产品设计塑胶材料课堂PPT

1、南昌创新模具职业培训学校 塑胶材料designing with plasticdesigning with plastic塑胶材料l是家用电器制造行业使用最广泛的材料。l掌握现代企业常用的塑胶材料，学会如何在设计中合理的选用料，来改善结构、加工工艺以及降低制造成本等l把自己培养成企业青睐的结构设计人才。塑胶材料l为什么要学习塑胶材料。l学习的目的l掌握材料的学习方法。材料的物理性能材料的物理性能：材料的物理性能：密度、相对密度、弹性、塑性、韧性、刚性、脆性、缺口敏感性、各向同性、各向异性、吸水率和模塑收缩率等。弹性：弹性：是材料在变形后部分或全部恢复到初始尺寸和形状的能力。塑性：塑性：是材料受

2、力变形后保持变形的形状和尺寸的能力。韧性：韧性：是聚合物材料通过弹性变形或塑性变形吸收机械能而不发生破坏的能力。延展性延展性：材料受到拉伸或压延而未受到破坏的延伸性称为延展性。脆性：脆性：是聚合物材料在吸收机械能时易发生断裂的性质。缺口敏感性：缺口敏感性：材料从已存在的缺口、裂纹或锐角部位发生开裂，裂纹很快贯穿整个材料的性质称为缺口敏感性。各向同性各向同性：各向同性的材料为在任何方向上物理性能相同的热塑性或热固性材料。各向异性：各向异性：各向异性材料的性质与测试方向有关，增强塑料在纤维增强材料的排列方向上有较高的性能。吸水性吸水性：吸水性是材料吸水后质量增加的百分比表示。.6模塑收缩性：模塑收

3、缩性：模塑收缩性是指零件从模具中取出冷却至室温后，其尺寸相对于模具尺寸发生的收缩。冲击性能冲击性能：是材料承受高速冲击载荷而不被破坏的一种能力，反应了材料的韧性。 塑料材料在经受高冲击力而不被破坏，必须满足两个条件：能迅速通过形变来分散和冲击能量；材料内部产生的内应力不超过材料的断裂强度。疲劳性能疲劳性能：塑料制品受到周期性反复作用的应力，包括拉伸、弯曲、压缩或扭曲等不同类型的应力，而发生交替变形的现象，称为疲劳。抗撕裂性抗撕裂性：抗撕裂性是薄膜、片材、带材一类薄型瓣重要力学性能。蠕变性：蠕变性：指材料在恒定的外力（在弹性极限内，包括拉伸、压缩、弯曲等）作用下，变形随时间慢慢增加的现象。应力松

4、弛应力松弛：指塑料制品维持恒定应变所需要的应力随时间延长而慢慢松弛的现象。材料的物理性能l塑胶材料可分为两大类：热塑性塑料、热固性塑料。l热塑性塑料从构象（形态不同）可分为三种类型：无定型聚合物(ps、pc、pmma)、半结晶聚合物(pe、pp、pa)、液晶聚合物(lcp)。l热塑性塑料受热后会软化，并发生流动，冷却后凝固变硬，成为固态。热塑性塑料由曲线状高分子组成，在加热时仅仅发生物理变化，其分子链上的基团稳定，分子间不发生化学反应。在多数热塑性塑料能被化学溶剂溶解，它对化学品的耐蚀性较热固性塑料差，其使用温度比热固性塑料低，机械性能和硬度也相对偏低。由于它的生产工艺成熟，来源广泛及可回收再

