塑料制品设计方法与如何选用材料

塑料制品设计方法与如何选用材料

加入时间：2006年09月24日[大中小]

9月23日上午，扬其教授在台州会展中心的80人会议室作了以塑料制品设计方法指南、材料选用设计为主题的座谈会。会上，扬其教授凭借自身的专业优势，给参加此次塑胶会的企业代表带来了塑料制品生产的最新理论成果，受到了广大企业代表的欢迎。

所谓塑料制品设计，就是指对产品预期的、最终使用性能要求和塑料材料性能的设计极限加以考虑，在所研制的塑料制品的设计中，仔细地思考并体现这些内容；计划和保证具有适当设备，能以最佳效率和最低成本生产该制品；塑料制品在正常的使用中始终保持其可靠的工作性能。作为塑料制品设计者不但要具有机械设计者具有的制图、公差配合与技术测量、工程力学和机械设计等方面知识和技能，更需要塑料加工工程方面，塑料制品、塑料材料及配方、塑料加工、塑料成型模具和成型械方面的知识。它们是相辅相成的。在一项塑料制品生产的工程中，制品设计起着龙头作用。塑料制品设计的主要内容主要包括功能设计、材料设计、成型方法、质量控制设计、着色与装饰设计、性能的检测。在塑料制品设计过程中，一般包括以下三个步骤，即：拟定设计方案、结构设计、生产准备和定型。

在塑料制品设计过程中，应该遵循5个原则，包括：保证塑料件在使用期限中的功能和性能。在塑料件失效分析基础上，进行理论设计计算和校核，以及实验测试；在保证塑料件的功能和性能前提下选择材料，必须考虑加工的可行和材料成本低廉；大多数塑料件经加热成型后固化定型，因此，必须考虑聚合物的流变过程和形态变化对塑件影响；大多数塑料件是各种装置和设备中的组成元件，它的设计应统一在整机产品之中，在保证整机质量前提下，降低塑料件的成本；应尽可能地将所设计的塑料件标准化、系列化，因为塑料制品的标准化、系列化程度反映了塑料工业发展的水平。在一些优秀的塑料制品设计中，主要包括七种特性：功能性、优质性、审美性、人类工程学、设计政策、市场调查（它又包括市场调查和消费者调查）、设计实施（它包括商品计划、资料的收集及分析研究

方案设计图、初步方案设计图、设计草图、模型制造、彩色立体图、正规设计图）。

在塑料制品设计的过程中，材料的选用对塑料制品的生产起到十分重要的作用。在塑料材料选用及设计中，应该遵循“物尽其用”的原则。塑料材料品种众多，配方千变万化、成型

工艺及条件也变化多端，不同的组合就可能产生巨大的性能和价格等方面的差异，所以，制品的选材，应从多方面着手，不仅要考虑制品的物理力学性能、耐热性、耐化学腐蚀性、耐老化性以及对使用环境的适应性等各方面的要求，也要考虑所选用的塑料材料的性能、来源、成本以及助剂和生产工艺等诸多方面的因素。在选材中，从“设计原理”出发应该注意制品的使用要求（美学的、结构的、机械的）是什么？就成本效益而言，可以把多少功能设计到制品中去？可否把多个零件合并成一个大零件？等，从“实际生产”出发应该注意结构要求、载荷类型、应力水平、尺寸的公差范围、使用环境、制品的使用寿命等。

不同的材料具有不同的性能，塑料材料与传统材料也存在着化学结构、使用和研究的时间短的区别，制品的质量和功能与塑料材料的性能密切相关。塑料材料主要的性能特征包括使用性能、力学性能、热性能、光学性能、电性能、化学性能及其他性能。其中的力学性能又涵盖形变、蠕变、刚性和模量、静态疲劳、硬度等，所谓蠕变是指在一定的温度和较小的恒定外力(拉伸、压缩或弯曲力)作用下，材料的形变随时间的延长而缓慢增大的现象；静态疲劳是塑料长时期持续地受到外界恒定的拉伸载荷作用，其性能随时间增长而变弱的现象，称为塑料的静态疲劳。其中的热性能也还涵盖热变形温度、热传导和热膨胀，UL温度等，所谓热变形温度表征了热塑性塑料在高温下的尺寸稳定性；UL温度指的是美国损伤保险协会规定的热塑性塑料长时期使用的最高许可温度值，它表示了塑料在承受连续或间歇的低应力情况下，塑料的力学和光学性能基本保持不变的最高连续使用温度，但实际应用中，一般将热塑料性塑料的热变形温度低20～30℃定为UL温度。

在各种成型工艺制品的设计指南方面，杨教授指出，各类塑料挤出成型制品的设计要点包括（1）塑料挤出成形管材的设计原则：壁厚偏差应符合国家标准；密度达到国家标准或用户要求；液压控制实验；耐腐蚀程度；径向和轴向尺寸变化率；表面特征；容易安装和连接；满足国家标准或用户的其他要求。（2）塑料挤出成形异型材的设计要点：塑料的性能，主要指强度、刚性、韧性、弹性、吸水性、各向异性、塑料异型材制品内应力的大小及其是否容易消除；应控制制品壁厚不均的差异，不可相差过大；异型材的隔腔不宜过小，应考虑成型棋具流道中型芯芯的弯曲和制造困难；整个制品断面各部位冷却收缩应趋于一致，否则难以控制型材的弯曲变形；同一型材结构设计应符合同一定型方法，否则会给定型模(套)设计带来困难；要考虑成型模和定型模结构的加工工艺性；在制品上设置加强肋要考虑加强肋对面收缩的塌陷对外观的影响。装饰花纹要考虑机头自定型模制造的工艺性；一般说来，公差与尺寸成正比关系，因此厚壁制品、大尺寸的制品的精度稍差，异型材的尺寸精度宜低为好。

塑料吹塑成型制品的设计时，最好是圆形或者椭圆形等几何图形，有需要的时候也应根据使用要求和装饰要求的不同，对制品的结构设计与工艺特征加以研究，分析制品的功能、外观以及经济效益，并加以平衡。同时，在设计中应考虑制品包装的需要和实际的生产方法。

在塑料制品设计和生产中也要注意及格重要的工艺环节，对塑料制品的表面修饰上，修

整塑件的基本方法有钳工修整；抛光；磨净；振动抛光；喷丸清除等。对塑料制品着色上，对着色剂的选用应注意的原则可以根据制品所要求的色彩（工艺指标）、用途（耐热、光、水和化学药品等的性能、毒性）及制品制造方法（与聚合物或添加剂的相互作用）来选择着色剂；着色工艺上可采用干粉着色、色浆着色、色母料着色、颗粒料着色等。