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

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增强塑料等,其中以30%GF增强塑料的精度最高.

4级PA类氯化聚醚HPVC等

5级POM PP HDPE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 PSF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的耐蠕变性不好.

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，苯乙烯提供延展性及加工性

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165~175℃，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(-40℃~120℃)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

PP（聚丙烯）