汽车用塑胶材料及初步性能设计技术

1汽车用塑胶材料及初步性能设计技术讲座2目录汽车常用塑胶材料概论汽车常用塑胶材料简介塑料工程化改性汽车常用塑料的标识汽车塑胶材料的选用3性能设计系列讲座——第一节汽车常用塑胶材料概况一、塑胶材料在现代汽车中的应用及其地位1.高分子聚合物及其改性材料、复合材料大量涌现造就了现代汽车的创新高潮2.塑胶制品在汽车工业中的地位二、我国汽车工业中使用塑胶材料的现况及存在的主要问题1.我国汽车用塑胶材料现状2.我国汽车用塑胶材料工业状况3.汽车用塑胶材料及其制品标准水平4.目前国内在树脂及塑料的命名和标识代号还未统一4一、塑胶材料在现代汽车中的应用及其地位1.高分子聚合物及其改性材料、复合材料大量涌现造就了现代汽车的创新高潮1）技术发展推动设计创新，塑胶材料开发紧跟着工业设计的需求关键词1：高分子聚集态界面物理与化学理论关键词2：通用塑料和工程塑料的新品种几何没有增加，而满足各种用途的新牌号的品级却层出不穷。关键词3：见附录1主要树脂应用年代。2）节能和环保成为影响现代汽车快速发展的关键关键词：能源节约和环境保护年度工程树脂名称缩写年度工程树脂名称缩写年度工程树脂名称缩写1868硝基纤维素NC1941低密度聚乙烯LDPE1959氯化聚醚1909酚醛树脂PF1942不饱和酯UP1959共聚甲醛POM1927乙酸纤维素CA1943聚四氟乙烯PTFE1960聚酰胺1010PA10101927聚氯乙稀PVC1947环氧树脂EP1964聚苯醚PPO1929脲甲醛UF1948丙稀腈-丁二烯-苯乙烯ABC1964聚酰亚胺PI1935乙基纤维素EC1954聚氨酯PU1965聚砜PSU1936聚甲基丙烯酸甲脂PMMA1955高密度聚乙烯HDPE1966改性聚苯醚MPPO1938聚苯乙烯PS1955聚酰胺11PA111966聚酰胺12PA121938聚酰胺66PA661956均聚甲醛POM1968聚苯硫醚PPS1939三聚氰胺－甲醛MF1957聚丙烯PP1970聚对苯二甲酸乙二醇酯PET1939聚偏二氟乙烯PVDC1957聚碳酸脂PC1971聚酰胺酰亚胺PAI5一、塑胶材料在现代汽车中的应用及其地位2.塑胶制品在汽车工业中的地位1）塑胶制品在汽车中使用范围和在汽车零部件中所占比率的不断扩大2）塑胶材料的特性和汽车轻量化要求，促使塑胶材料在汽车中应用向纵深发展关键词：五大类3）汽车用塑胶材料的比例逐步扩大汽车塑胶件外装饰件内装饰件结构件仪表、电器空调、暖风各种材料在汽车零件中的使用比例其它78%塑料15%橡胶7%塑料橡胶其它轿车整车质量中塑胶制品占15％～22％，其中：每辆汽车的塑料用量100kg～150kg（德国汽车塑料件最多已达375kg），零件品种达800～1200个；而每辆汽车橡胶用量约50～100kg左右，零件品种达到300～400个。6二、我国汽车工业中使用塑胶材料的现况及存在的主要问题1.我国汽车用塑胶材料现状2.我国汽车用塑胶材料工业状况3.汽车用塑胶材料及其制品标准水平4.目前国内在树脂及塑料的命名和标识代号还未统一7性能设计系列讲座——第二节汽车常用塑胶材料简介一、塑料和橡胶简介1.树脂2.塑料3.橡胶4.热塑性弹性体5.添加剂二、塑料和橡胶的分类1.塑料分类2.橡胶分类3.热塑性弹性体8一、塑料和橡胶简介1.树脂：由单体经聚合作用合成的高分子化合物，是制造塑料的原材料。2.塑料：以树脂为基料，添加适量的添加剂而成的聚合物，经加热熔融并在一定的温度和压力下成型，而且其制品能在使用条件下保持既定形状（具可塑性）。3.橡胶：具有高弹性的有机高分子材料。生胶：未经硫化处理，属于线性分子链结构的橡胶。硫化橡胶：生胶经过硫化处理（加压、加热处理），形成网状分子链结构，具有高弹性的高分子制品。9一、塑料和橡胶简介4.热塑性弹性体：常温下显示硫化橡胶的高弹性的性能，在高温下可产生塑性变形，能以热塑性塑料的成型设备成型的一类高分子材料。5.添加剂：填充剂、增强剂、增韧剂、增塑剂。