般都需要做吸湿处理。

酯键(—CO—O—)高温和水蒸气存在下容易水解。因此,酯类塑料如PC、PBT、PET等在加工前均需要烘干,以防止加工熔融时水汽对材料的分解作用。

吸湿倾向小的塑料有PE,PP等。

3)熔融指数。熔体流动速率是指热塑性材料在一定的温度和压力下,熔体每10min通过规定的标准口模的质量或体积,称为质量流动速率(简称MFR)或体积流动速率(简称MVR),单位分别为g/10min或cm3/10min。

熔融指数又称为塑料熔体流动速率,它不是聚合物的基本性质,只表征热塑性聚合物熔体的流动性能。通过对它的测量可以了解聚合物的分子量及其分布、交联程度、加工性能等。

塑料熔融指数反映熔体的流动性能。熔融指数越大,流动性越好,成型加工比较方便。常用塑料的熔融指数见表4-5。

4-5 常用塑料熔融指数

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(2)机械性能。机械性能主要包括弹性、塑性、刚度、强度、硬度、冲击韧性疲劳强度断裂韧性等。下面主要介绍拉伸强度、弯曲强度和冲击强度。

1)拉伸强度。塑料的拉伸性能是塑料力学性能中最重要、最基本的性能之一。

拉伸强度是指在规定的试验温度、湿度和拉伸速度下,沿试样的纵轴方向施加拉伸载荷,测定试样破坏时的最大载荷。拉伸试验测出的应力、应变对应值,可绘制出应力-应变曲线(图4-3)。通常以应力值作为纵坐标,应变值作为横坐标。曲线下方所包括的面积代表材料的拉伸破坏能,它与材料的强度和韧性相关。强而韧的材料,拉伸破坏能大,使用性能也佳(图4-3)。

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图4-3 拉伸应力-应变曲线

A—脆性材料 B—具有屈服强度的韧性材料 C—无屈服强度的韧性材料 σt1—拉伸强度 σt2—拉伸断裂应力 σt3—拉伸屈服应力 σt4—偏置屈服应力 εt1—屈服时的应变 εt2—断裂时的应变 εt3—拉伸时的应变 εt4—偏置屈服时的应变(%)

应力-应变曲线一般分两个部分:弹性变形区和塑性变形区。在弹性变形区域,材料发生可完全恢复的弹性变形,应力和应变呈正比例关系。曲线中直线部分的斜率即是拉伸弹性模量值,它代表材料的刚性。弹性模量越大,刚性越好。在塑性变形区,应力和应变增加不再呈正比例关系,最后出现断裂。

由于不同的高分子材料,在结构上不同,表现为应力-应变曲线的形状也不同,目前大致可归纳成五种类型,如图4-4所示。

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图4-4 各种应力-应变曲线

①软而弱:拉伸强度低,弹性模量小,且伸长率也不大,如溶胀的凝胶等。

②硬而脆:拉伸强度和弹性模量较大,断裂伸长率小,如PS等。

③硬而强:拉伸强度和弹性模量大,且有适当的伸长率,如硬PVC等。

④软而韧:断裂伸长率大,拉伸强度也较高,但弹性模量低,如NR,BR等。

⑤硬而韧:弹性模量大,拉伸强度和断裂伸长率也大,如PBT,PA等。

塑料属于粘弹性材料,它的应力松弛过程与变形速率紧密相关,应力松弛需要一个时间过程。当低速拉伸时,分子链来得及位移、重排,呈现韧性行为。表现为拉伸强度减小,而断裂伸长率增大。高速拉伸时,高分子链段的运动跟不上外力作用速度,呈现脆性行为。表现为拉伸速度增大,断裂伸长率减小。

由于塑料品种繁多,不同品种的塑料对拉伸速度的敏感不同。硬而脆的塑料对拉伸速度比较敏感,一般采用较低的拉伸速度。韧性塑料对拉伸的敏感性小,一般采用较高的拉伸速度,以缩短试验周期,提高效率。

