汽车高分子材料论文

1摘要……………………………………………………………………30引言…………………………………………………………………31汽车保险杠高分子材料的选择与加工…………………………31.1保险杠的工作条件、失效方式及性能要求……………………31.1.1保险杠的工作条件……………………………………31.1.2保险杠的失效方式……………………………………41.1.3保险杠的性能要求……………………………………41.2零件材料的初步选择…………………………………………51.3汽车保险杠候选材料…………………………………………51.3.1聚丙烯分子结构，材料性能特点及类型………………51.3.2聚氨酯分子结构，材料性能特点及类型……………61.4候选材料的成形方法…………………………………………71.4.1聚丙烯高分子材料的成形方法………………………71.4.1.1注射成型………………………………………71.4.1.2吹塑成型……………………………………71.4.2聚氨酯高分子材料的成形方法………………………71.5零件材料的确定………………………………………………81.6提高所选材料性能的途径……………………………………921.7高分子材料的未来发展趋势……………………………………111.8结论………………………………………………………………12参考文献…………………………………………………………………123汽车保险杠零件高分子材料选择与加工作者王文文(单位湖北汽车工业学院机械工程学院T1213-6班)摘要随着对汽车燃料经济性和排放控制要求的提高。人们将目光集中在通过替代材料、改进设计或者先进的制造工艺找到制造轻量化汽车的方法。本文主要借助汽车保险杠，通过分析聚丙烯和聚氨酯，通过使用性能、工艺性能、经济性、可靠性、环境影响等方面的比较，找到目前最适合生产保险杠的材料以及未来高分子材料的未来发展动向。AbstractWiththeimprovementofautomobilefueleconomyandemissioncontrolrequirements.Peoplewillbefocusedonbyalternativematerials,designimprovementsoradvancedmanufacturingprocesstofindwaystomakelightweightcar.Inthispaper,withtheaidofthebumper,throughtheanalysisofpolypropyleneandpolyurethane,throughtheuseofperformance,processperformance,economicalefficiency,reliability,thecomparisonoftheenvironmentalimpact,etc,tofindthemostsuitableforproducingbumpermaterials,andthefuturedevelopmenttrendofpolymermaterialsinthefuture关键词：汽车保险杠，聚丙烯，聚氨酯0前言由于受世界能源危机的冲击，轻量化和节能是当前汽车发展的重要趋势，以塑代钢制汽车零部件，尤其是用塑料保险杠代替金属保险杠的应用研究空前活跃。目前，世界三大汽车产地日本，美国和欧洲，以塑代钢进展迅速，而且正在致力于研究开发新型塑料保险杠，以满足更高性能和不同用途的需要。本文仅就汽车塑料保险杠的材料用于作一简单的选择与加工。1汽车保险杠高分子材料的选择与加工1.1保险杠的工作条件、失效方式及性能要求1.1.1保险杠的工作条件保险杠系统是轿车车身的重要组成部分。其作用是当轿车与其他车辆或4障碍物发生碰撞时能保护车身和附件，具体说就是保护翼子板、散热器、发动机罩和灯具等部件。轻微事故时保险杠系统能吸收冲击能量，撞后自动恢复原状，有效地降低了轿车的修理费用。遇上严重的撞车事故时，冲击力经保险横杠被合理导向分散给整个车身，以避免局部区域变形过大，保证乘客有足够的生存空间。