一、高分子材料
高分子材料是以高分子化合物为主组成的材料。高分子化合物包括有机高分子化合物和无机高分子化合物两大类，按来源可分为天然和人工合成高分子化合物。汽车工业中主要应用的是人工合成有机高分子聚合物，简称高聚物。此类材料主要包括塑料、橡胶、合成纤维及胶粘剂等。
1.概述
（1）高分子化合物的特点高分子化合物与常见的有机化合物相比，有不少显著的特点，主要有以下几点。
1）相对分子质量巨大。各种有机化合物都有其确定的相对分子质量，如甲烷的相对分子质量为16，乙醇的相对分子质量为46。一般有机化合物的相对分子质量都低于1000，而高分子化合物其相对分子质量通常都高于5000，一般在104～107范围内。
2）化学组成简单。高分子化合物虽然相对分子质量巨大，但化学组成并不复杂，它往往由许多相同的简单的基本结构单元重复连接而成，其基本结构单元称为单体。例如聚氯乙烯树脂是由氯乙烯分子CH2
CHCl打开双键彼此串联聚合而成的。
3）构成高分子化合物的每个分子不完全是一样大。一般所谓高分子化合物的相对分子质量只是一个平均数，即平均相对分子质量。一个高分子化合物分子可以用外力把它拉断或者切开，变成两个分子，而它的一般性质不变。与此相反，低分子化合物的每个分子大小都一样，而且这种分子不能用一般的机械方法拆开或分解。如果进行分解，那么就要改变它原来的性质，而成为另外的物质。
4）具有长链。例如一个聚异丁烯（合成橡胶）分子，平均直径为5A。（10-10m），平均长为25μm，即长度是直径的约5万倍。
（2）高聚物的命名和分类
1）高聚物的命名。高聚物的命名方法很多，常用的有以下几种。
①系统命名法。这是国际理论化学和应用协会（IUPAC）提出的，以高聚物的组成和结构来命名的方法。该命名法虽能反映高聚物的结构特征，但比较复杂繁琐，不易掌握，很少采用。
②习惯命名法。此法虽不够严密，但简单明确，是当前采用较普遍的一种。对天然高分子化合物常按其来源和性质称其俗名，如淀粉、纤维素和蛋白质等。对于合成高聚物常按其制备用的原料单体命名。一般有两种情况，一种是在原料或链节名称前冠以“聚”字，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛等；一种是在原料名称后加“树脂”或“橡胶”，如酚醛树脂、丁苯橡胶等。但现在“树脂”两字也常用来泛指一些未经加工的合成高聚物，如聚苯乙烯树脂。
③商品名称、简称及缩写代号。由于高聚物的发展很快，应用极广，为了选用和命名上的方便，不少高聚物常用商品名称、简称或缩写代号表示，见表1-20。
表1-20 某些高聚物的商品名称和缩写代号
2）高聚物的分类。随着高聚物的不断开发和应用，高聚物的种类迅速增加，高聚物的分类方法已有不少。但工业应用较多的有以下几种。
①接受热行为分类。可分为热塑性高聚物和热固性高聚物。
②按用途分类。分为塑料、橡胶及胶粘剂等。
2.塑料
塑料是在一定温度和压力下可塑制成形的高分子合成材料的通称。
（1）塑料的组成塑料一般以合成树脂（高聚物）为基础，再加入各种添加剂而制成。
1）合成树脂。即人工合成线型高聚物，是塑料的主要组分（质量分数约占40%～100%），对塑料的性能起着决定性作用，故绝大数塑料以树脂的名称命名。合成树脂受热时呈软化或熔融状态，因而塑料具有良好的成形能力。
2）添加剂。添加剂是为了改善塑料的使用性能或成形能力而加入的其他的辅助组分。
①填充剂。主要作用是调整塑料的物理学性能，提高材料强度。加入不同的成分可制成不同性能的材料。如加入铝粉可提高对光的反射能力和防老化；加入云母粉可提高电绝缘性。
②增塑剂。为提高塑料的柔软性和可成形性而加入的物质，主要是一些低熔点的低分子有机化合物。
③固化剂。加入到某些树脂中可使线型分子链间产生交联，从而由线型结构变成体型结构，固化成刚硬的塑料。
④防老化剂（稳定剂）。其作用是提高树脂在受热、光和氧等作用时的稳定性。
此外，还有为防止塑料在成形过程中粘在模具上，并使塑料表面光亮美观而加入的润滑剂；为使塑料具有美丽的色彩加入的染料等着色剂；以及发泡剂、阻燃剂等。总之，根据不同的塑料品种和性能要求，加入不同的添加剂。
（2）塑料的性能特点与金属材料相比，塑料的性能有以下特点。
1）密度小、比强度高。塑料的密度为0.9～2.2g/cm3，只有钢铁的1/8～1/4，铝的1/2。泡沫塑料的密度约为0.01g/cm3，这对减轻产品自重有重要意义。虽然塑料的强度比金属低，但由于密度低，故比强度（单位质量的强度）高。
2）化学稳定性好。塑料能耐大气、水、酸、碱及有机溶液等的腐蚀。聚四氟乙烯能耐俗称“王水”的强混合酸的腐蚀。
3）优异的电绝缘性。多数塑料有很好的电绝缘性，可与陶瓷、橡胶等绝缘材料相媲美。
4）减摩、耐磨性好。塑料的硬度比金属低，但多数塑料的摩擦系数小。另外有些塑料（如聚四氟乙烯、尼龙等）本身有自润滑能力。
