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1、第六章 塑料的设计表现力,本章主要内容：,6.1塑料材性的概述 6.2 产品设计中塑料的工艺特性 6.3塑料在设计中的应用,6.1塑料材性概述,塑料作为一种具有多种特性的现代材料，主要原因是塑料的原料广泛，性能优良 ，加工成型方便，具有装饰性和近现代质感。而且，塑料的品种繁多，价格比较低廉，在仪器、仪表家用电器、医疗器械、交通运输，农业轻工、包装日用杂货乃至生活领域的各个方面都获得广泛的应用。在工业设计中，合理使用塑料可获得事半功倍的效果。近年来，塑料工业发展很快，为适应这种发展趋势，设计人员需要熟悉掌握塑料的性能和用途，才能有助于研究材料应用的相适性。,6.1塑料材性概述,6.1.1塑料的发
2、展历史,塑料是一类很重要的合成高分子材料。在20世纪 初，塑料这个词最初是用来表示改性的天然聚合物， 后来，很多合成法生产的聚合物都被称塑料， 如图61所示。,第一个能成功地耐高温的塑料是“贝克莱特”（即酚酣塑料）。1906年，美国的贝克兰首次合成了酚醛塑料，耐热性非常优良。可以应用于更多的生产领域，酚醛塑料的发现与使用是塑料材料应用的真正开端。到 20世纪 30年代，尼龙（图62）被制造出来，为此后各种塑料的发明和生产奠定了基础。,图62,6.1.2塑料的组成与分类 （1）塑料的组成 塑料由合成树脂、填充剂、增塑剂、润滑剂、着色剂固化剂、稳定剂、阻燃剂等组成。 总的说来其成分主要分为两类：合
3、成树脂和添加剂。,6.1塑料材性概述,合成树脂 合成树脂是用人工合成的方法，将低分子的有机化合物 （一般指从石油、天然气、煤或农副产品中提炼出的物质）作为原料，经过化学合成而制造出的与天然树脂某些性能相似的树脂状产物，是塑料中能起粘结作用的部分，也叫粘料，使塑料具有成型性能。 添加剂 添加剂是添加在合成树脂中可以改善或调节塑料性能的辅助剂。常用的添加剂有填料、增强剂、增塑剂、润滑剂，着色剂、抗氧剂、光稳定剂、固化剂、阻燃剂等。,（2）塑料的分类： 塑料种类繁多，通常可以按如下四种方法分类： 按受热时的行为分类 按塑料中树脂合成的反应类型分类 按塑料中树脂大分子的有序状态分类 按性能特点和应用范
4、围分类 在设计领域以材料应用为主，因此多采用这种分法， 见下表61,6.1.3塑料的基本特性 （1）塑料的一般特性 质量轻、强度高 较好的化学稳定性 优异的电气绝缘性 优良的耐磨性、减摩性和自润滑性 良好的消声性和吸震性 优异的光学性能 多种防护性能,6.1塑料材性概述,图610 聚氨酯PU制品,图69 Dandelion灯,图68 多功能螺丝刀,图67 聚四氟乙烯玻璃纤维漆布,图65 苹果笔记本ibook,图66 聚酯塑料工具箱,6.1.3塑料的基本特性 （2）塑料特性上的缺陷 塑料虽然具有上述的优良性能，但也存在许多不足之处。在使用塑料时，还必须考虑以下几个问题： 塑料性质随外部条件变化的
5、问题 塑料的老化问题 塑料的耐腐蚀问题 塑料的带电问题 塑料的降解与环境问题,6.1.4塑料在设计中的特性 （1）塑料的质感分析：塑料质硬且具有适当的弹性和柔度，给人以柔和、亲切、安全的触觉质感。在塑料原料中加入其它成分的原料，还可以获得各种意想不到的质感效果。,6.1塑料材性概述,图611 彩色有机玻璃,（2）塑料的造型特点 塑料成型方便，易制作形状复杂的零件，因而产品的造型设计不受约束，可以比较自由地表达工业设计师构思的艺术形象.图614为“躺椅和脚凳”图615 全塑料轻型汽车,图614为“躺椅和脚凳”,图615 全塑料轻型汽车,6.1.5产品设计中常用塑料 （1）五大通用塑料 聚乙烯(P
6、E) 聚氯乙烯(PVC) 聚丙烯(PP) 聚苯乙烯(PS) ABS,6.1塑料材性概述,生活中的聚乙烯产品,聚氯乙烯(PVC)材料,聚丙烯(PP)食物盒,聚苯乙烯(PS)材料,ABS材料的电脑机箱,（2）五大通用塑料 聚酰胺(PA，俗称尼龙，图624) 聚碳酸酯(PC，图626) 聚甲醛(POM) 聚苯醚(PPO，图629) 热塑性聚酯,6.1塑料材性概述,图624 尼龙绳(聚酰胺PA),图626 聚碳酸酯(PC)颗粒,图628 聚甲醛(POM)颗粒,图629 聚苯醚（PPO）材料,图630 聚酯橡胶(TPEE)沙发,6.1.6塑料产品设计内部因素 塑料在产品设计中的应用还应注意其工艺上的设计
