汽车高分子材料课程讲义

1 汽车高分子材料 培训课程讲义 2005 1 2 目 录 第一篇 汽车塑料基础知识 一、汽车塑料制品发展过程 二、汽车用塑料主要特点 三、我国汽车塑料制品发展现状与趋势 四、塑料在轿车饰件的应用 第二篇 汽车用塑料制品与材料 一、聚氨酯泡沫塑料制品 二、工程塑料汽车零部件 三、塑料基复合材料汽车制品 四、塑料及树脂缩写代号 五、塑料的组成 六、汽车塑料制品常用聚合物树脂 七、汽车塑料制品的主要助剂 八、汽车塑料制品的常用填充物和增强物 九、汽车 塑料的需要的主要性能指标 第三篇 汽车饰件用塑料及其制品 一、汽车饰件与塑料 二、汽车用聚氨酯泡沫塑料 三、汽车软饰件与塑料 3 四、反应注射模塑及制品 第四篇 汽车常用塑料及饰件 一、聚丙烯塑料汽车塑料件 二、聚乙烯汽车塑料件 三、改性聚苯乙烯塑料 四、聚氯乙烯车塑料件 第 五篇 塑料结构制品材料的选用原则 一、塑料材料选用的注意事项 二、塑料材料的选用范围 三、常用零部件的选用方法实例 第六 篇 塑料制品的设计要求 一、设计的工艺性 二、典型零部件的设计 第一篇 汽车塑料基础知识 一、汽车塑料制 品发展过程 1可清洁性 -轻量性 -减震性 -经济性 -资源性 塑料的重量轻、手感好、成型工艺简单 汽车对轻量化、舒适性、和安全性的要求 汽车（包括轿车）用塑料制品用量的增加 4 二、汽车用塑料主要特点： 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。 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。 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。 5 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，可而被用于特殊的场合。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，被加工成各种被加工成各种要求多种性能和功能的汽车内外饰件。 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。 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。 6 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。 #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。 #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。 #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。 #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 7 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。 #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 。 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。 三、我国汽车塑料制品发展现状与趋势 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。 近年来我国大力开展汽车软饰化工作，汽车上塑料用量明显增加。 8 表 1-1 我国不同车型塑料用量 分类 塑料用量（ Kg/辆） 塑料占全车材料的百分比（） 轿车 34.6 5 2 t载货汽车 27.7 1.54 4 t载货汽车 22.5 0.4 10 t 载货汽车 25.8 0.32 表 1-2 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 四、塑料在轿车饰件的应用 轿车对安全、美观、舒适等要求 塑料在轿车软饰件上的广泛应用 9 轿车软饰件主要是指轿车车身内外各种质地柔软坚韧的装饰部件 ，其中以内饰件为主。轿车中典型的塑料软饰件见表 1-3。 