机械强度

概述车用塑料的性能特点及应用 

来源:机械强度 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-06-11

车用塑料指的是塑料(或工程塑料)在汽车上的应用。工程塑料分为通用工程塑料和特种工程塑料两类。工程塑料可用作工程材料和替代金属制造机器零部件,具有优良的综合性能,刚性大,蠕变小,机械强度高,耐热性好,电绝缘性好,可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用,是作为替代金属材料的首选材料,因此广受业内人士的关注。

1 通用塑料的特点及其品种

塑料是以单体为原料,通过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物,俗称塑料或树脂。可以自由改变成分及形体样式,由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成。由于塑料的制作非常简单,所以拥有独特的性能以及优缺点。根据各种塑料不同的使用特性,通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种。通用塑料与塑料相比,在定义、工艺以及用处方面有较大差别。

通用塑料一般是指产量大、价格低、用途广、影响面宽的一些塑料品种,其内涵常随时代及科技术的发展而有些变化,例如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等。其产量占塑料总产量的90%以上,故又称之为大宗塑料品种。通用塑料包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及三元共聚合物(ABS),均为热塑性塑料,共计有五大品种。这五大品种占据了塑料使用的绝大多数,其余的基本可以归入特殊塑料品种,例如PPS、PPO、PA、PC、POM 等,它们在日用品生活产品中的用量很少,主要应用在工程产业、国防科技等高端领域,例如汽车、航天、建筑、通讯等领域。通用塑料只可作为一般非结构性材料使用,具有产量大、价格相对低廉、性能一般的特点。

1.1 聚乙烯

聚乙烯(PE)是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂,也是不透明或半透明、质轻的结晶性塑料,在工业上还包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。聚乙烯无臭,无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-100~-70℃),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),但不耐热,常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性优良。聚乙烯是塑料工业中产量最高的品种,适宜采用注塑、吹塑、挤塑等方法加工。根据密度不同可分为:低密度聚乙烯LDPE、高密度聚乙烯HDPE、线性低密度聚乙烯LLDPE。

图1 聚乙烯PE原料

1.2 聚丙烯

聚丙烯(PP)是一种由丙烯聚合而成的半结晶热塑性塑料。通常为无色、半透明固体,无臭无毒,密度为0.90~0.919g/cm3,是最轻的通用塑料,具有较高的耐冲击性,机械性质强韧,抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。突出优点是具有在水中耐蒸煮的特性,强度、刚性和透明性都比聚乙烯好。缺点是低温耐冲击性差,易老化,但可分别通过改性和添加助剂来加以改进。在工业界应用广泛,是常见的高分子材料之一。聚丙烯的生产方法包括淤浆法、液相本体法和气相法。

图2 聚丙烯PP原料

1.3 聚氯乙烯

聚氯乙烯(PVC)是氯乙烯单体(VCM)在过氧化物、偶氮化合物等引发剂或在光、热作用下按自由基聚合反应机理聚合而成的聚合物。氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物统称为氯乙烯树脂。聚氯乙烯为无定形结构的白色粉末,支化度较小,相对密度约为1.4g/cm3,玻璃化温度77~90℃,约170℃开始分解,对光和热的稳定性差,在100℃以上或经长时间阳光曝晒时,就会分解产生氯化氢,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。聚氯乙烯通过加入增塑剂,可大幅度改变硬度。制成的硬制品和软制品都有广泛的用途。聚氯乙烯的生产方法包括悬浮聚合法、乳液聚合法和本体聚合法,以悬浮聚合法为主。

1.4 聚苯乙烯

聚苯乙烯(PS)由苯乙烯通过自由基聚合而成,是一种用途广泛的脆性塑料,属于聚烯烃。聚苯乙烯流动性、加工性能和尺寸稳定性好,易着色。可用注塑、挤塑、吹塑、发泡、热成型、粘接、涂覆、焊接、机加工、印刷等方法加工成各种制件。特别适用于注塑成型,注塑成型时物料一般可不经过干燥直接使用。但为了提高制品质量,可在55~70℃鼓风烘箱内预干燥1~2h。具体加工条件大致为:料筒温度约为200℃,模具温度60~80℃,注塑温度170~220℃,注塑压力比为1.6~4.0。成型后的制品应在红外线灯或鼓风烘箱内,于70℃恒温处理2~4h。通用的聚苯乙烯外观透明,但有发脆的缺点。因此,通过加入聚丁二烯可制成耐冲击性的聚苯乙烯(HTPS)。聚苯乙烯的主要生产方法包括本体聚合、悬浮聚合和溶液聚合。可制成的产品例如计算机外壳、透明的塑料水杯和包装用的泡沫塑料。

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