塑料在工业设计中的应用

塑料在工业设计中的应用

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摘要：由于塑料在现代工业设计中占据丰常重要的地位，逐渐被设计师采用，进入人类生活中。塑料是重要的高分子材料，始创于1907年。经过百年的发展，从人们的日常生活到国家的国防建设，到处都能看到塑料的身影。这种人工合成材料在人类发展历史上扮演了重要的角色，不仅极大地丰富了人们的物质需求，也潜移默化地影响着人们的消费观念。毫不夸张地说，当今世界就是一个塑料的世界。

关键词：塑料；工业设计；材料应用；

引言

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极其质感的研究和实际练习。其灵魂教师伊顿曾经这样说过：“当学生们陆续发现可以利用各种材料时，他们就会创造出更具有独特质感的东西。”塑料在工业设计中的应用是必不可少的。

1塑料工业发展史

从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起，塑料工业迄今已有120年的历史。其发展历史可分为三个阶段：

1.1天然高分子加工阶段

这个时期以天然高分子，主要是纤维素的改性和加工为特征。1869年美国人J.W.海厄特发现在硝酸纤维素中加入樟脑和少量酒精可制成一种可塑性物质，热压下可成型为塑料制品，命名为赛璐珞。1872年在美国纽瓦克建厂生产。当时除用作象牙代用品外，还加工成马车和汽车的风挡和电影胶片等，从此开创了塑料工业，相应地也发展了模压成型技术。 1903年德国人A.艾兴格林发明了不易燃烧的醋酸纤维素和注射成型方法。1905年德国拜耳股份公司进行工业生

产。在此期间，一些化学家在实验室里合成了多种聚合物，如线型酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯等，为后来塑料工业的发展奠定了基础。1904年世界塑料产量仅有10kt，还没有形成独立的工业部门。

1.2合成树脂阶段

这个时期是以合成树脂为基础原料生产塑料为特征。1909年美国人L.H.贝克兰在用苯酚和甲醛来合成树脂方面，做出了突破性的进展，取得第一个热固性树脂──酚醛树脂的专利权。在酚醛树脂中，加入填料后，热压制成模压制品、层压板、涂料和胶粘剂等。这是第一个完全合成的塑料。1910年在柏林吕格斯工厂建立通用酚醛树脂公司进行生产。在40年代以前，酚醛塑料是最主要的塑料品种，约占塑料产量的2/3。主要用于电器、仪表、机械和汽车工业。1920年以后塑料工业获得了迅速发展。其主要原因首先是德国化学家Н.施陶丁格提出高分子链是由结构相同的重复单元以共价键连接而成的理论和不熔不溶性热固性

树脂的交联网状结构理论，1929年美国化学家W.H.卡罗瑟斯提出了缩聚理论，均为高分子化学和塑料工业的发展奠定了基础。同时，由于当时化学工业总的发展十分迅速，为塑料工业提供了多种聚合单体和其他原料。当时化学工业最发达的德国迫切希望摆脱大量依赖天然产品的局面，以满足多方面的需求。这些因素有力地推动了合成树脂制备技术和加工工业的发展。从40年代中期以来，还有聚酯、有机硅树脂、氟树脂、环氧树脂、聚氨酯等陆续投入了工业生产。塑料的世界总产量从1904年的10kt，猛增至1944年的600kt，1956年达到3.4Mt。随着聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等通用塑料的发展，原料也从煤转向了以石油为主，这不仅保证了高分子化工原料的充分供应，也促进了石油化工的发展，使原料得以多层次利用，创造了更高的经济价值。

1.3大发展阶段

在这一时期通用塑料的产量迅速增大，聚烯烃塑料在70年代又有聚1－丁烯和聚 4-甲基-1-戊烯投入生产。形成了世界上产量最大的聚烯烃塑料系列。同时出现了多品种高性能的工程塑料。1958～1973年的16年中，塑料工业处于飞速发展时期，1970年产量为30Mt。1973年后的10年间，能源危机影响了塑料工业的发展速度。70年代末，各主要塑料品种的世界年总产量分别为：聚烯烃19Mt，聚氯乙烯超过100kt，聚苯乙烯接近80kt，塑料总产量为63.6Mt。1982年开始

复苏。1983年起塑料工业超过历史最高水平，产量达72Mt。目前，以塑料为主体的合成材料的世界体积产量早已超过全部金属的产量。

2塑料主要有以下特性：

2.1优点：（1）大多数塑料质轻，化学性稳定,不会锈蚀；（2）耐冲击性好；（3）具有较好的透明性和耐磨耗性；（4）绝缘性好，导热性低；（5）一般成型性、着色性好，加工成本低；（6）大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；（7）尺寸稳定性差，容易变形；（8）多数塑料耐低温性差，低温下变脆；（9）容易老化；⑩某些塑料易溶于溶剂。

塑料可区分为热固性与热可塑性二类，前者无法重新塑造使用，后者可一再重复生产。

塑料高分子的结构基本有两种类型：第一种是线型结构，具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物；第二种是体型结构，具有这种结构的高分子化合称为体型高分子化合物。

2.2塑料的缺点：

（1）易老化

塑料制品的老化是指制品在阳光、空气、热及环境介质中如酸、碱、盐等作用下，分子结构产生递变，增塑剂等组分挥发，化合键产生断裂，从而带来机械性能变坏，甚至发生硬脆、破坏等现象。通过配方和加工技术等的改进，塑料制品的使用寿命可以大大延长。

（2）易燃

塑料不仅可燃，而且在燃烧时发烟量大，甚至产生有毒气体。但通过改进配方，如加入阻燃剂，无机填料等，也可制成自熄、难燃的甚至不燃的产品。不过其防火性能仍比无机材料差，在使用中应予以注意。在建筑物某些容易蔓延火焰的部位可考虑不使用塑料制品。

（3）耐热性差

塑料一般都具有受热变形，甚至产生分解的问题，在使用中要注意其限制温度。

（4）刚度小

塑料是一种粘弹性材料，弹性模量低，只有钢材的1/10-1/20，且在荷载的长期作用下易产生蠕变，即随着时间的延续变形增大。而且温度愈高，变形增大愈快。因此，用作承重结构应慎重。但塑料中的纤维增强等复合材料以及某些高性能的工程塑料，其强度大大提高，甚至可超过钢材。

结论

早在20世纪初，塑料进入商业应用领域不久，设计界就开始关注这一新颖材料。随着更多的塑料品种的开发、加工工艺的不断完善、制件品质的不断提升，