高分子材料的力学性能表现出温度的依赖性,随着温度的升高,拉伸强度降低,而断裂伸长率则随温度升高而升高。因此试验要求在规定的温度下进行。

2)弯曲强度。弯曲强度是指试样在两个支点上,施加集中载荷,使试样变形或直至破裂时的强度。

弯曲试验主要是用来检测材料在经受弯曲负荷作用时的性能,生产中常用弯曲试验来评定材料的弯曲强度和塑性变形的大小,是质量控制和应用设计的重要参考指标。

弯曲指标的影响因素主要有操作、试验速度、跨距。

随着应变速率和试验速度的增加,弯曲强度也增强。各标准对试验速度都有统一的规定,且试验速度一般都比较低,这是因为塑料在常温下均属于粘弹性材料,只有在较慢的试验速度下,才能使试验在外力作用下近似地反映其松弛性能和试验材料自身存在不均匀或其他缺陷的客观真实性。

3)冲击强度。冲击强度是指试样受冲击破断时,单位面积上所消耗的能量值。对于某些冲击强度高的塑料,常在试样中间开有规定尺寸的缺口,这样可以降低它在破断时所需要的能量值。

冲击性能试验是在冲击负荷作用下测定材料的冲击强度。冲击强度用于评价材料抵抗冲击的能力或判断材料的脆性或韧性程度,因此,冲击强度也称冲击韧性。塑料材料的冲击韧性在工程应用上是一项重要的性能指标,它反映不同材料抵抗高速冲击而破坏的能力。

常用的测试方法有悬臂梁(Izod)和简支梁(Charpy)方法。包括材料破坏时消耗的能量、样品投出去的动能、材料内发生永久变形的能量、摆锤克服空气阻尼和机械摩擦所消耗的能量等。冲击强度值均随冲击速度的增加而降低;且热塑性塑料比热固性塑料影响更为显著。同一试样的厚度越大,冲击强度值越高;而在相同的试样厚度下,试验跨度越大,冲击强度也越高。

通常,冲击性能试验对工程塑料的缺陷很敏感,而且影响因素也很多,特别是对高分子材料,其抵抗冲击性能常常受到温度、湿度、冲击速度、试验的集合形状以及应力方式等影响,因此冲击性能用于工程设计一般作为参考指标。冲击测试的主要影响因素如下:

①温度:冲击强度随温度的降低而降低。温度的下降,材料从韧性状态转变为脆性状态,这种转变在一个较窄的温度范围内产生,试样在脆性温度下呈现脆性断裂,其冲击强度值较低。而在高于脆性温度下发生的韧性断裂,其冲击强度较高。

②缺口加工方式:一次注射的缺口试样冲击强度较高(拔模后缺口底部曲率半径变化较大),二次机械加工成型的缺口试样冲击强度较低。标准试验方法推荐使用机械加工方式加工试验缺口,以减少对结果的影响并提高试验结构的可比性。

③湿度:湿度越大,试样吸湿越多,冲击值越高。

④试样缺口底部曲率半径:半径越小,冲击强度值越低。原因是缺口底部的曲率半径越小,冲击时产生的初始裂纹所需要的能量也越小,因此冲击强度值较低;而随着缺口底部曲率半径的增大,使产生初始裂纹所需能量变大,因而冲击强度值也较高。

试样的缺口是为了使应力集中,以减少塑性形变并使裂痕发生在缺口的底部,以减少试验结果的分散性。缺口底部曲率半径越小,则应力集中系数也越大,因而冲击强度值越低。

⑤试样加持力:加持力过大,冲击强度一般偏低;加持力过小,冲击强度一般偏高。

(3)热性能

1)耐高温性能。

①无定形塑料。

对无定形塑料,Tg是其最高工作温度,在Tg附近弹性模量显著变化,如图4-5所示。

对结晶形塑料,其性能在Tm(结晶熔点温度)附近发生显著变化;熔融温度是结晶聚合物使用的上限温度,如图4-6所示。(www.xing528.com)

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图4-5 无定形聚合物的三种力学状态

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图4-6 结晶型聚合物形变-温度曲线

对橡胶,Tg是最低工作温度。

常用塑料的玻璃化温度Tg见表4-6。

4-6 常用塑料的玻璃化转变温度 (单位:℃)

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②半结晶塑料。半结晶塑料结晶熔融温度Tm是结晶高聚物的主要热转变温度。

由于结晶存在缺陷,并有分子量分布等原因,结晶聚合物熔点有一范围。

由于晶格的束缚,在熔点Tm以下时,结晶高聚物只能处于柔韧状态。如分子量不大,加热到Tm后直接产生流动而进入黏流态;分子量大时,则要经过一个小的高弹形变区,最后进入粘流态。

影响高分子聚合物熔融温度的因素:

