汽车制造中常用的塑料材料

主讲：目的：了解塑料的来源及发展过程，了解部分常用塑料的性能和在汽车制造中的应用2012年7月26日内容介绍•一、塑料的定义•二、塑料的来源•三、塑料的发展过程•四、塑料的物理性能•五、塑料的分类•六、主要热塑性塑料的性能•七、塑料在汽车制造中的应用•一、塑料的定义•塑料是一种具有可塑性的人造高分子有机化合物。是以有机合成树脂为主要成分，加入或不加入其他配合材料(助剂)而构成的人造材料。它通常在加热、加压条件下利用本身的可塑性制成具有一定形状的器件。•所谓可塑性，是指加力就变形，而撤除外力之后不恢复原状的性质。塑料就是利用这种加热时所产生的可塑性，加工成各种形状的。•所谓弹性(弹力)，是指施加一定程度的力就变形，但撤去所施加的力则恢复原状，(例如:橡胶)，具有弹性的物体叫做弹性体。•二、塑料的来源•塑料是由低分子有机化合物(如:乙烯、丙烯、苯乙烯、氯乙烯、乙烯醇等)在一定条件下聚合而成的高分子有机化合物(聚合物)。构成塑料的分子，由于分子量都含有10000以上个高分子，所以说塑料是高分子化合物(高聚物)。一般塑料分子中都含有碳(C)原子和氢(H)原子，有的塑料分子结构中含有少量氧(O)、硫(S)原子。塑料的基本原料是低分子碳、氢化合物，它是从石油、天然气或煤裂解物中提炼和合成出来的人造树脂。•三、塑料的发展过程•不同塑料的开发生产时间:•1920-1933:聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚丙烯(PP)•1935:丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)•1939:聚对苯二甲酸乙烯共聚物(ABS)•1949:聚酰胺(Nylon)•1950:聚甲基丙烯酸甲酯(Acrylic)•1956:聚甲醛(POM)•1958:聚碳酸酯(PC)•1964:聚氧化二甲亚苯(PPO)•1965:聚砜(PSF)•1975:聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)•1985:液晶塑料(LCP)•1994:改性为注塑级的PET(PETG)•1995:超弹性聚甲醛(TPOM)•1996:透明硬质聚氯乙烯•自1960后以后,塑料的应用和加工技术得到了突飞猛进的发展•四、塑料的物理性能•1.比重(密度)★•塑料的比重是在一定的温度下,秤量试样的重量与同体积水的重量之比值,单位为g/cm3,常用液体浮力法作测定方法.•2.吸水性★•塑料的吸水性是指规定尺寸的试样浸入一定温度(25±2)℃的蒸馏水中,经过24小时后所吸收的水份量;吸收水份后影响其尺寸及形状,吸水率用重量表达时,常以％表示.•3.透气性•透气性是指一定厚度的塑料薄膜在一个大气压力下,一平方米的面积中,在24小时内所透过气体的体积(cm3)值,但透气量与薄腊厚度、面积、时间、温度、气压差值等有关.•4.透湿性•透湿性是指水蒸气对塑料薄膜的透过情况,基本原理及定义与透气性相同.•5.透明度•透过物体的光通量和射到物体上的光通量之比称为透光度;在入射光方向上的散射光对所有透射光之比,称雾度或混浊度.雾度通常是半透明的,并对射入光有漫透的性质.•6.拉伸强度•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.•.•7.压缩强度•压缩强度是指在试样上施加压缩载荷至破裂(对脆性材料而言)或产生屈服的强度(对非脆性材料而言).•8.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.•9.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焦耳,对于某些冲击强度高的塑料,常在试样中间开有规定尺寸之缺口,这样可以降低它在破断时所需要的焦耳.•不同的试件可用不同的试验方法:落球式冲击试验、高速拉伸冲击试验•10.摩擦系数•摩擦系数是指摩擦力与正压力之比值.