表 1-3 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 聚氨酯泡沫塑料 扶手、仪表板缓冲垫 聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙稀 仪表盖板、前支柱装饰条、控制箱体 丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ ABS） 仪表板芯材 玻璃钢纤维增强丙烯腈苯乙烯共聚物 仪表板托架、车门前饰板芯材、制动杆手柄、中后支柱装饰条 聚丙烯 转向盘 聚丙烯、聚氨酯 车门内饰板表皮、车顶棚内衬表皮 聚氯乙稀 车门内饰板隔离层、车顶棚内衬隔离层 聚氨酯、聚苯 乙烯 车顶棚内衬托架 聚丙烯、聚苯乙烯 10 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。 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 1-4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。 表 1-4 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 塑料名称 取暖及通风系统、车厢、发动机机舱、车身、灯壳、工具箱、电线接线柱、接线盒盖、消音器等 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、电线包覆层等 聚氯乙烯、氯化聚氯乙稀、玻纤增强聚氯乙稀、热固性低发泡聚氯乙稀 挡泥板、顶棚和门的减振材 料、行李箱垫、空气导管、汽油箱等 低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯 轿车对轻量化、提高安全性、节约能源消耗、降低生产成本等要求 塑料在轿车结构件和内外装件上的广泛应用 11 后挡泥板、仪表板、收音机罩、空气排气管、转向盘喇叭罩、格栅、后护板、上通风盖板、车轮罩、百叶窗、支架、镜框等 高抗冲 ABS、超高抗冲 ABS、高刚性 ABS、电镀 ABS、透明 ABS、氯化共混 ABS 灯具、仪表标牌、遮阳板、窗玻璃、保险杠等 聚碳酸酯、玻纤增强聚碳酸酯 保险杠、散热器格栅、扰流板、翼子板等 反应型注射成型聚氨酯（ RIM） 第二篇 汽车用塑料制品与材料 一、聚氨酯泡沫塑料制品 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。 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 R RIM）等。 12 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，聚甲醛复合材料制造传向节主销衬套。 四、塑料及树脂缩写代号 表 2-1根据 GB1844 80 标准，列出常用塑料及树脂的缩写代号。 缩写代号 塑料和树脂全称 PUR 聚氨酯 Polyurethane PP 聚丙烯 Polypropylene PE 聚乙烯 Polyethylene PS 聚苯乙烯 Polystyrene PVC 聚氯乙烯 Poly(vinyl acetate) PC 聚碳酸酯 Polycarbonate ABS 丙 烯 腈 丁 二 烯 苯 乙 烯 共 聚 物Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer PAN 聚丙烯腈 Polyacrylonitrile PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯 Poly(methyl methacrylate) PBT 聚对苯二甲酸丁二醇酯 Poly（ butylene terephthalate） PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯 Poly（ ethylene terephthalate） 13 EP 环氧树脂 Epoxide resin PF 酚醛树脂 Phenol-formaldehyde resin UF 脲醛树脂 Ultra-formaldehyde resine UP 不饱和树脂 Unsaturated polyester PA 聚酰胺 Polyamide PI 聚酰亚胺 Polyimide POM 聚甲醛 Polyformaldehyde (Polyoxymethylene) PPO 聚苯醚 Poly(phenylene oxide) PSU 聚砜 Polysulfone RP 增强塑料 Reinforced plastics GRP 玻璃纤维增强塑料 Glass fibre reinforced plastics 五、塑料的组成 1树脂 树脂是塑料中最重要的组分，约占塑料全部组分的 40 100。 