高分子材料及其在汽车中的应用

一、什么是高分子材料

高分子材料也称为聚合物材料，是以高分子化合物为基体，再配有其他添加剂（助剂）所构成的材料。

从结构上看是含有大量重复结构单元的链状分子组成的材料，如生物体中的蛋白质，以及常见的塑料、树脂、化纤、橡胶等

二、高分子材料的分类

高分子材料按来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。

天然高分子是存在于动物、植物及生物体内的高分子物质，可分为天然纤维、天然树脂、天然橡胶、动物胶等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料，此外还包括胶黏剂、涂料以及各种功能性高分子材料。

三、高分子材料性能特点

高分子材料有很多以往传统材料没有的优点。主要表现为重量轻、有良好的的外观装饰效果、有多种实际应用功能、有良好的理化性能、容易加工成型、节约能源、可持续利用等各方面。

01、低密度

高分子材料最突出的优点之一就是轻质高强度。各种高分子的平均密度只有普通钢材的15-20%。

这一优点可以大幅减轻汽车自重。提高汽车加速性，改善车辆控制稳定性、噪音、振动方面。从碰撞安全性考虑，碰撞时惯性小，制动距离减小。此外车辆每减重100kg，二氧化碳排放可减少约5g/km。

02、良好的加工性能

高分子材料具有非常好的加工性能。通过不同高分子材料的组合，以及挤出、注塑、压延、吹塑等成型加工方法，制得具有不同形状、不同性能、不同颜色、不同功能的高分子汽车材料。

03、优良的综合性能

高分子材料具有多功能性，可满足各种功能性要求。

通过材料结构调整以及改性等途径，可使高分子材料具备各种功能，如耐热/耐寒、刚性、韧性、耐腐蚀性、耐老化性能、耐磨损、耐洗刷性、防水性和自润滑、良好的粘结结合性能，因此被加工成各种要求多种性能和功能的汽车内外饰件。

04、优秀的装饰效果

高分子材料具有优秀的装饰效果。它可以被一次加工成具有复杂造型和多种色彩的制品，有时还需要印刷、贴膜、轧花、复层、着色，加工成具有非常逼真的形象、花纹和图案，可以仿制天然木材、金属、动物皮的纹理，还可以表面烫金、贴膜、镀银、镶嵌等。

05、节能和环保

高分子汽车材料还有一个优点是节约能源和促进环保。由于能替代大量的天然材料，就可以相应节约大量的资源，起保护森林和石材资源的作用，不破坏更多的生态环境，具有节能的社会价值和环保意义。

同时由于塑料加工成型的方便性，制造高分子汽车材料需要的能源远远小于加工同等功能的天然材料，比如钢铁、动物皮等，可节约大量人工和能源。大多数汽车材料用的塑料是热塑性塑料，其废旧料能方便地回收，直接再制造，使高分子汽车材料走上可持续加工的清洁生产道路，有着积极的环保意义。

高分子汽车材料的特性还有很多，其中也有一些不如传统材料的地方，主要缺点表现在它的刚性、耐热性和可燃烧性、耐老化性能表面耐刻划性和抗冻性等。

四、汽车用高分子材料

汽车工业所使用的高分子材料包含范围很广，汽车中的塑料常用于仪表板、门板、立柱、保险杠等，主要有聚碳酸酯（PC）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、尼龙（PA）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等通用工程塑料及其合金，各种改性聚丙烯（PP），聚苯硫醚（PPS）等高性能工程塑料。

