工業(yè)設(shè)計(jì)中的材料應(yīng)用-塑料[1]

1、工業(yè)設(shè)計(jì)中的材料應(yīng)用-塑料    材料是工業(yè)設(shè)計(jì)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對材料的認(rèn)識和掌握是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前提和保證。早在1919年成立的包豪斯學(xué)校就十分重視材料及其質(zhì)感的研究和實(shí)際練習(xí)。其靈魂教師伊頓曾經(jīng)這樣說道：“當(dāng)學(xué)生們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)可以利用各種材料時(shí)，他們就能創(chuàng)造出更具有獨(dú)特材質(zhì)感的作品”。我們要了解材料，尊重材料，最大限度的利用材料；這是一個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)者必須具備的一個(gè)基本素質(zhì)，讓我們先來了解塑料這個(gè)廣泛使用的材料吧    塑料是指以樹脂（或在加工過程中用單體直接聚合）為主要成分，以增塑劑、填充劑、潤滑劑，著色劑等添加劑為輔助成分，在加

2、工過程中能流動(dòng)成型的材料；由許多較小而結(jié)構(gòu)簡單的小分子借共價(jià)鍵來組合而成材料。塑料的種類繁多，一般是以對熱變化來分類，它可以分為兩大類：    熱固性塑料（Thermoset Plastics ）：指的是加熱后，會(huì)使分子構(gòu)造結(jié)合成網(wǎng)狀型態(tài)。一旦結(jié)合成網(wǎng)狀聚合體，即使再加熱也不會(huì)軟化，顯示出所謂的非可逆變化，是分子構(gòu)造發(fā)生變化(化學(xué)變化 )所致。例如環(huán)氧樹脂。       熱塑性塑料(Thermoplastic)指具有加熱軟化、冷卻硬化特性的塑料。我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫拇蟛糠炙芰蠈儆谶@個(gè)范疇。熱塑性塑料是加熱

3、后軟化、可塑，冷卻后硬化，再加熱后又會(huì)軟化的塑料：即運(yùn)用加熱及冷卻，使其產(chǎn)生液態(tài)與固態(tài)之間的可逆變化的物理變化。熱塑性塑料可分為泛用塑料、泛用工程塑料、高性能工程塑料等三類。主要的熱塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯（特富龍）、聚對苯二甲酸乙二醇酯等。熱塑性塑料中樹脂分子鏈都是線型或帶支鏈的結(jié)構(gòu)，分子鏈之間無化學(xué)鍵產(chǎn)生，加熱時(shí)軟化流動(dòng)冷卻變硬的過程是物理變化。按照塑料的應(yīng)用情況，熱塑性塑料又可分為通用塑料、工程塑料兩大類。通用塑料的熱塑性其連續(xù)的使用溫度在100以下，聚乙烯、聚氯乙稀、聚丙烯、聚苯乙烯并稱為四大通用塑料。 

4、; 工程塑料一般是指工作應(yīng)力大于150MPa，連續(xù)工作溫度能超過150以上的塑料。通常把聚酰胺（尼龍）、聚碳酸脂、聚甲醛、聚苯醚和熱塑性聚酯稱為五大工程塑料  工程塑料中還可以分為特殊工程塑料和通用工程塑料兩類。所謂通用工程塑料常指熱塑性塑料聚酰胺(PA)聚甲醛(POM)，聚碳酸酯(PC)，改性聚苯醚(PPO，也有縮寫為PPE的)，聚酯(PBT和PET)等五種，而特殊工程塑料常指除以上五種以外的性能更優(yōu)異的工程塑料。按照使用溫度分，一般使用溫度在150以下為通用工程塑料(一般為100150)，超過150為特種工程塑料，特種工程塑料又分為150一250 類(含通用工程塑料的復(fù)合物在內(nèi))

5、和250 以上類。 按加工分類：根據(jù)各種塑料不同的成型方法，可以分為膜壓、層壓、注射、擠出、吹塑、澆鑄塑料和反應(yīng)注射塑料等多種類型。 分類比較a)  不同塑料材料對應(yīng)的產(chǎn)品精度精度等級1級 無2級 無3級 PS ABS PMMA PCPE 30%GF增強(qiáng)塑料等,其中以30%GF增強(qiáng)塑料的精度最高.4級 PA類 氯化聚醚 HPVC等5級 POM PP HDPE等6級 LDPE LLDPE等b) 塑膠受力制品用原料選用的一般原則1 拉伸強(qiáng)度 彎曲強(qiáng)度及模量:這幾種性能較好的塑料品種有 POM PA PC PPOPSF及PI等,以及相應(yīng)的玻璃纖維增強(qiáng)材料和PET PBT