合 成树脂（主要成分） + 添加剂 塑料 在一定温度、压力下可加工成型或者交联固化成型 14 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。 1.1热塑性塑料 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。 这类塑料的优点和缺点。 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。 1.2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。 六、汽车塑料制品常用聚合物树脂 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。 下面对建筑塑料制品种常用的原料作简单介绍。 高分子建筑材料的主要成分就是合成树脂，合成树脂按照聚合的方法有加聚树脂和缩聚树脂两类，而按照受热行为又可分为热塑性塑 15 料和热固性塑料两类。 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。常 用于作为建筑塑料制品常用原材料的塑料树脂有 PVC、 PE、 PP、 ABS、 PS、酚醛、环氧树脂、聚氨酯、不饱和聚酯等。 （一）、 PVC（聚氯乙烯）： 1 PVC的种类与应用领域 PVC 是高分子建筑材料中应用最多的树脂。 PVC 树脂按照聚合方法可分成悬浮树脂和糊状树脂，悬浮树脂是粉状物，按照分子量大小可分种型号，其分子量范围、性能和用途如表所示 ,参考标准 HG2-775-74。表中的黏度表示为 1%树脂在 1， 2二氯甲烷中的溶液绝对黏度值 . 表 2 2 悬浮法树脂的分子量范围和用途 疏松 紧密 平均分子量/万 粘度/Pa.s10-2 汽车应用 外包装包扎标记 XJ-1 8 75-9.56 2.00-2.10 绝缘线材 蓝色 16 S-1 XS-2 XJ-2 8-8.75 1.90-2.00 白色 XS-3 XJ-3 7.2-8 1.80-1.90 表皮材料等 黄色 XS-4 XJ-4 6.35-7.2 1.70-1.80 内饰材料 绿色 XS-5 XJ-5 5.51-6.35 1.60-1.70 镜框、信号盖 等 红色 XS-6 XJ-6 4.7-5.51 1.50-1.60 过氯乙烯底 涂 黑色 PVC糊状树脂是在加入了大量的增塑剂后，用于涂布法加工软质PVC表皮、革类面料产品、 PVC软质地板等，一般在糊状 PVC树脂中的增塑剂加量，可达到树脂含量的 80-100%。 在汽车塑料制品种最常用的塑料原材料当属聚氯乙烯，用 PVC塑料制造的汽车塑料制品随处可见， PVC 塑料方向盘、 PVC 塑料衬板、 PVC塑料汽车铺地材料。这不仅是因为 PVC树脂价格经济，而且加工性能和综合力学性能都比较好。 2 PVC的性能特点 将 PVC 树脂用于汽车材料中的最可贵特点是具有自熄性，这是因为 PVC 材料的分子中含有 56.8氯原子，遇明火能够自熄。材料自熄是指原本燃烧的材料在离开火源就会自动熄灭，衡量某种材料是否会燃烧可用氧指数值作判断。当材料的氧指数达到 30 以上，才可将这种材料称为具有自熄性。也就是说，这种材料只有当所处空气环境中的含氧量达到 30%时才会燃烧，低于此值则不会燃烧，那么 17 这种材料一般使用情况下的燃烧性能是安全的。 自熄性对于建筑材料是极为重要，可以避免许多意想不到的灾害。 不管哪一类的 PVC 树脂在加工时都必须加上稳定剂，否则， PVC受到光和热很容易分解。一般配方中除了稳定剂之外，还要加入润滑剂、防老化剂、并根 据不同的树脂型号和产品需要，加入增塑剂和各种增强填充剂。假如增强填充剂，既是为了降低成本，也更为了改善某一个具体的性能，比如耐热性、抗冲击性、强度、耐介质性能等。 要区别 PVC 材料属于硬质或软质，主要是由加工时所加入的增塑剂的量决定。一般情况下，加入的增塑剂量大于树脂量的 30%时，称为软质 PVC材料，含较多增塑剂的 PVC材料要成为自喜获阻燃产品还需加入特定的阻燃成分，否则不再自熄；而硬质 PVC 材料的增塑剂加入量小于树脂的 10%，或者完全不加增塑剂，其阻燃性能不受到大的影响。