在试样上加一个正压力,测定试样刚性运动时的动和静比值.•11.磨耗•磨耗是指塑料在摩擦过程中,微粒从摩擦表面不断分离,引起摩擦件尺寸不断地改变的机械性破坏过程,也有称为磨损或磨蚀.•12.硬度•塑料硬度是指塑料抵抗其他硬物体压入的性能,通用的有洛氏硬度和肖氏硬度两种.•肖氏硬度是指在规定的压力、时间下计算压痕器的压针所压入的深度.•肖氏压痕器可分为两类,即:A、D型.施加负荷重量为1.0、5.0公斤,压下时间为15秒,A型适用于软质塑料,D型适用于半硬质塑料;当用A型,测出超过95%量程时,应改用D型,当D型测出超过95%量程时,则需要改用洛氏压痕.•13.疲劳强度•疲劳强度是指在一个静态破坏力而有小量交变循环的环境下,使塑料破坏的强度;疲劳载荷来源有拉压、弯曲、扭转、冲击等。14.蠕变★•蠕变是指在一定的温度、湿度条件下,塑料在固定的外力持续作用下,随时间变化所表现出的特征,这种变形的特征随增加载荷而增加,随减少载荷而减少,其变形亦逐渐恢复.蠕变的来源有拉伸蠕变、压缩蠕变、弯曲蠕变等.•15.持久强度•持久强度是指塑料长时间经受静载荷的能力由高而降低的时间函数.例如:未经载荷前的塑料强度是1000小时,而载荷后可能只有其50%至70%之间.•16.线膨胀系数•线膨胀系数是指温度升高1摄氏度时,每一厘米的塑料伸长的厘米数.塑料的线膨胀系数一般是钢材的十倍左右.•17.比热•比热是指1克塑料升高难1摄氏度时,所需要的热量单位.•18.导热系数•导热系数是指某一单位面积和厚度之塑料所能通过的热量单位.塑料的导热系数很小,仅为钢材的百分之一左右,所以是良好的绝热材料.•19.耐热性•塑料耐热性是反映塑件温度与变形量之间关系的特性,耐热性对温度有关的塑件更为重要.•20.玻璃化温度★•塑料由熔融可流动温度降低至固态时的温度称为玻璃化温度,此时分子链段基本上不能运动,链节内部旋转扣紧也很困难,只有原子之间的少许移动拉伸及有普通的弹性变形,所以此时的塑料会有很大的脆性•21.脆化温度•当对于一定低温下的塑料施加压力时,在很小变形下它就会破坏,此温度就是脆化温度.•22.分解温度★•分解温度是指塑料在受热时大分子链断裂时的温度,同时是鉴定塑料耐热性的指标之一;当熔料温度超过分解温度时,大部分熔料会呈现发黄的颜色,且制品的强度会大大降低.•23.熔融指数★•熔融指数(MFI)MI是指热塑性塑料在一定温度和压力下,熔体在10分钟时间内通过测试器的小孔所流出的熔料重量,单位是以克/10分钟表示.•24.耐燃烧性•塑料的耐燃烧性是用燃烧速率(燃烧时间内试样的燃烧长度)和燃烧失重率(燃烧前后重量之差的百分率)之比来表示的,由起火时间燃烧至自燃时间及熄灭时间,亦可作为耐燃烧性能的参考数.•25.耐电压•迅速将电压升高到某一极限值,停留一段时间,塑料试样被击穿,称此时的电压值为试样能经受的耐电压.•26.耐老化性•塑料的耐老化性是指在使用、贮存和加工过程中,由于受到光、热、氧、水、生物、应力等外来因素的作用,引起化学结构破坏而使原有的优良性能有所下降的现象.研究塑料的老化性是为了提高它的稳定性,延长其使用寿命.•27.耐化学性•塑料的耐化学性是指塑料在化学介质中是否受到腐蚀,评定的依据通常是塑料在介质中一定时间后的重量、体积、强度、色泽等的变化程度.•28.成型收缩率★•成型收缩是指热塑性塑料在模具中成型时,冷却后脱模出的成型品,必有收缩现象,即成型品小于模腔尺寸.五、塑料的分类•1、按塑料的应用领域分类•2、按塑料的结晶形态分类•3、按塑料受热时呈现的基本行为分类•4、按塑料的透光性分类•5、按塑料的硬度分类•6、按塑料的化学结构分类•1、按塑料的应用领域分类•一般分为通用塑料和工程塑料:•通用塑料只可作为一般非结构性材料使用,其产量大、价格相对低廉、性能一般,(如:PE、PP、PVC、PS、PMMA、EVA等)•工程塑料是指具有较高力学性能及耐高温、耐腐蚀,可以作为结构性材料,具有优异的综合性能(包括:机械性能、电性能、耐热性能、耐化学性能等),可在较宽阔的温度范围内和较长的时间内能良好地保持这种性能,并能在承受机械应力和较为苛刻的化学、物理环境中长期使用.