热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、抗氧剂、抗静电剂、抑烟剂。发泡剂、成核剂、着色剂等。交联剂、偶联剂、相容剂。10二、塑料和橡胶的分类1.塑料分类1）按加工成型重复性分类热塑性塑料：受热时熔融，可进行加工成型，冷却时固化，具有多次重复加工性。热固性塑料：在受热熔融成型的同时，发生固化反应形成立体网状结构，再加热时不再熔融，而在化学溶剂中也不溶解，当加热温度超过分解温度时将分解破坏，不具备重复加工性。2）按高分子化合物状态分类均聚物：由同一种高分子单体聚合而成的高分子化合物。共聚物：由两种或两种以上高分子单体聚合而成的高分子化合物。11二、塑料和橡胶的分类3）按使用范围和产品性能分类关键词：附录2塑料分类4）汽车常用塑料附录3汽车常用塑料各品种所占比例材料名称缩写比例％材料名称缩写比例％聚丙烯PP21.1聚乙烯PE6.0聚氨酯PU19.6聚碳酸脂PC2.6聚氯乙稀PVC12.2聚苯醚PPO1.9热固性复合材料SMC等10.4聚甲醛POM1.8丙稀腈－丁二烯－苯乙烯ABS8.0热塑性聚酯PBT/PET1.5聚酰胺PA7.8其他6.4类别树脂/塑料名称缩写结晶程度说明塑料热塑性塑料通用塑料工程化聚丙烯PP结晶未经工程化改性的通用塑料，物理力学性能和热性能较低。聚乙烯PE结晶聚苯乙烯PS无定型聚氯乙稀PVC无定型丙稀腈－丁二烯－苯乙烯塑料ABS无定型聚甲基丙烯酸甲脂PMMA无定型工程塑料通用工程塑料聚酰胺PA结晶聚碳酸脂PC无定型聚甲醛POM高结晶聚苯醚/改性聚苯醚PPO/MPPO无定型热塑性聚酯PBT/PET结晶高性能工程塑料聚苯硫醚PPS结晶氟塑料（聚四氟乙烯）PTFE结晶聚芳酯PAR无定型聚砜类塑料PSU无定型热塑性聚酰亚胺PI无定型聚醚醚酮类PEEK结晶聚醚酰亚胺PEI无定型聚酰胺酰亚胺PAI无定型聚醚砜PES无定型液晶聚合物LCP结晶热固性塑料酚醛树脂PF无定型立体网状结构环氧树脂EP片状结晶脲醛树脂UF聚氨酯PU/PUR线性/立体网状结构不饱和聚酯UP无定型立体网状结构三聚氰胺甲醛树脂MF聚酰亚胺PI硅树脂无定型线性/立体网状结构氰酸酯塑料CE12二、塑料和橡胶的分类2.橡胶分类关键词：附录4常用橡胶分类。3.热塑性弹性体关键词：附录5热塑性弹性体。热塑性弹性体类别种类缩写代号材料英文名称聚苯乙烯类TPESBSStyrenebutadieneblockcopolymer聚苯乙烯类TPESEBSStyrenebutadieneblockcopolymer(saturated)聚稀烃类TPETPOThermoplasticpolyolefine聚稀烃动态硫化类TPETPVThermoplasticvulcanizate聚氯乙烯类TPETPVCThermoplasticpolyvinylchloride聚氨酯类TPETPUThermoplasticpolyurethance聚酯类TPETPEEThermoplasticpolyesterelastomer聚酰胺类TPETPAThermoplasticpolyamide13谢谢！14性能设计系列讲座——第三节塑料工程化改性一、塑料工程化改性方法1.改性过程的主体变化2通用塑料工程化的结构改性3.填充、增强改性4.合金化改性和共混改性5.纳米改性二、高分子共混改性技术——ABC技术1.ABC技术2.合金化（Alloy）3.共混化（Blend）4.复合化（Composite）5.ABC改性方法三、高分子聚合物改性的本质——形态结构及其多相性是决定塑料性能多元化的最基本要素15前言塑料工程化改性阶段特征是将高分子材料研究的重点，从新型树脂合成开发转向对现有合成树脂的性能改性和性能提高方面。随着高分子聚合物改性材料和复合材料的大量涌现，开发研制了种类和品级繁多的汽车用塑胶制品，同时通过高分子聚合物的改性和复合技术，或通过材料工艺技术改性，都可极大的提高汽车塑胶零部件的结构强度和相应的性能特征。