汽车高分子材料中的 PVC 类产品中硬 质、软质都有，除了树脂性号外靠增塑剂调节，但都可以保持材料的自熄性能。硬质PVC材料除了自熄以外，抗老化性能和综合力学性能也较好，但它的抗冲击性能，尤其是低温抗冲击性能往往还不能满足应用要求，采取的措施是在配方中加入抗冲改性剂。软质制品无抗冲击要求。 常用的 PVC 材料抗冲改性剂有 ACR（丙烯酸酯共聚物）、 CPE（氯化聚乙烯）、 EVA (乙烯 -醋酸乙烯共聚物 ) 、部分无机填充物等，改性的作用是让材料增加抗冲击韧性。 18 3其它相关共聚物： 氯乙烯除了聚合成 PVC，还可以和其它不饱和单体共聚，形成氯乙烯类其它共 聚物，如下面表 2-2所示。 表 2-3 氯乙烯类其它共聚物 单体 1名称 单体 2名称 共聚物名称 性能特点 高分子建材 氯乙烯 醋酸乙烯 氯醋共聚物 改善加工性能 地板、涂层 氯乙烯 偏二氯乙烯 氯偏共聚物 改善韧性 墙面涂料 氯乙烯 氯化改性 过氯乙烯 耐老化性好 地面涂料 （二）、 PE（聚乙烯） 1 PE的种类与应用领域 PE材料的种类很多，不同的 PE有不同的力学性能和加工性能，根据不同的用途和性能要求，相应的用不同的 PE制成不同的产品。 PE的力学性能与其密度有很大关系，密度越高，力学性 能越好。 不同的 PE 原材料和在建筑中适用的产品如表 2-3所示。 表 2- 4 PE 原材料特性和适用产品 名称 缩写 密度或分子量 性能 汽车用 高密度聚乙烯 HDPE 0.941-0.965, 力学性能较 膜 19 好 低密度聚乙烯 LDPE 0.910-0.940 力学性能较差 线性低密度聚乙烯 LLDPE 0.910-0.940 线性结构 超高分子量聚乙烯 UHMWPE 分子量大于150 万 特别耐磨，力学性能特别好 耐磨衬材 市售商品 PE 以 MI（熔融指数）进行分级， MI 值在 0.3-20 范围内， 分子量越大，密度越高， MI 值越小。 MI 代表意义为：加工温度 190C0、 载荷 2160g、 10秒内、从直径 2.1mm、长 8mm的毛细管中挤出的克数。 2 PE的性能特点 PE 的最大优点是对人体无害和耐溶剂性能特别优秀，常温下几乎没有可溶解的溶剂，只有某些烃类物质能使它溶胀甚至溶解，比如，四氯化碳。 PE 的耐介质腐蚀的能力也特别强，可耐大多数酸性和碱性物质，只有浓硫酸和浓硝酸方能够慢慢地侵蚀它。因此， PE可被用来加工成建筑中需要接触大多数化工液体的管材，由于耐腐蚀性好，还特别适用于制造成输送饮用水的管道和医用、 药用输液管。 超高分子量聚乙烯材料是近年来发展的新材料，由于它的分子 20 量特别大，理化性能具有很多超出寻常 PE 材料的优点，被誉为现代奇异新塑料。尤其是他的耐磨性能非常好，甚至可以为普通钢材的8-9倍，这种材料非常适合用于很多易磨损材料。但是由于超高分子量聚乙烯材料的分子量相当大，长期以来，它的加工成型是一个问题。通过配方改性或对挤出加工设备进行特殊的改造，目前已经能连续挤出加工成型。 PE 作为汽车材料应用，其最大的缺点是容易燃烧，因此，用 PE一定要采用比较保险的阻燃措施，最简单、常用的方法是加入合适的而且有足够 量的阻燃剂，用来改善 PE的燃烧性能。 3 PE和其它化合物的共聚物 PE 和其它物质形成的共聚物如表 2-5所示。 表 2-5 PE 和其它物质形成的共聚物 单体 1 单体 2 共聚物名称 性能特点 建筑应用 PE 醋酸乙烯 EVA 弹性随 VA 量增加 抗冲改性剂 PE 氯气 CPE 燃烧性能随氯改善 抗冲改性剂 PE 氯气、二氯化硫 氯磺化PE 弹性体 抗冲改性剂 21 (三 ) 、 PS (聚苯乙烯 ) 1 PS的种类与应用领域 聚苯乙烯树脂的加工方法有悬浮聚合和本体聚合两类，本体聚合法的聚苯乙烯是由苯乙烯单体聚合而成的 .本体聚合只需要加热及加引发剂，就可以得到纯度较高的连续聚合产品，但对聚合反应控制难度较高。悬浮聚合要以水作为分散剂，聚合得到 PS颗粒。 PS常用于加工建筑中应用较多的发泡 PS 材料。加工泡沫塑料的方法是将PS 和低沸点的有机液状物（例如丁烷）加热至一定温度，然后在较高压力下使液体渗入到 PS 的内部，当冷却时，该低沸点的液体就被固定在 PS粒子的内部，一旦这些粒子再次遇到蒸汽加热时， PS粒子就会软化、粘连，但使其同低沸点物同时发生气化，就膨胀成多个有隔离层的小气孔，即形成 PS 泡沫 塑料。 