1.分子间作用力

由熔融热力学得出的平衡熔点方程可以看出,减小熔融熵,提高熔融热是提高熔融温度的有效手段。增大分子间的作用力可以有效地增加高分子聚合物晶体由有序向无序转变所需要的热量。因此在实际工作中,为了提高高分子聚合物的熔融和使用温度,一个通用的做法是在分子链上增加极性基团,如在主链上引入—CONH—、—CONCO—、—NHCOO—、—NH—CO—NH—;侧链上引入—OH、—NH2、—CN、—CF3等。极性基团的引入增大了分子间的作用力,并可能形成氢键。而氢键的形成则会降低分子链段的柔性,导致熔融熵的减小。

2.分子链的柔顺性

分子链的刚性与熔融熵相关。刚性分子链对应于较小的熔融熵。增大分子链刚性的基本方法是在分子主链上引入刚性基团,如苯环、芳杂环,或共轭双键等。分子主链上接入较大体积的侧基或氢键的形成也可以达到增大刚性的目的。

在分子主链上引入醚键或非共轭双键等柔性基团则能有效增大分子链的柔性,增大熔融熵的数值。

3.增塑剂或添加剂

在高分子聚合物材料的加工过程中,往往需要加入一定量的增塑剂和添加剂以改善加工和使用性能。这些助剂通常会减弱分子间的相互作用力,使结晶高分子聚合物的熔融温度降低。这一现象被称为增塑剂和添加剂的稀释效应。

2)耐低温性能。脆化温度Tb:塑料的刚性随所处的环境温度的变化而变化,在标准环境温度下表现为软性或非刚性的塑料,当环境温度向低温方向变化而达到某一低温区域时,就表现出刚性,继而变成脆性。脆化温度的测定,就是塑料试样在规定的受力及变形条件下,测出其试样显示脆性破坏时的温度。脆化温度Tb为塑料使用的下限温度,低于Tb会发生开裂。

3)尺寸稳定性。

线性膨胀系数。线性膨胀系数是指温度升高1℃时,每1cm的塑料伸长的厘米数,若表示塑料在某一温度区间的线胀特性时,就称为平均线胀系数。塑料的线性膨胀系数一般是钢材的10倍左右。常用塑料的线性膨胀系数见表4-7。

②蠕变。所谓蠕变,是指在恒温、恒负荷下,高聚物材料的形变随时间延长而逐渐增加的一种现象。

4-7 常用塑料线性膨胀系数

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蠕变影响因素:

a.温度:温度升高,蠕变速率增大,蠕变程度变大。因为外力作用下,温度高使分子运动速度加快,松弛加快。

b.外力作用大,蠕变大,蠕变速率高(同于温度的作用)。

c.受力时间:受力时间延长,蠕变增大。

d.分子结构:刚性的主链分子运动性差,外力作用下,蠕变小;交联与结晶:交联使蠕变程度减小,结晶也类似于交联作用,使蠕变减小。

凡是能增加分子间作用力和链段运动阻力的结构因素,均能提高聚合物抗蠕变和应力松弛能力。例如:主链刚性大;相对分子质量高;分子极性强,分子间作用力大;聚合物交联等。

聚四氟乙烯分子链虽然刚性大,但分子间作用力小,所以抗蠕变松弛能力弱;聚氨酯橡胶由于分子极性强,分子间作用力大,抗蠕变性能好;聚氯乙烯塑料抗蠕变性能差。Et=E1t-βE1Et为一个单位时间和t时间的弹性模量,β为材料的蠕变速率常数。常用塑料的蠕变速率常数见表4-8。

4-8 常用塑料的蠕变速率常数

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4)耐化学性。耐化学性是指塑料抵抗酸、碱、有机溶剂、油料、气体、盐水、铜等化学药品侵蚀的能力。在化学药品的长期作用下,塑料的外观和物性会发生失光、变色、雾化、开裂、龟裂、翘曲、分解、溶胀、溶解、发黏等变化。此外,在受力情况下,会引发银纹和龟裂,引起应力开裂。

塑料的结晶性和化学结构对其在溶剂中的行为影响很大,通常结晶性材料比无定形塑料的耐化学性好。塑料的耐化学性见表4-9。

4-9 常用塑料的的耐化学性

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5.内外饰常用塑料及要求

汽车内外饰部件常用塑料主要有PP类、PU类、ABS类(包括ABS和PC+ABS合金)、PE类、PA类和POM等,其中用量最大的为PP类材料。某车型内外饰部件常用塑料种类如图4-7所示。

