产品设计_塑胶材料.ppt

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1、 塑胶材料 DesigningWithPlastic PlasticsMaterials 塑胶材料 是家用电器制造行业使用最广泛的材料 掌握现代企业常用的塑胶材料 学会如何在设计中合理的选用料 来改善结构 加工工艺以及降低制造成本等 把自己培养成企业青睐的结构设计人才 塑胶材料 为什么要学习塑胶材料 学习的目的 掌握材料的学习方法 材料的物理性能 材料的物理性能 密度 相对密度 弹性 塑性 韧性 刚性 脆性 缺口敏感性 各向同性 各向异性 吸水率和模塑收缩率等 弹性 是材料在变形后部分或全部恢复到初始尺寸和形状的能力 塑性 是材料受力变形后保持变形的形状和尺寸的能力 韧性 是聚合物材料通过弹性

2、变形或塑性变形吸收机械能而不发生破坏的能力 延展性 材料受到拉伸或压延而未受到破坏的延伸性称为延展性 脆性 是聚合物材料在吸收机械能时易发生断裂的性质 缺口敏感性 材料从已存在的缺口 裂纹或锐角部位发生开裂 裂纹很快贯穿整个材料的性质称为缺口敏感性 各向同性 各向同性的材料为在任何方向上物理性能相同的热塑性或热固性材料 各向异性 各向异性材料的性质与测试方向有关 增强塑料在纤维增强材料的排列方向上有较高的性能 吸水性 吸水性是材料吸水后质量增加的百分比表示 6 模塑收缩性 模塑收缩性是指零件从模具中取出冷却至室温后 其尺寸相对于模具尺寸发生的收缩 冲击性能 是材料承受高速冲击载荷而不被破坏的一

3、种能力 反应了材料的韧性 塑料材料在经受高冲击力而不被破坏 必须满足两个条件 能迅速通过形变来分散和冲击能量 材料内部产生的内应力不超过材料的断裂强度 疲劳性能 塑料制品受到周期性反复作用的应力 包括拉伸 弯曲 压缩或扭曲等不同类型的应力 而发生交替变形的现象 称为疲劳 抗撕裂性 抗撕裂性是薄膜 片材 带材一类薄型瓣重要力学性能 蠕变性 指材料在恒定的外力 在弹性极限内 包括拉伸 压缩 弯曲等 作用下 变形随时间慢慢增加的现象 应力松弛 指塑料制品维持恒定应变所需要的应力随时间延长而慢慢松弛的现象 材料的物理性能 塑胶材料可分为两大类 热塑性塑料 热固性塑料 热塑性塑料从构象 形态不同 可分为

4、三种类型 无定型聚合物 PS PC PMMA 半结晶聚合物 PE PP PA 液晶聚合物 LCP 热塑性塑料受热后会软化 并发生流动 冷却后凝固变硬 成为固态 热塑性塑料由曲线状高分子组成 在加热时仅仅发生物理变化 其分子链上的基团稳定 分子间不发生化学反应 在多数热塑性塑料能被化学溶剂溶解 它对化学品的耐蚀性较热固性塑料差 其使用温度比热固性塑料低 机械性能和硬度也相对偏低 由于它的生产工艺成熟 来源广泛及可回收再利用 目前得到广泛的使用 通用的工程塑料 PA聚酰胺 POM聚甲醛 PC聚碳酸酯 PPO改性聚苯醚 PET PBT聚酯 塑胶材料 8 塑胶材料 塑胶材料的分类一 按树脂的受热变化分

5、类热固性塑料 酚醛树脂 氨基树脂 环氧树脂 不饱和树脂 氰酸酯树脂 呋喃树脂 烯丙基树脂 醇酸树脂等 热塑性塑料 目前的使用达95 以上 二 按树脂的应用分类1 通用塑料 产量大 应用范围广 成型加工性好 成本低的一类树脂 2 工程塑料 力学性能较好 尺寸稳定性高 抗蠕变性好 可在较高温度下使用 增强后热变形温度大于150 3 一般塑料 指用量大 应用范围广 性能一般的一类塑料 产量占整个树脂的90 以上 4 特种塑料 指具有独特性能 价格高 产量少 应用范围窄的一类塑料 5 热塑性弹性体 性能介于塑料和橡胶之间 Thermoplasticelastomer TPE 或Thermoplasti