5）消声吸振性好。
6）成形加工性好。大多数塑料都可直接采用注射或挤出工艺成形，方法简单，生产效率高。
7）耐热性低。多数塑料只能在100℃左右使用，少数塑料可在200℃左右使用；塑料在室温下受载荷后容易产生蠕变现象，载荷过大时甚至会发生蠕变断裂；易燃烧，易老化（因光、热、载荷、水、酸、碱及氧等的长期作用，出现塑料变硬、变脆及开裂等现象，称为老化）；导热性差，约为金属的1/500～1/600；热膨胀系数大，约为金属的3～10倍。
（3）常用工程塑料
1）常用的热塑性塑料。常用的热塑性塑料见表1-21。
表1-21 常用的热塑性塑料的名称、性能和用途
（续）
2）常见的热固性塑料。常见的热固性塑料见表1-22。
表1-22 常用热固性塑料的名称、性能和用途
（4）塑料在汽车中应用举例为实现轿车轻量化，提高轿车的舒适性和安全性，近年来，世界各国轿车塑料制品用量日益增多。
塑料在轿车上主要应用在结构件和内外装件以及软装饰件上。
1）在轿车结构件和内外装饰件中的应用。目前许多通用塑料、工程塑料及其增强塑料，都能在不同程度上代替钢、铜、不锈钢及铝合金等材料，用作轿车的结构件或内外装件。其中，又以聚丙烯、聚氯乙烯及ABS等最常用。表1-23列举了用作轿车结构件和内外装饰件的塑料品种及其应用实例。
表1-23 用作轿车结构件和内外装饰件的塑料品种及其应用实例
2）在轿车软装饰件中的应用。用于制造汽车软装饰件的塑料，主要有聚氨酯泡沫塑料、聚氯苯乙烯、聚苯乙烯及ABS等，主要制作座椅缓冲垫、头枕、车门内饰板表皮及车门内饰板表皮隔离层等。
3.橡胶
（1）橡胶的组成橡胶是以生胶为基础加入适量的配合剂而组成的高分子材料。
1）生胶。生胶是指未加配合剂的天然橡胶或人工合成橡胶。生胶是橡胶制品的主要原料，它也是把各种配合剂和骨架材料粘成一体的粘接剂。橡胶制品的性能主要取决于生胶的性能。
2）配合剂。生胶的性能不好，为改善和提高橡胶制品的各种性能而加入的物质称为配合剂。配合剂的种类很多，主要有以下几种。
①硫化剂。硫化剂的作用类似于热固性树脂中的固化剂，它可使橡胶分子间形成交联而成网状结构。常用的硫化剂是硫磺和硫化物。未经硫化处理的橡胶其力学性能和物理性能都很差，实用性不大。经硫化处理后，提高了橡胶制品的弹性、强度、耐磨性、耐蚀性和抗老化性。
②硫化促进剂。加入硫化促进剂可加速硫化过程，缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量，并改善橡胶制品的性能。
③活性剂。活性剂能加速发挥硫化促进剂的作用。常用的为氧化锌。
④软化剂。软化剂可增加橡胶的塑性，改善粘附力，并能降低橡胶的硬度和提高耐寒性。
⑤填充剂。提高橡胶制品的强度，减少生胶的用量、降低成本和改善工艺性能。
⑥防老剂。橡胶制品在储存和使用过程中有老化现象。加入防老剂的作用是在橡胶表面形成稳定的氧化膜，防止和延缓老化。
⑦着色剂。着色剂可使橡胶制品着色。
3）骨架材料。由于橡胶的弹性大，在外力作用下极易发生变形，因此很多橡胶制品都必须用纺织材料或金属材料做骨架材料，以增大制品的强度和抗变形能力。
（2）橡胶的性能
1）高弹性。橡胶在较小的外力作用下，能产生很大的弹性变形（如伸长、压缩和弯曲等），其最高伸长率可达800%～1000%，比其他高聚物大很多。去掉外力后能在非常短的时间内恢复到原来的形状。
2）吸振能力强。橡胶可吸收一部分机械能，并将其转变为热能。
3）有一定的耐蚀性。在一定的腐蚀介质中有一定的耐蚀性。例如有耐油、耐碱及耐酸橡胶。
此外，橡胶还具有良好的耐磨性、隔声性、绝缘性和足够的强度。
（3）常用橡胶材料根据原料来源不同，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶；根据应用范围的宽窄程度，可分为通用橡胶和特种橡胶。
1）天然橡胶。天然橡胶是橡胶工业中应用最早的橡胶，它主要取自橡胶树上采集的白色乳胶，属于通用橡胶。
天然橡胶的综合性能好，有较好的弹性，弹性模量约为钢铁的1/30000，而伸长率则为其300倍。弹回率在0～100℃范围内可达70%～80%以上，在130℃时仍保持其正常使用性能，低于-70℃时才失去弹性。
天然橡胶具有较好的力学性能，经硫化处理后的抗拉强度为17～29MPa；用炭黑配合补强的硫化胶可达25～35MPa。
此外，天然橡胶有较好的耐碱性能，但不耐浓强酸，在非极性溶剂中膨胀，故不耐油。耐臭氧老化性能较差，不耐高温，使用温度在-70～110℃范围内。
天然橡胶广泛应用于制造轮胎、胶带及胶管等。
2）合成橡胶。用石油、天然气、煤和农副产品为原料，通过有机合成方法制成单体，经聚合制成类似天然橡胶的高分子材料称为合成橡胶。
合成橡胶种类很多，常用的合成橡胶名称、性能特点和用途见表1-24。
表1-24 常用合成橡胶的名称、性能和用途
