汽车设计之材料篇-塑料

汽车设计常用塑料

塑料在汽车设计中应用非常广泛，下面就对汽车设计常用的一些塑料进行简单介绍。

一、PP塑料

聚丙烯(PP塑料)是继尼龙之后发展的又一优良树脂品种，它是一种高密度、无侧链、高结晶必的线性聚合物，具有优良的综合性能。未着色时呈白色半透明，蜡状；比聚乙烯轻。透明度也较聚乙烯好，比聚乙烯刚硬。

1.相关性能

比重：0.9-0.91克/立方厘米

收缩率：1.0-2.5%

成型温度：160-220摄氏度

2.干燥条件

物料性能： 密度小，强度、刚度、硬度、耐热性均优于低压聚乙烯，可在100度左右使用。具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆，不耐磨易老化。 适于制作一般机械零件，耐腐蚀零件和绝缘零件。

3.成型性能

（1）结晶料，吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解。

（2）流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔.凹痕，变形。

（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度.料温低方向方向性明显.低温高压时尤其明显，模具温度低于50度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，留痕，90度以上易发生翘曲变形。

（4）塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。特定条件下容易分解。

（5）常见制品：盆、桶、家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杠等。

4.成型工艺

注塑模工艺条件

干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。

熔化温度：220~275C，注意不要超过275C。 模具温度：40~80C，建议使用50C。结晶程度主要由模具温度决定。 注射压力：可大到1800bar。

注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。 流道和浇口:对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。建议使用通体为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。PP材料完全可以使用热流道系统。

5.PP塑料在汽车设计中的应用

塑料 典型用途 优点 局限性

PP（聚丙烯） 转向盘、保险杠、水箱面罩、蓄电池壳、分电器盖、仪表板、车门内护板等 质轻、中等强度、硬、在高温下坚韧，耐腐蚀，介电性好，具有优良的抗弯曲疲劳性 在-28摄氏度变脆，耐老化性差，老化后变脆，增塑剂挥发使玻璃模糊

二、ABS塑料

ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。

1.物料性能

（1）综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好；

（2）与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理；

（3）有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别；

（4）流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好；

（5）适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件。

2.成型性能

（1）无定形材料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时；

（2）宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为>270度).对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度；

（3）如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法；

（4）如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置；

（5）冷却速度快，模具浇注系统应以粗，短为原则，宜设冷料穴，浇口宜取大，如：直接浇口，圆盘浇口或扇形浇口等，但应防止内应力增大，必要时可采用调整式浇口。模具宜加热，应选用耐磨钢；

（6）料温对塑件质量影响较大，料温过低会造成缺料，表面无光泽，银丝紊乱料温过高易溢边，出现银丝暗条，塑件变色起泡；

（7）模温对塑件质量影响很大，模温低时收缩率，伸长率，抗冲击强度大，抗弯，抗压，抗张强度低。模温超过120度时，塑件冷却慢，易变形粘模，脱模困难，成型周期长；

（8）成型收缩率小，易发生熔融开裂，产生应力集中，故成型时应严格控制成型条件，成型后塑件宜退火处理；

（9）熔融温度高，粘度高，对剪切作用不敏感，对大于200克的塑件，应采用螺杆式注射机，喷嘴应加热，宜用开畅式延伸式喷嘴，注塑速度中高速。

3. 常规性能

塑料ABS无毒、无味，外观呈象牙色半透明，或透明颗粒或粉状。密度为1.05~1.18g/㎝3,收缩率为0.4%~0.9%,弹性模量值为0.2Gpa,泊松比值为0.394，吸湿性<1%，熔融温度217~237℃，热分解温度>250℃。

4.热学性能

塑料ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度范围内使用。

5.电学性能

塑料ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。

6.环境性能

塑料ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。

7.加工性能

（1）成型工艺：塑料ABS也可以说是聚苯乙烯的改性，比HIPS有较高的抗冲击强度和更好的机械强度，具有良好的加工性能，可以使用注塑机、挤出机等塑料成型设备进行注塑、挤塑、吹塑、压延、层合、发泡、热成型，还可以焊接、涂覆、电镀和机械加工。ABS的吸水性比较高，加工前需进行干燥处理，干燥温度为70~85℃，干燥时间为2~6h；ABS制品在加工中容易产生内应力，如应力太大，致使产品开裂，应进行退火处理，把制件放于70~80℃的热风循环干燥箱内2~4h，再冷却至室温即可。

（2）挤出。塑料ABS生产管材、板材、片材、及型材等制品，管材可用于各种水管、气管、润滑油及燃料油的输送管；板材、片材可用于地板、家具、池槽、过滤器、墙壁隔层及热成型或真空成型。挤出机的螺杆长径比通常比较高，L/D为18~22之间，压缩比为（2.5~3.0）：1，宜用渐变型带鱼雷头螺杆，料筒温度分别为：料斗部150~160℃，料筒前部180~190℃，模头温度185~195℃，模具温度180~200℃，其次吹塑成型温度可控制在140~180℃之间。