6、crubber TPR 有SBS SEBS SIS SEPS POE TPV TPU TPVC TPEE TPA等 9 三 按树脂的结构分类1 聚烯烃类2 乙烯基类3 聚酰胺类4 聚脂类5 其他种类还有纤维素类 聚胺酯类 酚醛类 氨基树脂类及环氧树脂等四 按所含树脂的种类分类1 单一树脂2 塑料合金 塑料从工程应用上来分 1 工程塑料2 一般用途类塑料3 特殊用途类塑料通用热塑性塑料包括聚乙烯类 聚丙烯类 聚氯乙烯类 聚苯乙烯类和ABS类五种 占整个树脂的80 以上 塑胶材料 塑料中通常添加的助剂种类 要理解添加助剂的在塑件中起的作用 ABS丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物机械强度和耐磨性很好 但

7、没有自润滑作用 低温性能好 在 40度下仍表现较好的韧性 易着色 还具有超强的易加工性 加工工艺性好 外观特性 低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度材料湿度应保证小于0 1 熔化温度 210 280C 模具温度 25 70C 建议温度 45C ABS的热变形温度为65 70度 使用温度 40 100度 收缩率 0 4 0 7 通常取0 6 设计注意 耐候性不佳 长期暴露在阳光下 易变色 降低强度 易燃烟量大 PC聚碳酸酯 防弹胶 透明度可达到90 刚硬且韧性好 抗冲击强度高 使用温度可在 120 130 之间长期使用 但耐应力 开裂性差 典型应用范围 电气和商业设备 计算机元件 连接

8、器等 器具 食品加工机 电冰箱抽屉等 交通运输行业 车辆的前后灯 仪表板等 熔化温度 260 340C 模具温度 70 120C 注射压力 尽可能地使用高注射压力 注射速度 对于较小的浇口使用低速注射 对其它类型的浇口使用高速注射 收缩率一般为0 5 0 7 通常取0 6 设计注意 耐疲劳强度较低 易产生应力开裂 在制品中尽量少用金属嵌件 不耐碱 耐磨性较差 PC ABS聚碳酸酯和丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物和混合物PC ABS具有PC和ABS两者的综合特性 例如ABS的易加工特性和PC的优良机械特性和热稳定性 二者的比率将影响PC ABS材料的热稳定性 PC ABS这种混合材料还显示了优异的

9、流动特性 可改善应力开裂性 提高耐冲击性 耐磨损性 耐热水老化性 典型应用范围 齿轮箱 汽车保险杠以及要求具有抗化学反应和耐腐蚀性 热稳定性 抗冲击性以及几何稳定性的产品 注塑模工艺条件 干燥处理 建议110 135C 约4小时的干燥处理 熔化温度 235 300C 模具温度 37 93C 化学和物理特性 PC PBT具有PC和PBT二者的综合特性 例如PC的高韧性和几何稳定性以及PBT的化学稳定性 热稳定性和润滑特性等 收缩率在0 5 左右 PC PBT聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物 16 PE聚乙烯 俗称为软胶 聚乙烯的主要品种有 低密度聚乙烯 LDPE 高密度聚乙烯 HDPE 线

10、型低密度聚乙烯LLDPE 高分子量聚乙烯 UHMWPE 及茂金属聚乙烯 改性品种肯乙烯 乙酸乙烯脂 EVA 和氯化聚乙烯 CPE 一般性能 在常温下呈白色蜡状 为半透明颗粒 柔而韧 易变形 比水轻 无味无毒 耐化学品性好又脆化温度可达 70度 防潮性和电气绝缘性良好 HDPE高密度聚乙烯在常温下呈白色蜡状 为半透明颗粒 柔而韧 易变形 比水轻 无味无毒 耐化学品性好又脆化温度可达 70度 防潮性和电气绝缘性良好 典型应用范围 电冰箱容器 存储容器 家用厨具 密封盖等 熔化温度 220 260C 对于分子较大的材料 建议熔化温度范围在200 250C之间 模具温度 50 95C HDPE的收缩率

11、在1 5 3 之间 LDPE低密度聚乙烯典型应用范围 装饰塑料花 箱柜 管道联接器熔化温度 180 280C模具温度 20 40C为了实现冷却均匀以及较为经济的去热 建议冷却腔道直径至少为8mm 并且从冷却腔道到模具表面的距离不要超过冷却腔道直径的1 5倍 注射压力 最大可到1500bar 保压压力 最大可到750bar PE LD的收缩率在1 5 5 之间设计注意 表面印刷着色困难 耐候性不佳 动植物油 矿物油能使PE溶胀 收缩率高制品易翘曲变形 PP聚丙烯 百折胶 屈服强度 抗拉强度 抗压强度和硬度有弹性比PE要好 有特别高的抗弯曲疲劳强度 可制作铰链 耐热性好 低温使用只能达 15度 但

