工业设计中的材料应用-塑料_灵悦设计
        材料是工业设计中非常重要的一个环节,对材料的认识和掌握是实现产品设计的前提和保证。早在1919年成立的包豪斯学校就十分重视材料及其质感的研究和实际练习。其灵魂教师伊顿曾经这样说道:“当学生们陆续发现可以利用各种材料时,他们就能创造出更具有独特材质感的作品”。我们要了解材料,尊重材料,{zd0}限度的利用材料;这是一个工业设计者必须具备的一个基本素质,让我们先来了解塑料这个广泛使用的材料吧


塑料是指以树脂(或在加工过程中用单体直接聚合)为主要成分,以增塑剂、填充剂、润滑剂,着色剂等添加剂为辅助成分,在加工过程中能流动成型的材料;由许多较小而结构简单的小分子借共价键来组合而成材料。
塑料的种类繁多,一般是以对热变化来分类,它可以分为两大类:
热固性塑料(Thermoset Plastics ):指的是加热后,会使分子构造结合成网状型态。一旦结合成网状聚合体,即使再加热也不会软化,显示出所谓的非可逆变化,是分子构造发生变化(化学变化 )所致。例如环氧树脂。

热塑性塑料(Thermoplastic)指具有加热软化、冷却硬化特性的塑料。我们日常生活中使用的大部分塑料属于这个范畴。热塑性塑料是加热后软化、可塑,冷却后硬化,再加热后又会软化的塑料:即运用加热及冷却,使其产生液态与固态之间的可逆变化的物理变化。热塑性塑料可分为泛用塑料、泛用工程塑料、高性能工程塑料等三类

主要的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚氯乙烯尼龙聚碳酸酯聚氨酯聚四氟乙烯特富龙)、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。

热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构分子链之间无化学键产生,加热时软化流动.冷却变硬的过程是物理变化按照塑料的应用情况,热塑性塑料又可分为通用塑料工程塑料两大类。
通用塑料的热塑性其连续的使用温度在100℃以下,聚乙烯、聚氯乙稀、聚丙烯、聚苯乙烯并称为四大通用塑料。
工程塑料一般是指工作应力大于150MPa,连续工作温度能超过150℃以上的塑料。通常把聚酰胺(尼龙)、聚碳酸脂、聚甲醛、聚苯醚和热塑性聚酯称为五大工程塑料
工程塑料中还可以分为特殊工程塑料通用工程塑料两类。所谓通用工程塑料常指热塑性塑料聚酰胺(PA).聚甲醛(POM),聚碳酸酯(PC),改性聚苯醚(PPO,也有缩写为PPE的),聚酯(PBT和PET)等五种,而特殊工程塑料常指除以上五种以外的性能更优异的工程塑料。按照使用温度分,一般使用温度在150℃以下为通用工程塑料(一般为100℃—150℃),超过150℃为特种工程塑料,特种工程塑料又分为150一250 ℃类(含通用工程塑料的复合物在内)和250 ℃以上类。


按加工分类:
根据各种塑料不同的成型方法,可以分为膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸塑料和反应注射塑料等多种类型。

分类比较
a) 不同塑料材料对应的产品精度
精度等级
1级 无
2级 无
3级 PS ABS PMMA PC
PE 30%GF增强塑料等,其中以30%GF增强塑料的精度{zg}.
4级 PA类 氯化聚醚 HPVC等
5级 POM PP HDPE等
6级 LDPE LLDPE等
b) 塑胶受力制品用原料选用的一般原则
1 拉伸强度 弯曲强度及模量:这几种性能较好的塑料品种有 POM PA PC PPO
PSF及PI等,以及相应的玻璃纤维增强材料和PET PBT PP等的玻璃纤维增强
材料.
2 冲击强度:以PC为{zh0},POM PPO PSF等次之,PP HPVC PA6 PA66 氯化聚醚
等品种的低温脆性大.
3 耐蠕变性:热固性塑料的耐蠕变性能好于热塑性塑料.热塑性塑料中PC PPO
PSF PI及PAR的蠕变性较好,而ABS PA HPVC POM的耐蠕变性不好.
4 耐疲劳性:几种塑料的耐疲劳性大小为 POM>PBT PET>PA66>PA6>PP,
纯PC的耐蠕变性不好,但玻璃纤维增强后可大幅度增高,接近POM.
5 尺寸稳定性 PC PPO PSF PI PAR PES PPS的尺寸稳定性好,可适用于三级
以上精度的塑料制品选用;而PA POM以及高结晶性塑料的尺寸稳定性都
不高,只适用于五级以下精度的塑料制品选用.


ABS
丙烯腈-- 丁二烯 --苯二烯(ABS)共聚物
性质:丙烯腈提供耐热及抗化性,丁二烯提供韧性及耐冲击性,苯乙烯提供延展性及加工性
优点:坚硬,易压出、易染色、难燃、耐冲击、表面性佳
缺点:耐溶剂性差、低介电强度、低拉伸率
用途:把手、外壳、行李箱、冰箱衬垫、家电制品

PC(聚碳酸酯)
性质:为非结晶性热塑性塑料
优点:具高强度及弹性系数、高冲击强度、使用温度范围广、高度透明性及自由染色性、H.D.T.高、耐疲劳 性佳、耐候性佳、电气特性优、无味无臭对人体无害符合卫生安全、成形收缩率低、尺寸安定性良好
缺点:成形品设计不良易产生内部应力问题
用途:电子电器:CD片、开关、家电外壳、信号筒、电话机、
汽车:汽车保险杆、汽车分电盘、汽车安全玻璃、
工业零件:照相机本体、机具外壳、安全帽、潜水镜、安全镜片

