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1、电子产品结构材料 塑料特性和选择方法,2019/2/14,塑料,3 塑料 3.1 塑料的基本成分、添加剂和填料 3.2 常用塑料的主要参数 3.3 各种电子产品中塑料的选择 3.4 几种塑料的知名生产厂商 3.5 案例:产品故障现象、原因和解决方法,塑料,引言: 为什么需要塑料?塑料与其它材料相比有什么优点? 以今天的眼光看,塑料有什么缺点?,塑料,3.1 塑料的基本成分、添加剂和填料 1.基本成分 * 塑料(Plastic)包括天然塑料和合成塑料两大类。天然塑料是指植物树脂如虫胶、松香等组成的材料。由于天然塑料的产量和性能远不能满足生产的需要,因此发展了合成塑料。 * 现在广泛应用的塑料均是
2、指合成塑料。它是一种能流动、成型及固化的人造材料,是从石油、煤、空气、水和农副产品等物质中提炼出的化合物。塑料的基本成分是人工合成的高分子有机化合物,也称为树脂。,塑料,2. 添加剂 为了改变和提高塑料在机械性能、电气性能、耐气候性、环保性能、阻燃性能和工艺成形等方面的特性,在树脂中加入一些添加剂,制成实用的塑料。常用的添加剂如表3-1所示。,塑料,表3-1 塑料常用的添加剂,塑料,续表3-1,塑料,3.填料 * 塑料的填料与添加剂不同,添加剂是为了改善塑料某些方面的 特性,是提高塑料某些方面的性能,而填料主要是为了降低成 本,增加体积和重量。填料的加入不可避免地会降低塑料的性 能。 * 主要
3、的填料有: 木粉、石粉、陶土等。填料也有改善某些塑料物理性能的作 用,适当的填料是容许的,填料过多会严重影响塑料的性能。 市场上以次充好的塑料产品主要有两种,一种是加过多的填 料,一种是用回收料,这两个因素都是要充分注意的。,塑料,3.2 常用塑料的主要参数 更多的参数见参考书表3-3。下面是部分参数。 1 比重 塑料的比重一般在0.9 1.5之间,特别的比重达到2.0,它大约是铝材比重的1/2,钢材比重的1/5。不同的塑料原料品种,有不同的比重,除了影响机械等性能,还有是实际材料成本不同。 例如ABS的比重1.04,聚丙烯的密度是0.9,仅比重就差14% 做同样的体积零件,聚丙烯材料用量就省
4、14% 。所以选择塑料要 在保证功能、性能的基础上选择比重轻的品种。,塑料,2 弯曲模量 弯曲模量是指材料在弹性极限内抵抗弯曲变形的能力,单位为N/m2或Pa 。由于塑料在机械性能上与金属最大的区别是弯曲模量相差大,易变形,所以结构件的设计要特别关注这个参数。 在塑料零件常用的卡扣连接中,弯曲模量也是重要的设计依据。材料的弯曲模量越大,表示材料越不易变形,做出的零件刚度就越好。,3 热变形温度 塑料的热变形温度(Heat deflection temperature, HDT)是指对塑料 试样施加一定的负荷,以一定的速度升温,当达到规定形变时所对 应的温度。是塑料的短期耐热性指标。塑料的热变形
5、温度测试有专 门的标准,如国家标准GB/T1633一2000热塑性塑料软化温度 (VST)的测定。 塑料的热变形温度对于在高温下工作的产品显得特别重要,同时电子产品的高温、高湿试验也是对塑料零件的考验。塑料的热变形会导致零件位移产品功能的实效,如微动开关、按键的实效、壳体的缝隙、传动的不灵活等故障。所以选择塑料要使塑料的热变形温度高于工作和试验温度10以上。常用塑料的热变形温度如表3-2所示。,塑料,塑料,表3-2 塑料的热变形温度,塑料,4 玻璃化转变温度 玻璃化转变温度(Glass transition temperature)特指无定型塑料 (也包括结晶型塑料中的非结晶部分)由高弹性态转
6、变为玻璃态的 温度,通常用Tg表示,是塑料的一种重要的工艺指标。 当塑料到达玻璃化转变温度时,其弹性模量、比重、比热、硬度、介电常数和介电损耗等均发生突变,做出这些物理量随温度变化的曲线,其突变处的温度就是玻璃化转变温度Tg。结晶型塑料则没有玻璃化转变温度,它到达一定高温即融化。 提示:HDT是给结构设计用的;Tg主要是给注塑工艺用的。,塑料,5 介电常数 介电常数(Dielectric constant)是以某塑料为介质时的电容 与以真空为介质的电容之比。又称电容率或相对电容率, 是表 征介质储电能力大小的一个物理量,常用表示。介电常数 愈小绝缘性愈好。空气的介电常数为1.0006而水的介电
7、常数 特别大,10时的水介电常数为83.83。在印制板的基材和高 速电路接插件壳体中介电常数是重要的参数。,塑料,ttu,6 混合特性 有些塑料可以混合使用,比如ABS和PC,有些塑料不可以混用如 ABS和PS。两种塑料能否混合使用,取决于塑料的溶解度、结晶、 极化和氢链等。 即使是可以混合使用的塑料,其比例组成也是有限定的,超过一 定比例,反而相容性不好。在近百种塑料中能混合使用的塑料也 就十几种。 提示:将不能混合的塑料混合使用会导致零件的表面粗糙、脱皮 和分层现象。,塑料,3.3 各种电子产品中塑料的选择,图3-1 塑料的性能等级,1结构件最常用的ABS塑料 * 家电内外部结构件,零件形