被公认的七大工程塑料为:ABS、PC、POM、PA、PET、PBT、PPO等,工程塑料的产量相对较少,价格较贵.另外,还有功能塑料(如:LCP、人造器官等)、纳米塑料、降解塑料等.•2、按塑料的结晶形态分类•一般分为结晶性塑料和无定形塑料•结晶性塑料是指在适当的条件下,分子能产生某种几何结构的塑料(如:PE、PP、PA、POM、PET、PBT等),大多数的属于部分结晶态.•无定形塑料是指分子形状和分子相互排列不呈晶体结构而呈无序状态的塑料(如:ABS、PC、PVC、PS、PMMA、EVA、AS等).•3、按塑料受热时所呈现的基本行为分类•一般分为热塑性塑料和热固性塑料•热塑性塑料是指在特定的温度范围内,能反复加热软化和冷却变硬的塑料(如:ABS、PP、POM、PC、PS、PVC、PA、PMMA等),它可以再回收利用.•热固性塑料是指受热后成为不熔的物质,再次受热不再具有可塑性且不能再回收利用的塑料(如:酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚胺酯、发泡聚苯乙烯等).4、按塑料的透光性分类•一般分为透明塑料半透明塑料和不透明塑料.•透光率在88％以上的塑料称为透明塑料(如:PMMA、PS、PC、Z-聚酯等),常用的半透明塑料有:PP、PVC、PE、AS、PET、MBS、PSF等,不透明的塑料主要有POM、PA、ABS、HIPS、PPO等.•5、按塑料的硬度分类•一般分为硬质塑料、半硬质塑料、和软质塑料•常见硬质塑料有:ABS、POM、PS、PMMA、PC、PET、PBT、PPO等;•半硬质塑料有:PP、PE、PA、PVC等;•软质塑料有:软PVC、K胶(BS)、TPE、TPR、EVA、TPU等.•6、按塑料的化学结构分类•A、聚烯烃类(如:LDPE、MDPE、HDPE、LLDPE、UHMWPE、PP等)•B、聚苯乙烯类(如:PS、AS、BS、ABS、MBS、HIPS等)•C、聚酰胺类(如:PA6、PA66、PA610、PA1010等)•D、聚醚类(如:PC、POM、PSF、PPO等)•E、聚酯类(如:PBT、PET等)•F、丙烯酸酯类(如:PMMA)五、主要热塑性塑料性能•1、聚丙烯塑料（PP）•2、聚氨酯（PU）•3、聚氯乙烯塑料（PVC）•4、聚乙烯（PE）•5、ABS树脂（ABS）•6、丙烯酸树脂（PMMA）•7、聚酰胺（PA）•8、聚甲醛（POM）•9、聚碳酸酯（PC）六、主要热塑性塑料性能•1、聚丙烯塑料（PP）•刚硬有韧性。抗弯强度高，抗疲劳、抗应力开裂•质轻•在高温下仍保持其力学性能•在0℃以下易变脆•耐候性差•2、聚氨酯（PU）•耐化学性好、拉伸强度和撕裂强度高、压缩变形小、回弹性好•由于添加增塑剂之类非反应性助剂，产品经过一定的使用时间之后，随着助剂的挥发，其性能有所变化•3、聚氯乙烯塑料（PVC）•耐化学性，难燃自熄，耐磨，消声减震，强度较高，价廉•热稳定性差，变形后不能完全复原，低温下变硬•4、聚乙烯（PE）•密度小•耐酸碱及有机溶剂•介电性能很好•成本低，成型加工方便•印刷困难•自熄性差•5、ABS树脂（ABS）•力学性能和热性能均好，硬度高，表面易镀金属•耐疲劳和抗应力开裂、冲击强度高•耐酸碱等化学腐蚀•价格较低•加工成型、修饰容易•耐候性差•耐热性不够理想•6、丙烯酸树脂（PMMA）•光学性极好，耐候性好，能耐紫外线和耐日光老化•相比无机玻璃易划伤，不耐有机溶剂•7、聚酰胺（PA）•高强度和良好的冲击强度；耐蠕变性好和疲劳强度高；耐石油、润滑油和许多化学溶剂与试剂；耐磨性好•吸水性大，在干燥环境下冲击强度降低•8、聚甲醛（POM）•抗拉强度较一般尼龙高，耐疲劳，耐蠕变；尺寸稳定性好；吸水性比尼龙小；介电性好；可在1200C正常使用；摩擦系数小；弹性极好•没有自熄性；成型收缩率大•9、聚碳酸酯（PC）•抗冲击强度高，抗蠕变性能好；耐热性好，脆化温度低，能抵制日光、雨淋和气温变化的影响；化学性能好，透明度高；介电性能好；尺寸稳定性好•耐溶剂性差；有应力开裂现象；疲劳强度