POM(聚缩醛)
性质:为结晶性热可塑性塑料,具明显熔点165~175℃,性质最接近金属,一般称其为塑钢
优点:具高机械强度和刚性、{zg}的疲劳强度、环境抵抗性、耐有机溶剂性佳、耐反复冲击性强、广泛的使用温度范围(-40℃~120℃)6、良好的电气性质、复原性良好、具自已润滑性、耐磨性良好、尺寸安定性优
缺点:加工过程若长时间高温下易起热分解、无自熄性、抗酸性差、成形收缩率大
用途:电子电器:洗衣机、果汁机零件、定时器组件汽
汽车:车把零件、电动窗零件
工业零件:机械零件、齿轮、把手、玩具、螺杆

PP(聚丙烯)

塑胶分类标志中,代码是5
性质:极轻之塑料,密度仅为0.9g/cm3加工性质毋须预热干燥
优点:易染色、耐湿性佳、耐化性佳、高铰链特性、耐冲击性
缺点:复杂之异形押出不易、易被紫外线分解、不易接合、易氧化
用途:水管、胶膜、胶布、电线蔽护材料、容器、汽车保险杆、仪表板、铰链

PA(聚酰胺、尼龙Nylon)
性质:结晶性热可塑性塑料,有明显熔点,Nylon6 Tm为220~230℃,Nylon66则为260~270℃,Nylon本身具吸水基故有吸水性,成形前须干燥,温度过高干燥则尼龙粒变色
优点:具高抗张强度、耐韧、耐冲击性特优、自润性、耐磨性佳、耐药性优、低温特性佳、具自熄性
缺点:尼龙吸湿性高、长期尺寸精密度及物性受影响。
用途:电子电器:连接器、卷线轴、定时器、护盖断路器、开关壳座
汽车:散热风扇、门把、油箱盖、进气隔栅、水箱护盖、灯座
工业零件:椅座、自行车框、溜冰鞋底座、纺织梭、踏板、滑轮

PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯 雅克力有机玻璃)
性质:非晶体聚合物,92%光线穿透率,热变性温度介于74℃~102℃间 收缩率0.4-0.7% 合适的薄厚1.5-4mm
优点:高光学透明性在光的加速老化240小时后仍可透过92%的太阳光,室外十年仍有89%,紫外线达7 8.5%、耐候性佳、刚性佳、易染色机械强度较高,有一定的耐寒性,耐腐蚀,绝缘性能良好、尺寸稳定,易于成型、质较脆,易熔于有机溶剂

缺点:耐化性差、长期时用温度{zg}93℃、应力集中处,较易碎化、表面硬度不够,易擦毛
用途:灯罩、窗玻璃、标示牌、光学透镜、硬式隐形眼镜、汽车零件。

PS

塑胶分类标志中,代码是6
性质:非晶体聚合物,成型后收缩率小于0.6低密度特性使产量大于一般料之20%到30%
优点:成本低、透明可染色、尺寸安定特性、高刚性
缺点:碎裂性高、抗溶剂性差、耐温差
用途:文具、玩具、电气用品外壳、保丽龙餐具

PVC(聚氯乙烯)

塑胶分类标志中,代码是3

性质:未加可塑剂前,PVC为一坚硬之塑料,耐湿性佳,但亦被酮类、酯类溶剂分解
优点:尺寸安定性佳、低成本、耐候性佳、加不同比例可塑剂可轻易调整软硬度
缺点:耐化性差、耐温性差、密度较一般塑料类为高、热分解后会产生氯化氢
用途:薄板、胶膜、容器、人造皮、地板材料、收缩膜、管材、玩具

LDPE

塑胶分类标志中,低密度聚乙烯代码是4
性质:LDPE容度为0.910~0.925g/cm3
优点:耐寒性优、卫生xx3. 耐水性、 耐药品性、 电气特性优、柔软性优(LDPE)
缺点:低温时的耐冲击性劣2. 耐候性不佳
用途:各种容器(耐热用)、HINGE成形品、玩具类、FILM、SHEET5 板, PIPE6、耐热的工业部品

HDPE

塑胶分类标志中,高密度聚乙烯代码是2

性质:HDPE容度为0.941~0.965g/cm3
优点:耐寒性优、卫生xx、耐水性、 耐药品性优、电气特性优
缺点:耐热性劣、耐候性劣、成形收缩大
用途:各种容器(密闭容器)、包装袋、玩具类、厨房用品、机械部品

PETE(再生聚乙烯对苯二甲酸酯)
塑胶分类标志中,代码是1

聚对苯二甲酸乙二酯()回收再利用产品。
PET 被广泛用于饮料瓶(可乐)包装,但是当这些材料被废弃时,面临着如何处理的问题。废旧PET瓶的再生利用,既能减少污染,又可以增加效益。
再生pet主要用于纤维,片材,非食品包装用瓶等,开发的用途有:建筑材料,食品包装和容器等,日本公司已利用聚合物合金改进技术将再生pet加工成性能优于用pet新料制造的粉末涂料。

PSU
性质:收缩率 0.5-0.7% 各向相同
优点:其机械性能,耐热,耐氧化,耐介电性能,热稳定性优于PC
缺点:其加工性,对断口很敏感,耐气候性,耐光及紫外线及有机溶剂的性能欠佳,与PC同样不能在沸水中长期使用
用途:高温下工作的耐磨受力传动零件,齿轮,微波炉的内配件,相机壳,医疗器械,汽车零件,投影机

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