6、 PP等的玻璃纖維增強(qiáng)材料.2 沖擊強(qiáng)度:以PC為最好,POM PPO PSF等次之,PP HPVC PA6 PA66 氯化聚醚等品種的低溫脆性大.3 耐蠕變性:熱固性塑料的耐蠕變性能好于熱塑性塑料.熱塑性塑料中PC PPOPSF PI及PAR的蠕變性較好,而ABS PA HPVC POM的耐蠕變性不好.4 耐疲勞性:幾種塑料的耐疲勞性大小為 POM>PBT PET>PA66>PA6>PP,純PC的耐蠕變性不好,但玻璃纖維增強(qiáng)后可大幅度增高,接近POM.5 尺寸穩(wěn)定性 PC PPO PSF PI PAR PES PPS的尺寸穩(wěn)定性好,可適

7、用于三級以上精度的塑料制品選用;而PA POM以及高結(jié)晶性塑料的尺寸穩(wěn)定性都不高,只適用于五級以下精度的塑料制品選用.ABS丙烯腈- 丁二烯 -苯二烯(ABS)共聚物性質(zhì)：丙烯腈提供耐熱及抗化性，丁二烯提供韌性及耐沖擊性，苯乙烯提供延展性及加工性優(yōu)點(diǎn)：堅(jiān)硬，易壓出、易染色、難燃、耐沖擊、表面性佳缺點(diǎn)：耐溶劑性差、低介電強(qiáng)度、低拉伸率用途：把手、外殼、行李箱、冰箱襯墊、家電制品       PC（聚碳酸酯）性質(zhì)：為非結(jié)晶性熱塑性塑料優(yōu)點(diǎn)：具高強(qiáng)度及彈性系數(shù)、高沖擊強(qiáng)度、使用溫度范圍廣、高度透明性及自由染色性、H.D.T.高、耐疲勞

8、60; 性佳、耐候性佳、電氣特性優(yōu)、無味無臭對人體無害符合衛(wèi)生安全、成形收縮率低、尺寸安定性良好缺點(diǎn)：成形品設(shè)計(jì)不良易產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力問題用途：電子電器：CD片、開關(guān)、家電外殼、信號筒、電話機(jī)、      汽車：汽車保險(xiǎn)桿、汽車分電盤、汽車安全玻璃、      工業(yè)零件：照相機(jī)本體、機(jī)具外殼、安全帽、潛水鏡、安全鏡片  POM（聚縮醛）性質(zhì)：為結(jié)晶性熱可塑性塑料，具明顯熔點(diǎn)165175，性質(zhì)最接近金屬，一般稱其為塑鋼優(yōu)點(diǎn)：具高機(jī)械強(qiáng)度和剛性、最高的疲勞強(qiáng)度、環(huán)

9、境抵抗性、耐有機(jī)溶劑性佳、耐反復(fù)沖擊性強(qiáng)、廣泛的使用溫度范圍(-40120)6、良好的電氣性質(zhì)、復(fù)原性良好、具自已潤滑性、耐磨性良好、尺寸安定性優(yōu)缺點(diǎn)：加工過程若長時(shí)間高溫下易起熱分解、無自熄性、抗酸性差、成形收縮率大用途：電子電器：洗衣機(jī)、果汁機(jī)零件、定時(shí)器組件汽      汽車：車把零件、電動(dòng)窗零件      工業(yè)零件：機(jī)械零件、齒輪、把手、玩具、螺桿  PP（聚丙烯）塑膠分類標(biāo)志中，代碼是5性質(zhì)：極輕之塑料，密度僅為0.9g/cm3加工性質(zhì)毋須預(yù)熱干

10、燥優(yōu)點(diǎn)：易染色、耐濕性佳、耐化性佳、高鉸鏈特性、耐沖擊性缺點(diǎn)：復(fù)雜之異形押出不易、易被紫外線分解、不易接合、易氧化用途：水管、膠膜、膠布、電線蔽護(hù)材料、容器、汽車保險(xiǎn)桿、儀表板、鉸鏈   PA（聚酰胺、尼龍Nylon)性質(zhì)：結(jié)晶性熱可塑性塑料，有明顯熔點(diǎn)，Nylon6 Tm為220230，Nylon66則為260270，Nylon本身具吸水基故有吸水性，成形前須干燥，溫度過高干燥則尼龍粒變色優(yōu)點(diǎn)：具高抗張強(qiáng)度、耐韌、耐沖擊性特優(yōu)、自潤性、耐磨性佳、耐藥性優(yōu)、低溫特性佳、具自熄性缺點(diǎn)：尼龍吸濕性高、長期尺寸精密度及物性受影響。用途：電子電器：連接器、卷線軸、定時(shí)器、