16一、塑料工程化改性方法1.改性过程的主体变化化学改性：是两种不同的单体进行共聚反应或在基料树脂中添加第三单体而进行接枝反应，从而使基料树脂性能得到改善。基本特征——改变了基料树脂的化学结构。（通过共聚反应及接枝反应）物理改性：在基料树脂中添加改性剂与之共混。（又称共混改性）基本特征——聚合物大分子链结构没有发生化学反应，仅在体系组成与微观结构发生了变化。2.通用塑料工程化的结构改性（交联改性和共聚改性）交联改性：使线性分子结构改变为网状立体结构。共聚改性：通过共聚反应、接枝共聚或嵌段共聚技术以及机械共混法来改变聚合物分子链上原子的种类或聚合其他单体。17一、塑料工程化改性方法3.填充、增强改性填充改性：为了提高塑料制品的物理力学性能或降低成本，而采用粒状、片状、晶须等形状的填料，以达到提高聚合物强度、刚性和耐热性。（无机/有机填料）。增强改性：添加纤维类到聚合物中，使其物理力学性能明显得到增强。（无机/有机纤维）。4.合金化改性和共混改性；（ABC改性技术）5.纳米改性＜100nm一种多组分的分散体，分为有机纳米材料和无机纳米材料。18二、高分子共混改性技术——ABC技术1.ABC技术即为：合金化（Alloy）共混化(Blend)复合化(Composite)工程化改性技术。19二、高分子共混改性技术——ABC技术1.ABC技术1)机理：利用容度积参数相近和反应共混原理，在反应器或螺杆中，将两种或两种以上的聚合物及其添加剂，通过机械掺混而最终形成一种“宏观上均相，而微观上分相”的多组分、多相的新材料。2)改性方法：（仅从改性过程的主体变化来划分——两种改性方式伴随发生）化学改性：是两种不同的单体进行共聚反应或在基料树脂中添加第三单体而进行接枝反应，从而使基料树脂性能得到改善。基本特征——改变了基料树脂的化学结构。（通过共聚反应及接枝反应）物理改性：在基料树脂中添加改性剂与之共混。（又称共混改性）基本特征——聚合物大分子链结构没有发生化学反应，仅在体系组成与微观结构发生了变化。3)新材料性能取决于：共混组分的相容性及其相对含量；分散相的尺寸、尺寸分布以及两相界面的相互作用。20二、高分子共混改性技术——ABC技术2.合金化（Alloy）将两种或两种以上的聚合物通过物理掺混或化学掺混的方法，形成各组分完全相容或部分相容的新聚合物。根据各组分的相容程度，合金化可能为以下三种状态：1）形成完全相容状态（化学共聚合金）；2）形成部分相容状态（物理共混合金）；3）形成不相容状态。关键词：附录6合金化状态及其特征合金化状态两组分热力学条件共混合金综合特征宏观/微观结构分相界面Tg共混合金力学性能完全相容状态完全相容形成分子级互熔体系宏观/微观均相结构不存在分相界面一个Tg使两组分重要性能平均化，介于两者之间部分相容状态部分相容形成宏观上均相、微观上分相的结构在界面层中两组分单体浓度呈梯度分布2～3个Tg实现最有利的结合，使合金性能超越两者不相容状态不相容形成宏观/微观都为分相结构明显的分相结构无无实用价值21二、高分子共混改性技术——ABC技术3.共混化（Blend）将两种或两种以上的聚合物，以粉末、溶液、乳液或熔体状，经混炼机机械混合，形成各组分均匀分散的聚合物合金。4.复合化（Composite）由两种或两种以上的材料组成的一种有用的多相材料，新材料中各组分在化学性质或物理性能上是不同的，组分之间存在明显的界面。22二、高分子共混改性技术——ABC技术5.ABC改性方法关键词：附录7ABC改性技术粉料共混聚合物/无机复合材料嵌段共聚聚合物/有机复合材料聚合物/纳米复合材料互穿网络反应共混动态硫化分子复合溶液共混乳液共混熔体共混IPN技术合金化方法共混化方法复合化方法ABC改性技术23三、高分子聚合物改性的本质——形态结构及其多相性是决定塑料性能多元化的最基本要素由于聚合物共混合金的多相性，造成不同共混体的组分形成不同的形态结构；即使是同一组分的共混体，因为其加工条件（基料属