(1)PP 中文名称聚丙烯,是由丙烯单体经自由基聚合而成的聚合物。它无毒、无臭、无味,是一种高密度、无侧链、高结晶度的乳白色线性聚合物。汽车工业使用等规聚合物。PP类材料优点:

1)密度小(最轻的塑料),质量轻。

2)吸水率低,几乎完全不受水分侵蚀。

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图4-7 汽车内外饰常用塑料种类及其使用比例

3)加工流动性能好,易成型,制品外观质量好。

4)原料来源丰富,价格便宜。

5)耐温性能好(但热负荷变形能力差)。

6)耐化学性能好。

由于PP的玻璃化转变温度Tg为-20℃和叔碳原子上的氢易氧化,最应预防的缺点为低温脆化和耐候老化性能。低温脆化可通过弹性体的填充改性或其他单体,如乙烯的共聚改性来提高;耐候老化性通过加入抗氧剂和光稳定剂等助剂改善。同时PP材料由于是结晶性材料,收缩率较大,尺寸稳定性差。

由于PP材料成本较低廉,且通过改性可以在很宽的范围内调整其性能,以满足不同零件的性能需求,PP类材料在内外饰部件用量最大,主要使用部件为零件本体,如仪表板本体、副仪表板本体、杂物箱、储物盒、门护板本体、立柱护板本体、门槛压板、座椅护板、行李箱护板、乘客扶手、前/后保险杠蒙皮、侧裙护板、前风窗下装饰板挡泥板等。纤维增强PP类材料具有较高的刚性,尤其是长玻纤增强和玻璃纤维毡改性,在结构件上使用较多,以替代金属为主,应用在备胎舱、座椅骨架、门模块等部件上。

PP类材料应用在外饰和内饰件的要求不同,如保险杠由于外表面喷漆,不对材料本身要求耐光照老化,主要要求PP材料具有高熔融指数、高刚性、高冲击、低线性膨胀系数,以满足薄壁化、短加工周期、高冲击、零装配间隙的部件要求。而内饰件如仪表板对PP类材料的要求比较多:刚性和韧性平衡,耐老化性和高低温环境下不发生变形或脆裂,此外还要求PP材料具有低气味、低VOC散发、低雾度,以使车内空气洁净;同时对于未包覆软质表皮的硬质PP塑料零件,还需要考虑其表面耐刮擦性能,以及在大气暴晒时不产生发粘现象。

(2)ABS ABS是一种无定形材料,为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物,一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相,另一个是聚丁二烯橡胶的分散相。ABS的特性主要取决于三种单体的比例及两相中的分子结构。丙烯腈组分特性是耐热性、耐化学性、高刚性;丁二烯表现的特性是抗冲击强度;苯乙烯表现的特性是加工流动性、光泽性、高强度。改变三组分的比例、化合方法、颗粒的尺寸,便可生产出不同的品种。ABS最出色的性能为表面装饰性和二次加工性,包括喷漆、电镀、焊接、粘接等,而且其尺寸稳定性和耐蠕变性能好。其主要缺点为耐化学性差,耐紫外线不佳(丁二烯组分具有双键),光泽度高。因此,在ASA和AES中分别用丙烯酸橡胶和三元乙丙橡胶替换丁二烯橡胶来提升耐候性。此外,耐热性不高也是限制其使用的主要原因。

ABS在内外饰部件上主要应用于采用喷漆、电镀、水转印、IMD等工艺的装饰件,例如喷漆装饰条、电镀亮条、电镀格栅、电镀标牌、后视镜外壳等。同时因其尺寸稳定性特别是高温稳定性较好,所以也被用于组合仪表罩、转向柱护罩、门护板中部嵌板、开关按钮、出风口面板等。吹塑级的ABS还可用于扰流板。零件温度要求是决定选择不同耐热等级ABS的主要考虑因素。另外,由于ABS较差的耐候性,一般不用于暴露于阳光直射的外饰皮纹件。

(3)PC+ABS PC+ABS是PC和ABS共混的合金塑料。PC与ABS共混物可以综合PC和ABS的优良性能。PC+ABS合金中PC贡献耐热性、韧性、冲击强度和阻燃性;ABS贡献良好的加工性、表观质量和低密度。对于ABS,因PC的掺入,使冲击强度、热变形温度、弯曲强度和硬度均有提高,从而合金特别适用于高强度结构件。对于PC,混入ABS后不仅降低了单位成本,也可以降低PC的熔体黏度,提高加工性能,减少制品内应力,改善了PC的低温冲击韧性和缺口冲击强度对制品厚度的敏感性,同时也改善了PC的电镀性、喷涂性。作为两种无定形塑料的合金,PC+ABS的优点为综合性能优良,无明显缺点。