11、護(hù)蓋斷路器、開關(guān)殼座      汽車：散熱風(fēng)扇、門把、油箱蓋、進(jìn)氣隔柵、水箱護(hù)蓋、燈座      工業(yè)零件：椅座、自行車框、溜冰鞋底座、紡織梭、踏板、滑輪   PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯 雅克力有機(jī)玻璃）性質(zhì)：非晶體聚合物，92%光線穿透率，熱變性溫度介于74102間 收縮率0.4-0.7% 合適的薄厚1.5-4mm優(yōu)點(diǎn)：高光學(xué)透明性在光的加速老化240小時(shí)后仍可透過92%的太陽光，室外十年仍有89%，紫外線達(dá)7   8.5%

12、、耐候性佳、剛性佳、易染色機(jī)械強(qiáng)度較高，有一定的耐寒性，耐腐蝕，絕緣性能良好、尺寸穩(wěn)定，易于成型、質(zhì)較脆，易熔于有機(jī)溶劑缺點(diǎn)：耐化性差、長期時(shí)用溫度最高93、應(yīng)力集中處，較易碎化、表面硬度不夠，易擦毛用途：燈罩、窗玻璃、標(biāo)示牌、光學(xué)透鏡、硬式隱形眼鏡、汽車零件。  PS塑膠分類標(biāo)志中，代碼是6性質(zhì)：非晶體聚合物，成型后收縮率小于0.6低密度特性使產(chǎn)量大于一般料之20%到30%優(yōu)點(diǎn)：成本低、透明可染色、尺寸安定特性、高剛性缺點(diǎn)：碎裂性高、抗溶劑性差、耐溫差用途：文具、玩具、電氣用品外殼、保麗龍餐具  PVC(聚氯乙烯)塑膠分類標(biāo)志中，代碼是3性質(zhì)：未加可塑

13、劑前，PVC為一堅(jiān)硬之塑料，耐濕性佳，但亦被酮類、酯類溶劑分解優(yōu)點(diǎn)：尺寸安定性佳、低成本、耐候性佳、加不同比例可塑劑可輕易調(diào)整軟硬度缺點(diǎn)：耐化性差、耐溫性差、密度較一般塑料類為高、熱分解后會(huì)產(chǎn)生氯化氫用途：薄板、膠膜、容器、人造皮、地板材料、收縮膜、管材、玩具 LDPE塑膠分類標(biāo)志中，低密度聚乙烯代碼是4性質(zhì)：LDPE容度為0.9100.925g/cm3優(yōu)點(diǎn)：耐寒性優(yōu)、衛(wèi)生無毒3. 耐水性、 耐藥品性、 電氣特性優(yōu)、柔軟性優(yōu)(LDPE)缺點(diǎn)：低溫時(shí)的耐沖擊性劣2. 耐候性不佳用途：各種容器(耐熱用)、HINGE成形品、玩具類、FILM、SHEET5 板, PIPE6、耐熱的工業(yè)部品 HDPE塑膠分類標(biāo)志中，高密度聚乙烯代碼是2性質(zhì)：HDPE容度為0.9410.965g/cm3優(yōu)點(diǎn)：耐寒性優(yōu)、衛(wèi)生無毒、耐水性、 耐藥品性優(yōu)、電氣特性優(yōu)缺點(diǎn)：耐熱性劣、耐候性劣、成形收縮大用途：各種容器(密閉容器)、包裝袋、玩具類、廚房用品、機(jī)械部品 PETE(再生聚乙烯對苯二甲酸酯)塑膠分類標(biāo)志中，代碼是1聚對苯二甲酸乙二酯(PET塑料)回收再利用產(chǎn)品。PET 被廣泛用于飲料瓶(可樂)包裝，但是當(dāng)這些材料被廢棄時(shí)，面臨著如何處理的問題。廢舊PET瓶的再生利用，既能減少污染，又可以增加效益。再生pet主要用于纖維，片材，非食品包裝用瓶等，開