因此，在能防撞的前提下，保险杠还需要有并且能长久保持良好的外观。就这点分析，保险杠作为外饰的工作条件有：1）长期收雨水和阳光的腐蚀2）保险杠边角处突出，极其同意受到墙体以及其他车辆、物体的擦碰发生摩擦、掉漆、凹陷等3）碎玉靠近发动机的情况，保险杠有可能发生变形。与车身应变程度不同回事自身产生应力，既影响外观也影响其作为防护装置的使用性能，此情况也会在过热过冷天气下发生在选材上，为满足现代用户对轿车的使用要求，必须同时分析和满足以上两个方面的工作条件。1.1.2保险杠的失效方式与工作条件类似，失效方式也要从保险杠的防护盒装饰两个方面来考虑。但是往往在外观发生变化时，保险杠作为防护装置性能本身就很有可能发生了改变，所以，两者可以一起来看，则可以得出保险杠失效的形式有以下几点：1、破裂、裂痕2、外观变形、软化3、表面龟裂、粉化、褪色4、产品装配松动5、装配后与周边配合件之间的间隙和断差不理想6、产品产生缩痕7、前保险杠再有两侧支架断裂，强度不够8、漆面附着力差1.1.3保险杠的性能要求保险杠性能的要求随其失效形式和工作条件决定。其性能要求有：51、具有良好的冲击韧性，在其断裂破坏时能吸收足够多的能量2、抗老化性能好3、温度变化时，材料的延伸率较小4、在雨水、暴晒下不易发生化学、物理上的变化5、强度与刚度高，不易发生变形1.2零件材料的初步选择热塑性聚氨酯弹性体由于减震、柔韧和耐磨性能好，可制备轴衬、轴瓦和轴套类配件；由于弹性好，耐屈挠、耐疲劳和耐油性能优，可制备护套类配件；由于气密性能和抗切割性能好，可制备垫圈、垫板和垫片等密封配件；由于尺寸稳定性好和冲击强度高，可制备气囊、保险杠等配件。聚丙烯材料密度轻、易回收,通过改性的手段,特别是LFT-PP,聚丙烯已经进入汽车工程塑料的领域,聚丙烯因其优异的性价比,在汽车内外饰件中得到广泛应用,特别是应用在汽车的前后保险杠上。所以我的候选材料为聚氨酯和聚丙烯。1.3汽车保险杠候选材料1.3.1聚丙烯分子结构，材料性能特点及类型聚丙烯（简称PP）是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，分子式为[C3H6]n。由于分子结构中有甲基的存在，在聚丙烯分子链节上存在不对称碳原子，按甲基排列位置分为等规聚丙烯，间规聚丙烯和无规聚丙烯。甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯；若甲基无秩序地分布在分子主链的两侧称无规聚丙烯；当甲基交替排列在主链的两侧称间规聚丙烯。通常生产的聚丙烯树脂中，等规结构的含量约为95%，其余为无规或间规聚丙烯。工业产品以等规聚丙烯为主要成分，由于甲基在空间的规则排列，聚丙烯结晶度较高，力学性能及软化点也高。此外，通常聚丙烯类塑料也包括丙烯与另一种烯烃单体（或多种烯烃单体）共聚而成的无规共聚物。聚丙烯通常为半透明无色固体，无臭无毒。它的结晶度一般在70%以上，结晶体密度为mKg33/935.010，非结晶体密度为mKg33/85.010，通常聚丙烯的密度为mKg33/9.010，是最轻的通用塑料。聚丙烯熔点在170C，热变形温度为150C；制品可长期在110C以下使用，即使使用温度达90C，其强度6也无明显下降；100C也保持常温强度的一半以上。聚丙烯的拉伸强度比聚乙烯，聚苯乙烯和ABS等都高，但韧性较低。经过牵伸的聚丙烯带具有很高的韧性和极好的弯曲疲劳寿命，经反复折叠108次也不断裂。但由于聚丙烯含有叔碳H原子，较活泼，易与大气中的氧反应生成过氧化物，然后分解成羟基而引起主链断裂，所以不加稳定剂的聚丙烯制品耐光、热、氧等性能很差。