工业设计中的材料应用-塑料

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，最大限度的利用材料；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100C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150C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和通用工程塑料两类。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150C以下为

通用工程塑料（一般为100°C —150C），超过150C为特种工程塑料，特种工程塑料又分为150 一250 C类（含通用工程塑料的复合物在内）和250 C以上类。

1500 C

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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曾强塑料等,其中以30%GF曾强塑料的精度最高

4级PA类氯化聚醚HPVC等

5级POM PP HDP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为最好,POM PPO PSI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，性及加工性

苯乙烯提供延展优点：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165~175C，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、最高的疲劳强度、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(-40C~120C)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

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