8.ABS塑料在汽车设计中的应用

塑料 典型用途 优点 局限性

ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物） 车轮框、镜框、仪表板、转向柱套、喇叭盖、水箱面罩、收音机壳、杂物箱、暖风壳、百叶窗 价廉、尺寸稳定性好、易于加工、表面粗糙度好、可以电镀、耐寒性好 易受很多溶剂侵蚀、材料在阳光下变脆

三、PS塑料

PS（聚苯乙烯系塑料）是指大分子链中包括苯乙烯基的一类塑料，包括苯乙烯及其共聚物，具体品种包括普通聚苯乙烯（GPPS）、高抗冲聚苯乙烯（HIPS）、可发性聚苯乙烯（EPS）和茂金属聚苯乙烯（SPS）等。

1.相关参数

PS塑料（聚苯乙烯）

比重：1.05克/立方厘米

成型收缩率：0.6-0.8%

成型温度：170-250℃ 2.主要性能

a、机械性能：强度高、耐疲劳性、尺寸稳定、蠕变也小（高温条件下也极少有变化）；

b、耐热老化性：增强后的UL温度指数达120~140℃（户外长期老化性也很好）；

c、耐溶剂性：无应力开裂；

d、对水稳定性：遇水易分解（高温、高湿环境下使用需谨慎）；

e、电气性能：

1、绝缘性能：优良（潮湿、高温也能保持电性能稳定,是制造电子、电气零件的理想材料）；2、介电系数：3.0-3.2；3、耐电弧性：120s。

f、成型加工性：普通设备注塑或挤塑。由于结晶速度快，流动性好，模具温度也比其他工程塑料要求低。在加工薄壁制件时，仅需几秒钟，对大部件也只要40-60s即可。

3.PS塑料在汽车设计中的应用

塑料 典型用途 优点 局限性

PS（聚苯乙烯） 汽车上的各种灯罩 透明、硬、易于模压或挤出加工、价廉 脆、不耐溶剂和紫外线

四、AS塑料

AS为丙乙烯-丙烯晴工具体，不易产生内应力开裂。

1.塑料特征

（1）AS比聚丙乙烯有更高的冲击强度和优良的耐热性，耐油性，耐化学腐蚀性。例如：它能很好地耐某些使聚丙乙烯应力开裂的烃类。

（2）透明度高，抗冲击性能比PS强。

（3）弹性模量是现有热塑性塑料中较高的一种。

2.物化性能

（1）SAN（AS）具有很强的承受载荷的能力、抗化学反应的能力、抗热变特性和几何稳定性。

（2）SAN（AS）中加入玻璃纤维添加剂可以增加强度和抗热变形能力，减小热膨胀系数。

（3）SAN（AS）的维卡软化温度为110℃。

（4）载荷下扰曲变形温度为100℃。 （5）收缩率为0.3-0.7%。

（6）聚乙烯成分AS坚硬、透明并易于加工；丙烯晴成分使AS具有化学稳定性和热稳定性。

3.注塑工艺

（1）AS的加工温度一般在200-250℃为宜。该料易吸湿，加工前需干燥一小时以上，其流动性比PS稍差一点，故注射压力亦略高一些。

（2）干燥处理 如果储存不适当，SAN（AS）有一些吸湿特性。建议的干燥条件为80℃、2-4小时。 熔化温度 200-270℃。如果加工厚壁制品，可以使用低于下限的熔化温度。模具温度 40-80℃。对于增强型材料，模具温度不要超过60℃。

（3）冷却系统必须很好地进行设计，因为模具温度将直接影响制品的外观、收缩率和弯曲。

（4）注射压力 350-1300bar 注射速度 建议使用高速注射 。流道和浇口所有常规的浇口都可以使用。浇口尺寸必须很恰当，以避免产生条纹、煳斑和空隙。

4.AS塑料在汽车设计中的应用

塑料 典型用途 优点 局限性

AS（聚乙烯-丙烯晴） 蓄电池壳等 半透明、坚硬、可耐85℃中等温度 脆、耐刻画性差、紫外线照射下变黄

五、PVC塑料

聚氯乙烯，简称PVC（Polyvinyl

chloride polymer = PVC 分子结构），是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂。是氯乙烯的均聚物。氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物统称为氯乙烯树脂。PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小。工业生产的PVC分子量一般在5万～12万范围内，具有较大的多分散性，分子量随聚合温度的降低而增加；无固定熔点，80～85℃开始软化，130℃变为粘弹态，160～180℃开始转变为粘流态；有较好的机械性能，抗张强度60MPa左右，冲击强度5～10kJ/m2；有优异的介电性能。但对光和热的稳定性差，在100℃以上或经长时间阳光曝晒，就会分解而产生氯化氢，并进一步自动催化分解，引起变色，物理机械性能也迅速下降，在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性。PVC很坚硬，溶解性也很差，只能溶于环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃等少数溶剂中，对有机和无机酸、碱、盐均稳定，化学稳定性随使用温度的升高而降低。PVC溶解在丙酮-二硫化碳或丙酮－苯混合溶剂中，用于干法纺丝或湿法纺丝而成纤维，称氯纶，具有难燃、耐酸碱、抗微生物、耐磨的特性并具有较好的保暖性和弹性。