PC+ABS应用于一些需要一定耐热性且对冲击要求较高的装饰件,如电镀门把手、中控台装饰板等。由于具有优秀的低温性能、尺寸稳定性以及与泡沫出色的粘结性能,PC+ABS还常应用于高档车型的仪表板本体。

(4)POM POM是一种半结晶塑料,中文名为聚甲醛。POM分为均聚和共聚两种。均聚POM是三聚甲醛或甲醛的均聚体;共聚POM是三聚甲醛与1,3-二氧戊环的共聚体。均聚甲醛结晶度高,机械强度、刚性、热变形温度等指标比共聚甲醛好,共聚甲醛熔点低,热稳定性、耐化学腐蚀性、流动特性、加工性和连续使用温度均优于均聚甲醛。POM的端基为半缩醛(—CH2OH),当温度高于100℃时,端基易断裂,一般需经封端基处理使其稳定化,提高其热稳定性和耐热使用温度。POM的典型优点为耐磨性高、比强度和比刚性接近于金属、耐疲劳性好。缺点为耐温不高、阻燃性差、收缩率大。

1)应用:POM主要应用于耐蠕变性、耐疲劳性、耐磨要求高或者有自润滑要求的部件,如保险杠安装支架、开启手柄、卡扣、风口内部机构件、杂物箱内部机构件、玻璃升降系统等。

2)要求:使用POM的部件,如保险杆安装支架、卡扣等主要要求刚性和疲劳性,其性价比较高且无附加要求。而扬声器面罩和玻璃升降系统除考虑材料本身具有耐磨和疲劳性能外,还要考虑老化因素及声学因素。仪表板区域的扬声器面罩由于受光的直接照射,需要5个老化周期的考验,一般选用UV改性的共聚POM。而玻璃升降机构的托架导轨滑轮等要求材料自润滑性好、制品噪声低,多采用均聚POM。

(5)HDPE HDPE为高密度聚乙烯,是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂,为PE的一个重要分支材料。其性能主要受密度、分子量、分子量分布和添加剂四个因素影响。密度主要是受共聚单体(丁烯、己烯、辛烯等)加入的影响,但较少程度也受分子量影响。高密度会提升机械强度、热性能和防渗透性(透气性和透水性),但会影响冲击性能和抗环境应力开裂;高分子量会增强熔体强度、冲击性能和抗环境应力开裂性能;分子量的分布主要针对不同的加工工艺;添加剂主要针对制品用途。和其他材料相比,HDPE在耐寒性、耐环境应力开裂性和阻隔性能上具有出色的表现。汽车应用中最应注意的缺点是其耐高温性能。

HDPE在内外饰部件上应用于吹塑部件,主要为仪表板风道系统,一般选择熔指比较低的HDPE,熔体强度高。

风道对HDPE的主要性能要求为耐温性,包括高温性、低温性和温度交变稳定性。高温要求80℃/24h,低温要求-40℃/24h,温度交变在-40~80℃之间进行,对温度、湿度和升降温时间进行调节。经过考验后的HDPE吹塑风道不能出现轮廓和曲面歪斜、接合面分离、生成气泡、粉化、渗出、缩孔、偶然性纹理消失、装饰层膨胀以及其他可察觉的变化,装配件还要求装配点处不能失效,不能翘曲变形。其他性能要求HDPE具有低散发性、低气味性。

(6)PA 俗称尼龙,学名聚酰胺,是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称。脂肪族尼龙是最主要的品种,其命名由合成单体具体的碳原子数而定,最常用的为PA6和PA66。纯PA6和PA66的主要优点为耐磨损,自润滑性好,韧性好,亚甲基/酰胺基的比例越大,柔性越好;最大的缺点为吸水性、尺寸稳定性不佳,酰胺键的比例越大,吸水率越高。各种尼龙按韧性大小排序为PA66<PA6<PA610<PA11<PA12;按吸水性大小排序为PA6>PA66>PA610>PA11>PA12。PA6和PA66作为半结晶塑料,在玻纤增强后性能得到成倍提升,尤其是刚性和耐热性,但短玻纤的引入也会导致取向翘曲和表面浮纤问题。