聚丙烯树脂的基本性能项目数值项目数值吸水率(24h)/%0.03～0.04洛氏硬度R80～100拉伸强度/MPa30～39冲击强度/(kJ/m2)2～3断裂伸长率/%100～300体积电阻率/cm1016拉伸模量/GPa1.1～1.6电压击穿强度/(kV/mm)20弯曲强度/MPa42～56介电常数/Hz1062.0～2.6压缩强度/MPa39～56耐电弧性/s136～185热膨胀系数/C11.1104热变形温度/(负荷(0.46MPa)C110～116成型线收缩率/%1.0～2.01.3.2聚氨酯分子结构，材料性能特点及类型聚氨酯热塑性弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶,简称TPU,是一种（AB）n型嵌段线性聚合物，A为高分子量（1000-6000）的聚酯或聚醚，B为含2-12直链碳原子的二醇，AB链段间化学结构是用二异氰酸酯，通常是二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）连接。热塑性聚氨酯橡胶靠分子间氢键交联或大分子链间轻度交联，随着温度的升高或降低，这两种交联结构具有可逆性。在熔融状态或溶液状态分子间力减弱，而冷却或溶剂挥发之后又有强的分子间力连接在一起，恢复原有固体的性能。7氨酯弹性体是聚氨酯合成材料中的一个品种，由于其结构具有软、硬两个链段，可以对其进行分子设计而赋予材料高强度、韧性好、耐磨、耐油等优异性能，它既具有橡胶的高弹性又具有塑料的刚性，被称之为“耐磨橡胶”。聚氨酯弹性体具有很好的抗拉强度、抗撕裂强度、耐冲击性、耐磨性、耐候性、耐水解性、耐油性等优点。1.4候选材料的成形方法1.4.1聚丙烯高分子材料的成形方法1.4.1.1注射成型聚丙烯保险杠普遍采用注射成型工艺,其主要优点是,可成型形状比较复杂的产品、生产效率较高、能赋予制品必要的刚性等优点。其缺点是,必须采用流动性较佳的原料,制品的坚固性较差,受冲撞时易断裂、成本高,小批量生产成本高。我国聚丙烯保险杠成型均采用注射成型。如上海桑塔纳轿车保险杠由江苏省江阴塑料有限公司用北京化工研究院的保险杠专用料注射成型。一汽奥迪车保险杠由铁岭市橡胶制品厂以国产的PP/EPDM共混料为原料,引进日本模具和宇部兴产公司ST2500机,采用注射成型,机械手自动取件生产保险杠,产品性能超过德国同类产品。1.4.1.2吹塑成型随着吹塑成型装备和操作技术的不断改进,高分子PP共聚物聚合技术的开发,以及模具设计和制作技术的进步,目前国外已经能够采用吹塑成型技术来生产聚丙烯保险杠。吹塑成型与注射成型相比具有以下优点:可成型高分子量PP共聚物,极大地提高产品的低温韧性;产品具有很高的刚性和弯曲强度;外观质量大幅度改善;相对注射模具而言,吹塑模具不仅结构简单、制作容易、价格低廉,且易于更改产品的外形设计。其缺点是:成型周期较长;表面光洁度略差。德国Hoechst公司已生产出PPH8018吹塑级PP专用料,吹塑模塑技术成功地用于制取保险杠。美国GE公司生产的PC/PBT合金材料吹塑保险杠已用于Ford汽车上;Himont公司的TPO树脂已吹塑成卡车保险杠;Borg-Warner公司采用CycolacLXB吹塑级ABS已成功吹塑外观漂亮、冲击性能良好的汽车保险杠。1.4.2聚氨酯高分子材料的成形方法8反应注射成形注射成型是将塑料在注射成型机料筒内加热熔化，当呈流动状态时，在柱塞或者螺杆加压下，熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前端的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模具内，经过一段时间冷却成型后，开启模具，顶出制品。但随着注塑尺寸和长泾比的增大，在注塑期间要保证聚合物熔体受热的均匀性和足够的和模力就变得相当困难了，而反应性注塑成型可克服这一困难，其实质是在模具中完成大部分聚合反应，是注射物料黏度可降低两个数量级一以上。此方法操作简单，镀层均匀，外观良好，具有有机物保护层。1.5零件材料的确定聚氨酯具有良好的耐热，耐油，耐溶剂性能，韧性强，粘接性和弹性优良，但加工性能，耐寒性，耐水解性差，加工和在回收利用成本高。聚丙烯具有许多优良特性：1、相对密度小，仅为0.89-0.91，是塑料中最轻的品种之一。2、良好的力学性能，除耐冲击性外，其他力学性能均比聚乙烯好，成型加工性能好。3、具有较高的耐热性，连续使用温度可达110-120℃。4、化学性能好，几乎不吸水，与绝大多数化学药品不反应。5、质地纯净，无毒性。6、电绝缘性好