5、利用，目前得到广泛的使用。l通用的工程塑料：pa聚酰胺、pom聚甲醛、pc聚碳酸酯、ppo改性聚苯醚、pet/pbt聚酯。塑胶材料8塑胶材料塑胶材料的分类一、按树脂的受热变化分类热固性塑料：酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和树脂、氰酸酯树脂、呋喃树脂、烯丙基树脂、醇酸树脂等。热塑性塑料：目前的使用达95%以上。二、按树脂的应用分类 1.通用塑料:产量大、应用范围广、成型加工性好、成本低的一类树脂。 2.工程塑料：力学性能较好，尺寸稳定性高、抗蠕变性好、可在较高温度下使用（增强后热变形温度大于150） 3.一般塑料：指用量大、应用范围广、性能一般的一类塑料。产量占整个树脂的90%以上。4.特种

6、塑料：指具有独特性能、价格高、产量少、应用范围窄的一类塑料。5.热塑性弹性体：性能介于塑料和橡胶之间。thermoplastic elastomer（tpe），或thermoplastic rubber（tpr）。有sbs、sebs、sis、seps、poe、tpv、tpu、 tpvc、tpee、tpa等。.9三、按树脂的结构分类1.聚烯烃类2.乙烯基类3.聚酰胺类4.聚脂类5.其他种类还有纤维素类、聚胺酯类、酚醛类、氨基树脂类及环氧树脂等四、按所含树脂的种类分类1.单一树脂2.塑料合金塑料从工程应用上来分：1.工程塑料2.一般用途类塑料3.特殊用途类塑料通用热塑性塑料包括聚乙烯类、聚丙烯类、

7、聚氯乙烯类、聚苯乙烯类和abs类五种，占整个树脂的80%以上。塑胶材料序号名称说明1树脂即高分子聚合物，是塑料的主要成分（但重量上不一定占大部分）；树脂确定了这种塑料的基本性能2填料 重量上可达20%50%（个别场合可以更多），是塑料改性的重要组成3增强材料 可以增加塑料的强度，常用的有石墨、三硫化钼和各种增强纤维（玻璃纤维、碳纤维、硼纤维等）4固化剂 通过固化剂的交联可以使具有体型网状结构，从而变得较硬和较稳定5增塑剂 可以增加塑料的塑性和柔性6稳定剂增加塑料对光、热的抗性，防止和延缓塑料老化7润滑剂增加塑料的耐磨性能8着色剂调整和改变塑料的色彩9阻燃剂 可防止塑料燃烧。在实际使用中有重要意

8、义，但阻燃剂量常常会较大幅度地提高塑料的成本塑料中通常添加的助剂种类要理解添加助剂的在塑件中起的作用abs 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物l 机械强度和耐磨性很好，但没有自润滑作用。低温性能好，在40度下仍表现较好的韧性,易着色。 还具有超强的易加工性（加工工艺性好），外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度l 材料湿度应保证小于0.1%。 熔化温度：210280c；模具温度：2570c。建议温度：45c。 l abs的热变形温度为6570度。l 使用温度：-40100度。l 收缩率：0.40.7，通常取0.6。设计注意：耐候性不佳，长期暴露在阳光下，易变色、降低强度；易燃烟量大

9、。pc 聚碳酸酯(防弹胶）l 透明度可达到90%，刚硬且韧性好，抗冲击强度高，使用温度可在-120130之间长期使用，但耐应力、开裂性差。l 典型应用范围典型应用范围:电气和商业设备（计算机元件、连接器等），器具（食品加工机、电冰箱抽屉等），交通运输行业（车辆的前后灯、仪表板等）。l 熔化温度：260340c。模具温度：70120c。注射压力：尽可能地使用高注射压力。注射速度：对于较小的浇口使用低速注射，对其它类型的浇口使用高速注射。l 收缩率一般为0.5%0.7% 通常取0.6%设计注意：耐疲劳强度较低，易产生应力开裂，在制品中尽量少用金属嵌件；不耐碱；耐磨性较差。pc/abs 聚碳酸酯和丙

