高分子材料在汽车上的运用现状及展望

高分子材料在汽车上的运用现状及展望

摘要：随着社会的进步,人民的生活水平越来越高,汽车越来越多的进入了人们的生活。据不完全统计,仅2010年一年我国的汽车销售总量就超过了1800万辆。这就促使汽车制造厂家不断改进制造技术和材料,在安全性、节能性、美观性等多个方面作出新的调整。现代汽车制造材料的构成,发生了较大的变化,高密度材料的使用比例下降,低密度材料如高分子

材料有较大幅度的增加。

关键词：汽车工程材料；现状分析；高分子材料；化学性能；发展趋势

在我们的日常生活中，会接触到很多的高分子材料，例如塑料，蛋白质，部分药物，油漆，传真纸，雨伞，沙发（PU革，合成皮等等……），浓缩果汁等等。这些材料，对人类的生活有着重要的作用和影响，甚至在汽车上，高分子材料也扮演者不可或缺的角色。

近30多年来，国际上汽车塑料的用量在不断增加，平均每辆车上塑料的用量从20世纪70 年代初的50--60kg 已发展到目前的150kg，而且增长还在继续。在日本、美国和欧洲等发达国家中，每辆轿车平均使用塑料已超过150kg，占汽车总重量的10%。汽车塑料中用量最大的通用塑料品种是聚丙烯（PP）、ABS 树脂、聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）。很明显，聚烯烃材料构成了汽车主要的塑料件，而且这种趋势在今后将会越来越明显。

一、高分子材料在我国汽车上的运用现状

高分子材料在汽车上的运用越来越广泛。制造发动机罩，制造发动机活塞、缸体，制造汽车凸轮轴，制造汽车油箱，挡风玻璃，电气仪表，歧管接头，减振橡胶，橡胶制品,如:轮胎、胶管、密封圈，天然纤维、生物高分子和大豆油系聚氨醋已被开发用于汽车内饰件，包括仪表板、座椅、组装槽和衬里。

我国汽车材料是伴随着汽车工业的发展而发展起来的，近年先后开发出一批轿车国产化急需的非金属材料，促进了国产汽车材料的技术进步。但同美、日、德等发达国家相比，我国汽车工业整体技术水平还比较落后，汽车材料领域的差距更大，有些高端产品仍要从国

外进口，国内汽车材料领域的现状还不能满足我国汽车工业的发展需要。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。

二、高分子汽车材料的特性

高分子汽车材料就其自身化学性质分析，在组成上，材料内部高分子链间的范德华力远远超过一般分子，赋予了高分子材料以强度，这就是高分子材料能作为结构材料使用的根本原因，而起这一特性，恰好符合汽车对于车体材料安全性的考虑。由于化学性质的特殊，高分子材料其化学上的可变性就决定了其强大的适应性，从而能够满足汽车行业对于多方面的不同要求。高分子汽车材料外在特主要表现为重量轻、有良好的外观装饰效果、有多种实际应用功能、容易加工成型、节约能源，可持续利用等各方面。

1、高分子材料的力学性能特点：

①低强度和高比强度：高分子强度很低，但由于高分子材料密度很低，故其比强度较高。

②高弹性和低弹性模量：高分子材料弹性模量很低，但具有很优秀的弹性性能。③粘弹性：高分子材料在外力作用下发生高弹性变形和粘性流动其变形与时间有关。

④高耐磨性：高分子材料为大分子结构，具有高耐磨性。

2、高分子材料的其他其性能特点：

①高绝缘性：高分子材料内部主要以共价键或分子键结合，导电性能

低。

②膨胀性：高分子材料中分子链柔性大，其膨胀系数大。

③导热性低：高分子材料是由分子链缠绕交联形成，导热性很差。

④热稳定性差：加热时高分子的分子链易发生链段运动或整个链的移动。⑤高化学稳定性。

⑥高分子材料的老化：高分子材料长期受外力影响失去弹性。

三、汽车常用塑料的具体性能与用途

1、聚氯乙烯（PVC）

聚氯乙烯由氯乙烯经自由基聚合反应而成。聚氯乙烯塑料可制成硬质和软质的制品。硬质聚氯乙烯的力学性能较高，电性能优良，化学稳定性好，易熔接和粘接，价格低，产量大；其缺点是使用温度低（-15℃～55℃），线膨胀系数大，可用做化工耐腐蚀的结构材料，也可用做绝缘材料。软质聚氯乙烯的强度、电性能和化学稳定性低于硬质的，但耐油性和成型性能较好；其缺点是使用温度低且易老化，主要用做薄膜、电线电缆的套管和包皮、密封件等。

2、聚乙烯（PE）

聚乙烯由单体乙烯本体聚合而成的结晶型高聚物，是当前产量最大的塑料品种。按其生产方式可分为高压聚乙烯、中压聚乙烯、低压聚乙烯，相应获得低密度聚乙烯、中密度聚乙烯和高密度聚乙烯3种类型。工业是以低密度聚乙烯和高密度聚乙烯应用最为普遍。高压聚乙烯密度低（0.910g/cm3～0.925g/cm3）、软化点低、质地柔韧，故又称为秧薄膜；其次用来制造容器管道、绝缘材料以及泡沫塑料等。中压聚乙烯结晶度和密度均较高，拉伸强度大，伸长率仅为20%左右。低压聚乙烯结晶度高（85%～90%）、密度大（0.941g/cm3～

0.966g/cm3）、熔点较高、质地较硬，故又称为高密度聚乙烯。

分子量为2×10 6～6×10 6的聚乙烯称为超高分子量聚乙烯，具有优良的耐磨性、耐化学腐蚀性和抗冲击能，摩擦系数低，可自润滑，表面无黏着性，并且有良好地减少噪声作用。它主要用做包装材料和工程材料，用来制造精密齿轮以及耐磨部件等。

3、聚丙烯（PP）

聚丙烯由丙烯在催化剂作用下经配位聚合而得。其特点是：密度小，为常用塑料中材质最轻的一种；强度、硬度、刚性和耐热性均优于低压聚乙烯，可在100℃～120℃长期使用；几乎不吸水，并有较好的化学稳定性，优良的高频电性能，且不受温度影响，易成型。但它低温发脆，不耐磨，易老化，成型收缩率小。它主要用来生产合成纤维和塑料薄膜，也可用做质优价廉的工程塑料，用于制造容器，储罐、阀门等。用PP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。

4、聚苯乙烯（PS）

聚苯乙烯由苯乙烯经自由基聚合反应而得，是无色透明、易着色、介电性能和耐辐射性能良好的刚性材料，但质脆而硬、不耐冲击、耐热性低（80℃）、耐有机溶剂性能较差。它主要用来生产注塑制品，广泛用于汽车仪表包装防震材料、隔热和吸声材料。

5、ABS塑料

ABS塑料是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯3种单体构成的一系列聚合物的总称，包括3

种单体的共聚物、两种单体共聚物的混合物、接枝共聚物等。当前主要用接枝共聚工艺生产ABS树脂。

ABS为浅黄色粒状或珠状不透明树脂，无毒、无味、吸水率低，具有优良的综合性能。此外，容易电镀，易于成型，价格低廉。其缺点是：可燃，热变形温度较低，长期使用容易