12、低于 35度时会脆裂 易老化 不吸水 高频绝缘性能好 熔化温度 220 275C 注意不要超过275C 模具温度 40 80C 建议使用50度 结晶程度主要由模具温度决定 收缩率相当高 一般为1 0 2 5 设计注意 耐日光性差 易发生热氧老化 低温耐冲击性差 氧化酸能促使PP降解 避免与铜接触 铜盐溶液对PP有特殊的破坏作用 PP成型收缩率较高 热胀系数高 要防热应力脆化的发生 不易表面着色 PA6聚酰胺6或尼龙6耐磨 高强 韧性好 有自润滑 可在 40 100度下长期使用 吸水性大 使得制品尺寸变化大 成型前要在热空气中干燥 熔化温度 230 280C 对于增强品种为250 280C 模具

13、温度 80 90C PA6的收缩率在1 到1 5 之间PA66聚酰胺66或尼龙66典型应用范围 同PA6相比 PA66更广泛应用于汽车工业 仪器壳体以及其它需要有抗冲击性和高强度要求的产品 熔化温度 225 275C 对玻璃添加剂的产品为275 280C 熔化温度应避免高于300C 模具温度 建议80C PA66的收缩率在1 2 之间设计注意 吸湿性大 在酸性介质里易发生溶胀和增塑倾向 吸水性会影响材料的电性能 因此在电性能要求高和环境湿度较大的环境不适宜 由于吸水性强 不宜用来设计高尺寸精度的零件 POM聚甲醛 赛钢 POM具有很低的摩擦系数和很好的几何稳定性 特别适合于制作齿轮和轴承 由于

14、它还具有耐高温特性 因此还用于管道器件 管道阀门 泵壳体 草坪设备等 POM是一种坚韧有弹性的材料 即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性 几何稳定性和抗冲击 可在 120 100 之间长期使用 熔化温度 均聚物材料为190 230C 共聚物材料为190 210C 模具温度 80 105C 为了减小成型后收缩率可选用高一些的模具温度 注射速度 中等或偏高的注射速度 POM的高结晶程度导致它有相当高的收缩率 可高达到2 3 5 对于各种不同的增强型材料有不同的收缩率 设计注意 对缺口比较敏感 在热水的长期作用下 会发生一定程度的湿热老化 户外产品要添加抗紫外线剂 抗氧化剂 耐辐射性不好 PS聚苯乙烯

15、硬胶 有良好的电气性能 耐电弧性能好 不吸潮 有较好的成型工艺性 属于硬质塑料 有较高的刚度和表面硬度 吸湿性小 是最耐辐射的聚合材料之一 常用于仪表外壳 接线盒 玩具等 熔化温度 180 280C 对于阻燃型材料其上限为250C 模具温度 40 50C 注射压力 200 600bar 收缩率在0 2 0 7 之间 常取0 4 设计注意 耐热性低 连续使用温度60 70度 易燃烧 抗冲击性差 性脆 易开裂 大部分植物油和芳香油能使制品溶胀和产生开裂 HIPS聚苯乙烯 不碎胶或高抗冲 是在GPPS中加入适量 5 20 丁二烯橡胶改性 从而改善硬胶的抗冲击性能 PVC 聚氯乙烯 耐化学品性好 具有

16、阻燃性 有氯原子 有良好的电绝缘性 使用温度不能超过80度 典型应用范围 电线护套 供水管道 家用管道 房屋墙板 商用机器壳体 电子产品包装 医疗器械 食品包装等 熔化温度 185 205C模具温度 20 50CPVC的收缩率相当低 一般为0 2 0 6 硬 软质PVC收缩率 0 5 设计注意 对光和热不稳定 使用温度在 10 50度 PMMA聚甲基丙烯酸甲酯俗称 有机玻璃 PMMA具有室温蠕变特性 随着负荷加大 时间增长 可导致应力开裂现象 PMMA具有较好的抗冲击特性 注塑模工艺条件 干燥处理 PMMA具有吸湿性因此加工前的干燥处理是必须的 建议干燥条件为90C 2 4小时 熔化温度 240 270C 模具温度 35 70C白光的穿透性高达92 可制件透明件 收缩率在0 2 0 9 之间 收缩率在0 5 左右 设计注意 表面硬度低 耐磨性差 表面易划伤和磨毛 可在 60 65度范围内长期使用 短期不能超过80度 抗银纹性 线膨胀稳定性及耐辐射不好 聚四氟乙烯又名 F4 PTFE Teflon 塑料王 四氟 铁氟龙 PTFE是由四氟乙烯单体聚合而成的聚合物 是一种类似于PE的透明或不