10、烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物l pc/abs具有pc和abs两者的综合特性。例如abs的易加工特性和pc的优良机械特性和热稳定性。l 二者的比率将影响pc/abs材料的热稳定性。pc/abs这种混合材料还显示了优异的流动特性。可改善应力开裂性，提高耐冲击性、耐磨损性、耐热水老化性。 l 典型应用范围:齿轮箱、汽车保险杠以及要求具有抗化学反应和耐腐蚀性、热稳定性、抗冲击性以及几何稳定性的产品。l 注塑模工 艺条件:干燥处理：建议110135c,约4小时的干燥处理。熔化温度：235300c。模具温度：3793c。l 化学和物理特性: pc/pbt具有pc和pbt二者的综合特性，例如pc的高韧

11、性和几何稳定性以及pbt的化学稳定性、热稳定性和润滑特性等。收缩率在0.5%左右。 pc/pbt 聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物 16pe 聚乙烯（俗称为软胶）聚乙烯的主要品种有：低密度聚乙烯（ldpe）、高密度聚乙烯（hdpe）、线型低密度聚乙烯lldpe、高分子量聚乙烯（uhmwpe）及茂金属聚乙烯。改性品种肯乙烯-乙酸乙烯脂（eva）和氯化聚乙烯（cpe）。一般性能：在常温下呈白色蜡状，为半透明颗粒，柔而韧，易变形，比水轻，无味无毒；耐化学品性好又脆化温度可达-70度；防潮性和电气绝缘性良好。hdpe 高密度聚乙烯l 在常温下呈白色蜡状，为半透明颗粒，柔而韧，易变形，比水轻，无味

12、无毒；耐化学品性好又脆化温度可达-70度；防潮性和电气绝缘性良好。l 典型应用范围:电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等。 l 熔化温度：220260c。对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在200250c之间。模具温度：5095c。l hdpe的收缩率在1.5%3%之间ldpe 低密度聚乙烯l 典型应用范围:装饰塑料花，箱柜，管道联接器 l 熔化温度：180280c模具温度：2040c为了实现冷却均匀以及较为经济的去热，建议冷却腔道直径至少为8mm，并且从冷却腔道到模具表面的距离不要超过冷却腔道直径的1.5倍。注射压力：最大可到1500bar。保压压力：最大可到750bar。l pe-l

13、d的收缩率在1.5%5%之间设计注意：表面印刷着色困难；耐候性不佳；动植物油、矿物油能使pe溶胀；收缩率高制品易翘曲变形。pp 聚丙烯（百折胶）l 屈服强度、抗拉强度、抗压强度和硬度有弹性比pe要好，有特别高的抗弯曲疲劳强度，可制作铰链，耐热性好，低温使用只能达15度，但低于35度时会脆裂。易老化，不吸水（高频绝缘性能好）。l 熔化温度：220275c，注意不要超过275c。模具温度：4080c，建议使用50度。结晶程度主要由模具温度决定。l 收缩率相当高，一般为1.02.5%，设计注意：耐日光性差， 易发生热氧老化；低温耐冲击性差；氧化酸能促使pp降解；避免与铜接触，铜盐溶液对pp有特殊的破

14、坏作用；pp成型收缩率较高，热胀系数高，要防热应力脆化的发生；不易表面着色。pa6 聚酰胺6或尼龙6l 耐磨、高强、韧性好、有自润滑，可在40100度下长期使用。吸水性大，使得制品尺寸变化大，成型前要在热空气中干燥。l 熔化温度：230280c，对于增强品种为250280c。模具温度：8090c。l pa6的收缩率在1%到1.5%之间pa66 聚酰胺66或尼龙66l 典型应用范围:同pa6相比，pa66更广泛应用于汽车工业、仪器壳体以及其它需要有抗冲击性和高强度要求的产品。熔化温度： 225275c 。对玻璃添加剂的产品为275280c。熔化温度应避免高于300c。l 模具温度：建议80c。l