2 PS的性能特点 用单纯的 PS 加工材料时，其外观特点是无色透明，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而挺括，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。 3 ABS及其它 PS 系列共聚物 22 由于 PS 脆性，常将其与其它物质一起接枝共聚，使其改变脆性，增加在建筑上的应用范围。 如，与丁二烯接枝共聚，得到高抗冲 PS(HIPS)；与苯乙烯、丁二烯三元接枝共聚，得到了集合三者优点于一身，却又改去原来 PS 脆性的 ABS，因为丁二烯使 ABS 坚韧；并喜庆提高了 ABS的表面硬度和耐化学性能；本乙烯让 ABS保持良好的刚性、表面光滑性和加工性能。这种综合材料性能使 ABS 成了一种很受欢迎的新材料。常用 ABS 制造一些需要综合性能优异的汽车材料和有装饰要求的零件。 ABS的生产方法主要有混炼法和接枝法，混炼法是先用 1/3丙烯晴和 2/3 苯乙烯得到丙烯晴和苯乙烯的共聚物；又以 1/3 丁二烯加2/3 丙烯晴的比例得 到丁二烯和丙烯晴的共聚物；再将两者按 1/3：2/3的比例在 150-200C0左右的温度范围内进行混炼，得到了三元共混合金 ABS 塑料。接枝法是直接按照不同比例聚合，如 34（ A，丙烯晴）： 42（ B，丁二烯）： 24（ S，苯乙烯），将聚丁二烯溶于苯乙烯和丙烯晴，而后进行本体聚合或悬浮聚合。 ABS的具体性能和三种组分的比例有很大关系，可根据其具体应用功能需要决定，商品 ABS已根据其不同组合比例有对应具有不同牌号和各种性能特点的产品。 PS 还通过其它不同的接枝共聚和改性，得到很多固定搭配的 PS家族的合金塑料品种，如 MBS、 SBS、 AS、 SMA 等。这些材料分别可应用于多种场合，既可作为主要原料，也可作为常用塑料的改性剂，或者和其它塑料共混，重新组成另一种新的塑料合金材料。 SMA 23 是汽车上的重要仪表板骨架材料， MBS、 SBS、 AS 都是重要的树脂改性增韧改性材料。 （四）、 PP(聚丙烯 ) 1 PP的种类和应用领域 有均聚法生产的和共聚法生产的两类树脂。均聚生产的 PP 是由单一的丙烯单体聚合而成，而共聚 PP 是由丙烯和乙烯两类单体共同聚合而成的。商品 PP 以熔融指数来划分，熔融指数的范围为0.2-12，测定熔融指数的标准温 度为 230C0 。 用 PP 树脂制造的汽车用制品很多，有各种保险杠、板材、水箱、装饰板， PP 在汽车上的应用有越来越多的趋势。 2 PP的性能特点 PP 是结晶型塑料，均聚生产的 PP 特点是韧性差，但是刚性较好，共聚生产的 PP特点则表现为韧性较好，但是强度偏低。 PP的密度较小，只有 0.9，几乎是所有的普通塑料中密度最小的塑料品种。 将 PP 用于汽车工业的优点很多，它无毒，综合力学性能较好，抗拉性能比 PE好，抗弯曲性能也较佳。而且 PP的耐热性较好，即使在 100度温度下，它还能保持 50% 的原有抗拉强度。 PP 的耐溶 剂性能也不比 PE差，在常温下几乎无溶剂可以溶解 PP。 PP 用于汽车的主要缺点是燃烧问题，它不仅易燃，而且会滴落燃烧物，很容易因此而引起火灾。因此 PP 用于汽车中一定要采取较好的阻燃防火措施 ,这一点是它在汽车上能否更加大量推广应用的主 24 要关键，有效的办法可以应用合适的阻燃剂品种和量， PP 应用阻燃剂必须注意如果是与人接触的健康材料，不要因为由于阻燃剂而影响 PP原有的环保品位。 PP 的另一个缺点是在低温下的抗冲击性能较差。解决这一问题的办法很多，主要采用其它韧性材料、刚性粒子或弹性体进行各种改性增韧，如橡胶、各种纤维 、天然无机粒子等。 （五）、 AC(丙烯酸类树脂 ) 1 AC的种类和应用领域 丙烯酸类树脂是丙烯酸类单体的共聚物或者均聚物，确切地说是一个具有很多相似结构聚合物的大家族，其中在汽车上应用的较多的是的 PMMA（甲基丙烯酸甲酯），俗称有机玻璃。 PMMA 的聚合方法有本体法和悬浮法两种，本体聚合时，先将单体经过预聚合，形成聚合度 10%的粘性稠状液体，然后直接灌入由两块无机平板玻璃形成的平板模具内，让预聚体在 40-70C 水箱中聚合。用本体法聚合得到的一般是平板有机玻璃，而悬浮法聚合得到的是模塑有机玻璃粉。 有机玻璃 在汽车上常用来作为透光装饰材料，也用于作为窗的玻璃代用物，还用于灯罩等。 2 AC的性能特点 汽车上应用有机玻璃首先是它有极好的透光性， PMMA的透光率可达 92%左右，几乎是透光性能最好的塑料品种。另外，有机玻璃的耐候性也较好，在很强的日光下使用若干年后，照旧有很好的透光 25 性，色泽变化也不大。 