——PA材料主要用于动力、底盘零部件及结构件

——聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、改性聚丙烯等主要用于电子电器零部件及结构件

——聚丙烯、ABS及其合金主要用于内外饰零部件

——橡胶类主要应用于汽车轮胎、胶管、传动带、减震块、密封条等

——织物主要用于汽车内饰

——涂料用于汽车车身钢板，内、外饰的涂装

汽车轻量化的关键是使用轻质、安全、高性能的材料，“以塑代钢”要算是汽车轻量化最主要的途径了，发达国家将汽车用塑料量作为衡量汽车设计和制造水平高低的一个重要标志。

当前应用最多也最为成熟的汽车轻量化材料应该是改性塑料及其复合材料、弹性体、以铝合金为主的轻质合金，碳纤维复合材料近年来在高端汽车中已成为其应用的“香饽饽”。

五、汽车饰件中的应用

01、汽车保险杠

保险杠蒙皮都采用PP/EPDM材料，或采用PP/弹性体体系。汽车保险杠除了改性PP为主外，还经常采用的材料有PC/ABS合金、PC/PBT合金和SMC材料（玻璃钢的一种，由不饱和聚酯、玻璃纤维等组成），PC/PBT制成的保险杠常用于高档车。

02、汽车车灯

车灯起到照明和信号的作用，车灯材料要求具有良好的透光性、耐冲击和耐老化性。灯罩一般采用PC或有机玻璃（PMMA），以保证其良好的透明性，灯座一般采用ABS材料。

03、外后视镜

外后视镜一般固定在车门前端，作用是增大驾驶者的视野范围，保证行车安全。外后视镜一般采用喷涂处理，其材料要有良好的油漆附着能力，并且要耐热、耐老化、便于注塑加工。后视镜镜壳和基座的常用材料均为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸橡胶共聚物（ASA），克服了ABS树脂长期耐候性差，受日光的照射而使颜色变黄等缺点。此外，改性PP、耐热ABS、PC/ABS也可作为后视镜的重要材料。

04、散热格栅

由于进气格栅靠近发动机机舱，经常受到高温的影响，一般是电镀件，材料要有利于电镀、良好的耐候性、稳定性、加工流动性，选用PC/ABS、耐热ABS或电镀ABS、ASA、玻璃增强尼龙等材料。

05、立柱与立柱饰板

立柱除了支撑作用，也起到门框作用，而立柱饰板则是起到装饰作用，外加保护内部金属。选用PC/ABS、ASA、丙烯腈-三元乙丙胶-苯乙烯共聚物（AES）等材料。

06、汽车行李支架

汽车行李支架是指安装在车顶便于系带大件物品的支架。要求有足够的疲劳强度，保证在汽车快速行驶及紧急刹车时，行李架不致有严重的疲劳损伤。常选用PC/PBT、PC/ABS、PC/ASA、ASA等。

07、轮毂盖

轮毂里面联接着传动轴，是靠一个大螺丝紧固的，轮毂盖的作用就是除了装饰性外，对大螺丝有防锈防水的作用。汽车安装了轮毂盖还能让汽车在行驶中具有一定的抗风作用，使车开起来更加稳定。轮毂盖一般使用矿物填充超韧尼龙、PC/ABS、改性PP等。

08、仪表板

仪表板是驾驶室中安装各种指示仪表和点火开关等的一个总称，分为硬质仪表板和软质仪表板。

硬质仪表板最常使用的材料为PE/EPDM/滑石粉，制造成本较低，一般用在经济型车型上；软质仪表板给人更好的手感，用在高级轿车上，多采用PC/ABS/弹性体。

09、座椅

座椅中使用的高分子材料主要用在包覆层及坐垫上，包覆层主要有织物、人造革、真皮。坐垫一般为聚氨酯（PU）发泡材料，为了提高乘客刚入座时的舒适性，可以将坐垫制成软质和硬质复合的双层坐垫。

10、车顶棚

成型硬顶逐渐取代了软顶和粘贴顶棚。成型硬顶一般用热压成型法把饰面、泡沫层和基地三层材料复合在一起，表层多用针织面料+泡沫材料，基底多用发泡PU/玻纤。

11、门把手

汽车车门把手是一个集安全性、装饰性和功能性为一体的部件。可使用PC、ABS、PC/ABS、PC/PBT、PA等。有些车型还会采用电镀级PC/ABS。

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