15、 pa66的收缩率在1%2%之间设计注意：吸湿性大，在酸性介质里易发生溶胀和增塑倾向；吸水性会影响材料的电性能，因此在电性能要求高和环境湿度较大的环境不适宜；由于吸水性强，不宜用来设计高尺寸精度的零件。pom聚甲醛(赛钢）l pom具有很低的摩擦系数和很好的几何稳定性，特别适合于制作齿轮和轴承。由于它还具有耐高温特性，因此还用于管道器件（管道阀门、泵壳体），草坪设备等。l pom是一种坚韧有弹性的材料，即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击。 可在-120100之间长期使用。l 熔化温度：均聚物材料为190230c；共聚物材料为190210c。l 模具温度：80105c。为了减小

16、成型后收缩率可选用高一些的模具温度。l 注射速度：中等或偏高的注射速度。l pom的高结晶程度导致它有相当高的收缩率，可高达到2%3.5%。对于各种不同的增强型材料有不同的收缩率。设计注意：对缺口比较敏感；在热水的长期作用下，会发生一定程度的湿热老化；户外产品要添加抗紫外线剂、抗氧化剂；耐辐射性不好。ps 聚苯乙烯（硬胶）l 有良好的电气性能，耐电弧性能好，不吸潮，有较好的成型工艺性；属于硬质塑料，有较高的刚度和表面硬度；吸湿性小，是最耐辐射的聚合材料之一；常用于仪表外壳、接线盒、玩具等。l 熔化温度：180280c。对于阻燃型材料其上限为250c。模具温度：4050c。注射压力：200600

17、bar。l 收缩率在0.20.7%之间,常取0.4设计注意：耐热性低，连续使用温度60-70度，易燃烧；抗冲击性差，性脆、易开裂；大部分植物油和芳香油能使制品溶胀和产生开裂。hips 聚苯乙烯（不碎胶或高抗冲）l 是在gpps中加入适量（5%20%）丁二烯橡胶改性，从而改善硬胶的抗冲击性能。pvc （聚氯乙烯）l 耐化学品性好；具有阻燃性（有氯原子）；有良好的电绝缘性，使用温度不能超过80度。l 典型应用范围:电线护套，供水管道，家用管道，房屋墙板，商用机器壳体，电子产品包装，医疗器械，食品包装等。l 熔化温度：185205c模具温度：2050cl pvc的收缩率相当低，一般为0.20.6%（

18、硬）软质pvc收缩率 0.5 %设计注意：对光和热不稳定，使用温度在1050度。pmma 聚甲基丙烯酸甲酯俗称“有机玻璃”l pmma具有室温蠕变特性。随着负荷加大、时间增长，可导致应力开裂现象。pmma具有较好的抗冲击特性。l 注塑模工艺条件:干燥处理：pmma具有吸湿性因此加工前的干燥处理是必须的。建议干燥条件为90c、24小时。熔化温度：240270c。模具温度：3570cl 白光的穿透性高达92%,可制件透明件。l 收缩率在0.20.9%之间（收缩率在0.5%左右）设计注意：表面硬度低，耐磨性差，表面易划伤和磨毛；可在-6065度范围内长期使用，短期不能超过80度；抗银纹性，线膨胀稳定

19、性及耐辐射不好；聚四氟乙烯又名（f4，ptfe，teflon,塑料王，四氟，铁氟龙） l ptfe是由四氟乙烯单体聚合而成的聚合物，是一种类似于pe的透明或不透明的蜡状物，其密度为2.2g/cm3,吸水率小于0.01%。它的化学结构与pe相似，只是聚乙烯中的全部氢原子都被氟原子所取代，阀座密封材料l 聚四氟乙烯具有一些特殊性能：l 卓越的耐腐蚀性-能够承受除了熔融的碱金属，氟化介质以及高于300氢氧化钠之外的所有强酸（包括王水）、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的作用。l 极强的耐绝缘性-不受环境及频率的影响，体积电阻可达1018欧姆?厘米， 介质损耗小，穿电压高。l 优异的耐高低温性-对温度的