尼龙在内外饰部件中主要发挥其耐磨自润滑性和刚性好的优点。纯PA66在卡扣、扎带和齿轮中应用较多,玻纤增强的尼龙多应用于结构件,如外开把手、内开手柄、后视镜底座、安全气囊安装支架等。考虑到尼龙材料的承受高温能力,绝大部分尼龙材料应用在发动机舱领域。纤维级尼龙称为锦纶,可应用在地毯上。

纯尼龙的应用主要利用其韧性和耐磨自润滑性,齿轮的应用还应关注其对油脂等溶剂的耐化学性。玻纤增强的尼龙应用偏重于结构件,因此机械强度是主要性能。由于尼龙具有吸湿性,对所有的应用部件应特别预防尺寸变化,一般要求吸湿处理。

(7)PVC PVC为聚氯乙烯,物理外观为白色粉末。纯的聚氯乙烯(PVC)树脂属于强极性类聚合物,其分子间作用力较大,从而导致了PVC软化温度和熔融温度较高,一般需要160~210℃才能加工。PVC分子内含有的取代氯基容易导致PVC树脂脱氯化氢反应,从而引起PVC的降解反应,所以PVC对热极不稳定,温度升高会大大促进PVC脱HCl反应,从而导致了PVC降解。HCl具有自催化作用,会使PVC进一步降解。另外,如果有氧存在或有铁、铝、锌、锡、铜和镉等离子存在,都会对PVC降解起催化作用,加速其老化。为提高PVC的使用性和用途,经常需要加入助剂,特别是增塑剂,可提高树脂的可塑性,使制品柔软、耐低温性能好。

PVC塑料在内外饰部件上主要应用于仪表板表皮和门板上装饰板表皮,而有些变速杆球头采用PVC塑料。

PVC搪塑表皮的部件由于所处的位置基本上为阳光直射的地方,并且处于前排主视野区,因此主要性能为耐热老化性和耐光照色牢度。一般测试条件为120℃/500h,测试样品可分为发泡前表皮和发泡后与泡沫粘结的表皮两种情况评估。耐光照色牢度要求≥250h。由于更多车型采用隐藏式气囊表皮,副驾驶位置涉及低温气囊爆破,低温性能是PVC搪塑表皮另一个主要性能,需要进行-40℃/5h的评估。

(8)PBT PBT为聚对苯二甲酸丁二醇酯,是一种半结晶塑料,属于聚酯系列,与PET一起统称为热塑性聚酯,或饱和聚酯。PBT最出色的性能在于电性能,不受湿度变化的影响。玻纤增强后其强度和耐热性得到大幅提升,可用于结构件。使用PBT需要注意其在高温高湿环境下酯键的水解是否导致长期使用性能下降。水解作用受酸环境的催化,PBT的羧基端基数也影响水解稳定性。因此加工时含水量必须非常低,某些应用应使用抗水解牌号。

纯PBT或低玻纤含量增强的PBT多应用于电器件,如接插件等,高玻纤含量的PBT多应用于结构件,如后视镜底座、行李架支座等。PBT的合金材料PC+PBT可用于保险杠吸能块、门把手、加油口盖等。

使用高玻纤含量的PBT做结构件,因为直接替代金属或玻纤增强尼龙,主要性能要求为机械强度。

(9)PU PU即聚氨酯,是由异氰酸酯与多元醇反应而制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。聚氨酯由两相组成,包括软段和硬段,软段是长链多元醇,硬段由异氰酸酯和扩链剂构成。聚氨酯由异氰酸酯和多元醇反应先生成预聚体,然后与扩链剂反应硫化制得。也可使用“一步法”来合成聚氨酯以降低成本和增加反应速度。一步法就是将多元醇、异氰酸酯及扩链剂混合,一步反应生成聚氨酯。聚氨酯泡沫的主要优点在于压缩变形能力、回弹性好、良好的声学性能。

聚氨酯主要应用于汽车座椅泡沫、仪表板软质发泡层、地毯/前壁板隔音垫吸音层。此外,硬质的聚氨酯片材经过与玻纤组成复合板材大量用于顶篷基材。

聚氨酯泡沫通过调节异氰酸酯和多元醇的比例来改善其性能参数。但聚氨酯面临的主要问题在于环保压力,环保发泡剂、降低VOC和中间体游离甲苯二异氰酸酯(TDI)含量是主要改善方向。

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