7、原则，虽然这些规定看起来与塑料工艺的联系更为紧密，但在选材、用材过程中仍然要注意所设计的产品形态、结构与材料成型性方面的关系，以帮助设计师更好地进行选材。,6.1塑料材性概述,内部因素： （1）易于模塑 （2）斜度 （3）壁厚 （4）加强筋与其它防止变形的结构设计 （5）支承面 （6）圆角 （7）孔的设计 （8）嵌件设计,6.1.7塑料产品设计的外部因素 塑料在不同操作环境下，其基本性质会随着不同的外界因素而改变，如下图6-31所示。如果原材料在不适和的范围内加工，再好的设计也会失败。,6.1塑料材性概述,图6-31,6.2 产品设计中塑料的工艺特性,6.2.1 塑料工艺之发展历史研究 第一个
8、半合成的高分子材料出现于1869年，Hyatt发明了硝酸纤维素用樟脑增塑后的赛璐路，然后通过挤出成型、注射成型实现各种制品的工业化，标志着热塑性塑料时代的到来。 现代的注射机和挤出机的原型由20世纪30年代确定 从20世纪30年代到70年代，这一时期不仅开发了多种塑料工艺，而且在中空吹塑成型、浇铸成型、压延成型等工艺技术和机械方面取得显著的进展，如聚乙烯工业的发展带动了中空吹塑技术的进步,6.2.2塑料的工艺特性 根据加工时聚合物所处状态的不同，塑料成型加工的方法大体可分为三种： 一. 是处于玻璃态的塑料，可以采用车、铣、钻、刨等机械加工方法和电镀、喷涂等表面处理方法； 二. 是当塑料处于高弹
9、态时，可以采用热压、弯曲、真空成型等加工方法； 三. 是把塑料加热到粘流态，可以注射成型、挤出成型、吹塑成型等加工类型。,6.2 产品设计中塑料的工艺特性,6.2.3塑料成型工艺之特性 （1）注塑成型工艺研究 注塑成型又称注射成型，是热塑性塑料的主要成型 方法之一，也适应部分热固性塑料的成型。如图631为注射成型原理图,6.2 产品设计中塑料的工艺特性,（2）挤出成型工艺 挤出成型又称挤塑成型，主要适合热塑性塑料的成型，也适合部分流动性较好的热固性和增强塑料的成型.其成型过程是利用转动的螺杆，将被加热熔融的热塑性原料，从具有所需截面形状的机头挤出，然后由定型器定型，再通过冷却器使其冷硬固化，成
10、为所需截面的产品。,（3）压制成型工艺 压制成型主要用于热固性塑料的成型，根据成型物料的性状和加工设备及工艺的特点，压制成型可分为模压成型和层压成型两种,模压成型流程,（4）吹塑成型工艺（图633）,（5）浇铸成型工艺 浇铸成型又称铸塑成型，如图635所示,（6）缠绕成型工艺 缠绕成型是纤维增强塑料的成型方法之一，是将浸渍过树脂的连续纤维按一定方式缠绕在芯模上制成坯件，经固化而制成一定形状制品的方法，如图636所示。,（ 7）发泡成型工艺 发泡成型是先将塑料颗粒预发泡，经过一定的时间熟成后，把它填入铝合金做的模具中用蒸汽加热而成型。如图637为发泡成型过程示意图,6.2.4塑料加工工艺之特性
11、常用的塑料连接工艺 热熔粘接 机械方式连接 溶剂粘接 胶贴剂粘接,6.2.5 塑料表面处理工艺之种类 （1）塑料电镀工艺 （2）塑料涂装工艺 （3）塑料印刷工艺 （4）塑料真空镀膜工艺 （5）塑料着色工艺研究 （6）塑料热喷涂工艺,6.3塑料在设计中的应用,6.3.1 塑料产品制件之结构 （1）型材结构 （2）模具成型结构 （3）塑料膜结构,6.3.2 产品设计中塑料工艺的选择 设计所包含的因素较复杂，工艺技术的选择方式也多样，但无论选择哪种工艺技术，都要确保设计目标得以实现。 （1）根据产品的材料来选择塑料工艺 （2）根据产品的形态来选择塑料工艺 （3）根据产品的表面要求来选择塑料工艺 （4）根据产品的结构来选择塑料工艺 （5）依据产品的功能要求来选择塑料工艺 （6）依据市场与经济的因素来选择塑料工艺 （7）依据社会的因素来选择塑料工艺 （8）依据环境的因素来选择塑料工艺 总之，合理选择加工工艺的途径涉及多方面，必须进行综合的评价，使其能与造型达到一个最佳的结合点。合理选择加工工艺还必须密切关注新出现的加工工艺，并且要尽快地加以熟悉和掌握。,6.3.3设计中塑料运用的典型案例 （1）表面机械加工处理,“Tohot”盐和胡椒摇罐,（2） 表面镀覆处理 热喷涂 电镀 离子镀,（3） 表面装饰处理 涂饰 丝网印刷 贴膜法 热烫印法,