有机玻璃在汽车上应用的缺点是表面硬度较无机玻璃要低得多，耐刻划的性能较差；另一个缺点是要燃烧，燃烧时会出现淡蓝色的火焰，但无滴落物。 （六）、 PU（聚氨酯） 1聚氨酯的种类和应用领域 聚氨酯一般 有两类，由含有异氰酸酯基的多异氰酸酯和含有羟基的聚醚或聚脂反应生成醚类聚氨酯和酯类聚氨酯。含羟基的聚醚由多元醇和环氧丙烷反应制得，聚醚分子中的羟基的数量为 3-8 个；含羟基的聚酯由二元酸（邻苯二甲酸、己二酸）和多元醇（乙二醇、甘油）缩合反应生成的低分子聚酯，不同的配方可以得到不同的聚酯。 聚醚型聚氨酯和聚酯型聚氨酯都用羟值来衡量羟基含量。其含义为：在 1g 树脂中含有的羟基相当于 KOH 的毫克（ KOHmg/g树脂）。羟值是代表材料交联密度的，与聚氨酯的硬度成正比，羟基含量越大，羟值越高， PU 越硬。高羟值的聚 氨酯材料用于制造硬质聚氨酯建筑制品，低羟值的聚氨酯用于制造软质聚氨酯制品。 聚氨酯材料在汽车上应用很多，如涂覆材料、聚氨酯硬质塑料板材、聚氨酯弹性体、座椅软泡沫材料、装饰件、沙发革、车顶；应用最多的是各种软质和硬质的聚氨酯泡沫材料，它有隔振、隔音、降噪、保温隔热； PU 还可制成车用聚氨酯涂料、粘结剂、密封剂 26 等。 2聚氨酯的性能和特点 聚氨酯材料的各种性能都很优异，用于车上有很多优点。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。 聚氨酯 的聚合很方便，不仅可在常温常压条件下进行聚合反应，像有些聚氨酯建筑胶粘剂和双组分的聚氨酯涂料，甚至可以进行现场聚合后直接发泡或喷涂、修补等施工。 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。 （七）、 EP(环氧树脂 ) 1.EP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。 其中，双酚型环氧在建筑上应用最多，它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为呈脆性的固体状态。 27 环氧在汽车上能应用的领域很广，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、环氧修补材料等。 2.EP的性能特点 环氧可溶于多种溶剂，如丙酮、二甲苯等。环氧需要和其它物质发生反应应固化才有强度和 使用价值，不经过固化的环氧是没有使用价值的。环氧分子中的环氧基是很活泼的，会和含活泼氢成分的化合物发生羧酸反应，利用环氧的这个特性，通常将按累活羧酸类化合物作为环氧的固化剂。发生固化反应后，环氧分子就得到了交联，也就形成体形大分子结构，才真正成为具有使用价值和强度的材料。 充当环氧固化剂的另一类化合物是胺类化合物。羧酸类化合物和环氧发生的固化反应需要加热；而胺类化合物和环氧发生固化反映只需在室温下进行即可完成。因此，胺类物质作为固化剂用得较多，如，二乙烯三胺、三乙烯四胺、乙二胺等。其中乙二胺和环氧的固化反应 极好，但是有挥发性，而且固化速度太快，反而使得施工来不及，应用操作不方便。 环氧固化体系的配比取决于环氧树脂的环氧值和固化剂中活泼氢数量。 EP 的分子量可用环氧当量或者环氧值来衡量，环氧当粮食含有 1g当量环氧基的树脂重量克数。环氧值表示在 100g的环氧树脂中所含的环氧基个数。 商品环氧在外包装上表明了环氧值，如，商品牌号标示为 51，即表示该环氧树脂的环氧值为 0.51。环氧当量与环氧值的关系为： 28 环氧值 =(1/环氧当量 )100% 由此得出，在 100g此种环氧树脂需要固化剂的量 W为： W=ME/a 式中 ： M 为胺类固化剂的相对分子质量； E 是环氧值； a 则为固化剂中的活泼氢个数。 如，应用 E-51 环氧树脂，用二乙烯三胺作为固化剂，其 M 为101， a是 5，那么合适的固化剂加入量应该为 : w=101*0.51/5=10.3(g) 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，环氧能牢固地粘结住无机材料、金属、部分聚合物、玻璃、陶瓷等，这是由于环氧分子中含有各种极性基团（如环氧基、羟基）。固化剂的加入量、固化时间、固化最合适的環境溫度等都是获得高性能产品所必需的极为重要的参数。除此之外，环 氧的收缩率较比较低，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，环氧不仅有很好的耐老化性能，而且防腐蚀能力也相当好，另外还有较好的工艺性能，可在常温、常压下很方便地施工。 （八）、 UP（不饱和聚酯） 1 UP的应用领域 汽车用 UP 生産 UP 玻璃钢制品、板材、车用塑料五金制品等。 2 UP的性能特点 29 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。 市场出售的不饱和聚酯一般已经加入了单体，外观呈粘稠态。常将过氧化环己酮放入邻苯二甲酸二辛酯中，经过研磨，形成酮浆作为固化剂。在室温下固化需要加入固化促进剂。常用的固化促进剂是萘酸钴在苯乙烯中的溶液，外观呈紫红色液体状，建成钴液。为便于使用，一般市售 UP 时，应按比例供应已经配好的固化剂和相应的固化促进剂。常用的三者比例为： UP(含 30% PS)： 100；过氧化环己酮浆： 2-4；萘酸钴在苯乙烯中的溶液： 2-4。 过氧化环己酮浆和萘酸钴苯乙烯溶液的实际加入量要根据气温、制品复杂性（决定可操作时间）、操作者的经验 和设备情况具体决定。冬季不易固化，取上限，夏季容易固化，取下限。 UP 也可在现场配制，要按需量随用随配，一旦加入了固化剂，应在固化时间以内用完，以免浪费，通常在 24h 以内应基本固化，固化时没有低分子物质析出。不饱和聚酯的施工一般在室温下、常压、不加热进行，加工也很方便。考虑到制品的密度，可加较小的压力。 UP 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，要达到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。 30 （九）、 PC(聚碳酸酯 ) 1 PC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、徐直接接触光照处。 2 PC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。 （十）、 PMMA(有机玻璃 ) 1 PMMA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。 2 PMMA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。他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。 用于汽车的塑料品中还有很多，以上就主要树脂品种、常用产 31 品和大类原料进行简单叙述，具体制品中如踫到其它塑料，将在以后的有关章节中再作探讨和介绍。 七、汽车塑料制品的主要助剂 除了 塑料树脂以外，在绝大多数汽车塑料制品还需要加入其他成分，一些常用的添加剂是必需的组分。最常用的添加剂是用来抗光老化和热老化的防老剂；用于减轻重量、降低成本、增加空隙度的发泡剂；用于增加美观度、着颜色用的着色剂；用于增加材料塑性和柔性的增塑剂；用于改变材料燃烧性能、阻止材料燃烧的阻燃剂；用于改善材料抗冲及性能的抗冲助剂；用于改善材料某些理化性能或加工性能的改性及或加工助剂，如改善材料的硬度、抗热变形性能、耐磨性、收缩性能、抗低温性能、弹性、导电性能、耐化学介质的腐蚀性能、容易加工成型的加工助剂等。 以 PVC 为 例，必须要有稳定剂、润滑剂，大多数情况下还要增塑剂，其它场合 PVC 配伍的助剂的品种很多，对于要求特定的颜色、结构、功能的 PVC 建筑制品还要求增加强度或降低成本的填充剂，增加美感的着色剂，要求改善材料老化性能的防光老化剂、防热老化剂，防止建筑材料常年在户外发霉的防霉剂，为减轻重量、增加阻隔性能是要用的（隔音、隔热、保温）的发泡剂， PVC 压制产品为了加工方便，脱模式要用脱模剂，与其它材料结合应用时需要兼容剂、为改变某种材料性能或加工性能要加改性剂，如抗冲改性剂等。本节就建筑塑料制品中常用的助剂，按其功能分类叙述 如 32 下。 (一 )、稳定剂 稳定剂是某些聚合物在加工过程与使用过程中，为了防止和抑制因受到热、光、氧等的作用引起分解或变色作用的加工助剂。稳定剂对有些易受热降解的聚合物是必需的加工助剂。汽车塑料制品常用的稳定剂按功能分，主要有热稳定剂和光稳定剂。稳定剂的种类很多，应用的领域也很广，由于汽车塑料制品的发展方向以绿色、环保、健康为主，稳定剂的发展趋势也应是以无毒、安全、高效、多功能为主要方向。 ( 1)热稳定剂 汽车塑料制品中常用热稳定剂有如下品种： *1铅盐类热稳定剂 常用的铅盐类稳定剂主要有三盐（三 碱式硫酸铅），二盐（二碱式亚磷酸铅），两者经常协同配合应用，热稳定性效果较好，尤其常用于 PVC 建材中。上述稳定剂的缺点是有毒，影响产品透明度。随着环保要求的提高，这类稳定剂已越来越少用了。另外常用的还有二碱式硬脂酸铅，其绝缘性和热稳定性都很好，还有润滑作用。对透明度影响也较小。 *2无铅类复合稳定剂 无铅类复合稳定剂从中闲体的制备到成品的复合都在水中完 33 成，经表面处理提高分散效果，加工性能较好，很适合于 PVC 耐热电线等材料。 *3金属皂类热稳定剂 常用的金属皂类稳定剂有钡、镉、锌、钙等。钡皂类热稳定剂有硬脂酸 钡、月桂酸钡、蓖麻油酸钡，它们热稳定性好，光稳定性差，常与锌、镉类稳定剂协同使用，兼有润滑功能。锌皂类稳定剂主要有硬脂酸锌，无透明影响，有润滑作用，耐热性较差。钙皂类稳定剂有硬脂酸钙，其长效耐热性、耐硫化性、润滑性、安全性、着色性都较好，但耐候性和透明性较差。 金属皂类稳定剂常常两两协同应用常用体系有钙 /锌复合、钡 /锌复合等。 *4 有机锡类热稳定剂 有机锡类稳定剂大都为液态，无毒，淡黄色，密度微 1.2g/cm3,耐热性好，在 PVC中的加入量约为 0.3-5%.常与金属皂类并用，也可与抗氧剂符合应用或独 立应用。有机锡常用于透明类建材，较有代表性的是二月硅酸二辛基锡、甲基锡等，常用于要求有环保卫生要求和透明要求的塑料建材上。 *5 稀土类热稳定剂 稀土热稳定剂是近年来新发展的功能性稳定剂，外观既有粉状也有液态。稀土热稳定剂的品种有硬脂酸稀土、羧酸酯稀土、氨基酸稀土、氟化稀土、柠檬酸稀土、脂肪酸稀土等。稀土的特点是低毒、耐候性和透明性好，可改善 PVC等材料的热降解，在 PVC中的用 34 量为 1-3%，兼有加工改性和润滑作用。稀土稳定剂今后是铅盐类稳定剂的主要替代品种。 *6辅助性热稳定剂 辅助性稳定剂主要有锑类 稳定剂和酯类稳定剂。 锑类稳定剂有优秀的保色性和招色性，无毒、低价经常与其它稳定剂，如硬脂酸钙等配合使用。锑类稳定剂的耐候性、初期着色性、卫生性、透明性都比较好。 酯类稳定剂有亚磷酸三苯酯（ TPP）、亚磷酸笨二辛酯、 (PDOP)、环氧大豆油等。它们也可与皂类稳定剂联合应用，同时具有稳定和增塑作用。作为辅助稳定，其加入量很有限，一般的 PVC 建材中加入1%左右。 (2) 光稳定剂 光稳定剂是为了抑制或减缓光照引起的氧化作用而加入的助剂，因此也成为抗紫外线剂。抗紫外线的形式主要有紫外光吸收型、猝灭型、屏蔽型。 *1紫外光吸收型稳定剂： 这类光稳定剂常用使 UV 类，有 UV-531、 UV-P、 UV-326、UV-328、 UV-327，多用于 PP、 PE、 PS、 PVC 中一些要求有一定透明度的塑料，基本无毒，加入量小于 1%。另外还有一些吸收型的受阻胺类光稳定剂，如 770、 6911、 944、 622等，也发展较快。 *2猝灭型光稳定剂： 35 猝灭剂属于镍铬络合物，应用原理是通过共振转移能量起到光稳定剂的作用，兼有抗氧化作用，无毒，用量为 0.2%-0.6%左右。常用有镍铬化合物 2002（熔点 180 C-200 C） . *3屏蔽型 光稳定剂： 光屏蔽己的原理和作用是反射紫外线，高分子建材中常用的光屏蔽式炭黑、钛白粉、氧化锌等。 #1炭黑： 炭黑可作为光屏蔽剂是因为其结构中含有羟基芳酮结构，可强烈抑制自由基的反应并反射紫外线。碳黑的粒径、牌号、分散性和加量有关，建议加入量为 2%。 #2钛白粉： 钛白粉有金红石型钛白粉和锐钛型钛白粉，金红石型钛白粉才有反射和折射大部分紫外光的作用，作为光稳定剂的金红石钛白粉的加入量建议为 3% 左右。锐钛型钛白粉无光屏蔽作用。 #3氧化锌： 氧化锌（也称锌白） :氧化锌可反射或折射大部分可见光，常用于 PP、 PE，低价无毒，耐久性好，常用的加入量为 1% 左右。 (二 )、抗氧剂 抗氧剂在高分子建材中的作用是抑制或延缓聚合物自动氧化反应的过程，以延长材料的老化寿命。康养鸡场酚为主抗氧剂和扶助抗氧剂，按照化学成分份可分为受阻酚类、胺类、六米雷、亚磷酸 36 酯类、金属钝化剂、双分担丙烯酸酯类等。 (1) 主抗氧剂 最常用的朱抗氧化剂是受阻酚类，常用有抗氧剂有抗氧剂1010、抗氧剂 1076、康洋酒 CA、抗氧剂 702、抗氧剂 168等。 抗氧剂 1010 的适用性很广，常用于 PP 等的抗氧化，加入量为0.1%-0.5%,经常与辅 助性抗氧剂并用，主比辅比例为 1： 3 效果较好；抗氧剂 1076的抗氧效果略低于抗氧剂 1010，但应用面很广，各种聚合物都可用；抗氧剂