8、状复杂、没有特殊的受力要求和环境要求时首选ABS塑料。比如LCD电视、台式电脑面板、摄像头壳体等。 * 特别注意ABS有几十种 要仔细选择。 图3-2 ABS塑料 家用摄像头,塑料,塑料,2. PS、HIPS塑料 * 一般的电子产品内部结构件,并且形状简单,可以用PS、HIPS。这两种材料的脆性比ABS大,注塑时外表面容易有溶接痕,不适合做外观件,并且受力容易开裂。 * 其价格低于ABS约20%,比重也比ABS 10% ,也能节省材料成本。所以采用高抗冲聚苯乙烯材料与ABS塑料 相比,零件价格约可降30%。,塑料,3. 薄壁零件的塑料 PBT、PET * 薄壁零件的外观塑料件可选聚对苯二甲酸丁
9、二醇酯(PBT)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET),这些塑料的壁厚,采用注塑工艺都可以做成壁薄至10.5mm的零件。 * PBT耐高温工作环境、比较硬;PET不耐高温,零件可以做的 更薄一些。主要用于制作手机中薄膜按键、电子琴键及电脑 键盘按键等薄壁零件、也是饮料瓶壳体材料 ,PBT是纯净水 桶的用料。,第三讲 塑料,图3-3 PBT做的RJ45 插座,塑料,4.透明零件的塑料 * 很多塑料都可以做成透明的,这些材料主要是折光率、硬度、脆性有很大差异。由此价格也差异几倍。聚苯乙烯(PS)是最便宜的透明塑料,但也最脆,易开裂,注射容易有“水痕”,用于不受力的零件。 * AS和ABS塑料是稍好的材料,
10、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是机械性能比较好的材料(俗称有机玻璃、基材MMA俗称压克力),零件可以受一定的力。 * PC是透明材料中机械性能很好的材料,用于中等受力的场合。其中折光率好的牌号的PC塑料还能用来做数码相机的镜头和眼镜的镜片。,塑料,图3-4 透明塑料 ABS 、 PMMA 、 PC 零件,塑料,5.高刚度和强度零件用的塑料(工程塑料) 有些结构件需要承受高载荷,但不能变形。比如塑料齿轮、轴类零件和支撑架等,可以用聚碳酸脂(PC)、聚酰胺PA、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、聚对苯二甲酰对苯二胺(PPA)和它们加了玻纤的增强料。,图3-5工程塑料做的齿轮,塑料,6.弹性零件的塑
11、料 弹性零件如扎线扣和柔软的垫片,可采用聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)塑料。,图3-6 塑料线扣,塑料,7.接插件用的塑料 * DIP焊接和压接的接插件可以采用增强聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。 * 需要过SMT的接插件可以用增强PCT(聚对苯二甲酸环己基乙二酯)、聚砜(PSU)、聚对苯二酰对苯二胺(PPA)和聚酰亚胺(PI)等塑料。 * 除了机械性能,接插件塑料选择的重要参数是介电常数和耐温性能。,塑料,压接 接插件 焊接接插件 图3-7 塑料接插件,塑料,3.4 几种塑料的知名生产厂商 塑料品种有很多都是美国杜邦(Du Pont)公司和德国拜尔((Bay
12、er))公司发明的。今天在塑料材料技术上美国和德国仍然是领先者,而日本则紧随其后。国内塑料大公司基本是这些公司产品的制造生产基地。有些中小公司是改性塑料的制造商。 1. ABS塑料著名制造商 德国拜尔(Bayer)、美国通用电气(GE)公司、德国巴斯夫(BASF)公司、台湾奇美公司和韩国LG化学公司。其中拜尔和通用电气的ABS产品种类覆盖面广,其产品性能稳定。而台湾奇美的ABS塑料产品产量全球最大,产品性能满足一般需求,价格也有相对优势。,塑料,2.聚碳酸酯塑料著名制造商 全球最大的聚碳酸酯生产商是美国通用电气公司,全球第二大聚碳酸酯生产商是德国拜尔公司,美国陶氏(DOW)化学公司位居第三。A
13、BS/PC混合料这三大公司也均有生产。台湾奇美和日本三菱工程公司也大量生产聚碳酸酯。 3.聚酰胺塑料(尼龙)著名制造商 美国杜邦、德国巴斯夫 、美国通用电气、法国罗地亚(Rhodia)和日本东丽公司。以尼龙的发明者杜邦公司的产品性能为最好,塑料,3.5 案例:产品故障现象、原因和解决方法,* 产品描述: ABS塑料面板360mm高,下面是两个刚性卡勾,上面是两个弹性卡扣。 * 故障现象: 按有效公式计算,卡扣处过盈双边取1.5mm。实际产品过盈从1.50.5mm变化。 故使用时面板会被碰掉。来回改过几次,卡扣不是紧就是松问题不能根治。,图3-8 ABS面板卡扣装配,塑料,小结: 塑料的以次充好是常见的现象,了解填料可以增加辨别力。 塑料的牌号细分也是重要的,这与价格和性能相关。 透明材料和染料色母的应用可以得到高质量的塑料外观件。 通过了解知名厂商的材料规格书可以比较国内厂商的差距。 塑料的拉伸强度、热变形温度是重要的机械参数。,