20、影响变化不大，温域范围广，可使用温度190和+260。l 独特的自润滑性-具有塑料中最小的摩擦系数，是理想的无油润滑材料。l 突出的表面不粘性-已知的固体材料都不能粘附在表面上，是一种表面能最小的固体材料。l 优异的耐大气老化性，耐辐照性能和较低的渗透性-长期暴露于大气中，表面及性能保持不变。l 可贵的不燃性-限氧指数在90以下。l ptfe很合适用于化工方面的密封，百年不烂的材料 特种工程塑料也叫高性能工程塑料是指综合性能更高，长期使用温度在150以上的工程塑料,主要用于高科技,军事和宇航、航空等工业。 特种工程塑料主要包括聚苯硫醚(pps)，聚砜(psf),聚酰亚胺(pi), 聚芳酯(pa

21、r)，液晶聚合物(lcp),聚醚醚酮(peek)，含氟聚合物等，特种工程塑料种类多，性能优异价格昂贵。特种工程塑料 发泡塑料：1.eps，俗名称“发泡胶”或“拿普龙”，具体成型过程如下：预发泡熟化处理模压成型2.pu3. 聚烯烃（pp、pe）主要用途为防震包装材料、隔热保温材料、隔音材料、漂浮材料、绝缘材料、水过滤介质和轻质混凝土填料等。聚苯硫醚（ppspps）: 聚苯硫醚全称为聚苯基硫醚，是分子主链中带有苯硫基的热塑性树脂，英文名为polyphenylene snlfide（简称pps）。 l pps是结晶型（结晶度55%-65%）的高刚性白色粉末聚合物，耐热性高（连续使用温度达240）、机

22、械强度、刚性、难燃性、耐化学药品性，电气特性、尺寸稳定性都优良的树脂，耐磨、抗蠕变性优，阻燃性优。有自熄性。达ul94v-0级，高温、高湿下仍保持良好的电性能。流动性好，易成型，成型时几乎没有缩孔凹斑。与各种无机填料有良好的亲和性。增强改性后可提高其物理机械机械性能和耐热性（热变形温度），增强材料有玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维、金属纤维等，以玻璃纤维为主。无机填充料有滑石、高岭土、碳酸钙、二氧化硅、二硫化钼等。pps/ptfe、pps/pa、pps/ppo等合金已商品化，pps/ptfe合金改进了pps的脆性，润滑性和耐腐蚀性，pps/pa合金为高韧性合金。玻纤增强pps具有优异的热稳定性、

23、耐磨性、抗蠕变性、在宽范围（温度、湿度、频率）内有极佳的机械性能和电性能，介电量数小、介电损耗低。作为耐高温，防腐涂料，涂层可以在180 下长期使用；电子电器工业上作连接器，绝缘隔板，端子，开关；机械和粘密机械在做泵、齿轮、活塞环贮槽、叶片阀件，钟表零部件，照相机部件；汽车工业上汽化器。分配器部件，电子电气组等零件，批气阀气，传感器部伯件；家电部件有磁带录相机结构部件、品体二极管、各种零件；另个还用于宇航、航空工业， pps/ptfe可做防粘、耐磨部件及传动件，如轴泵。聚砜类树脂是20世纪60年代中期以后出现的一类热塑性工程塑料，是一类主链上含有砜荃和芳核的非结晶性热塑性工程塑料。 按其化学结

24、构可分为脂族聚砜和芳族聚砜。脂族聚砜不耐碱，不耐热，无实用价值，而芳族聚砜中的双酚a聚砜及其改性产品-非双酚a的聚芳砜，以及聚醚砜，则有较广泛的用途，是业已商业化生产的高分子量聚砜树脂。 双酚a聚砜树脂是美国联碳公司（ucc）于1965年开发成功的，商品名为udel polysuifone； 聚芳砜是美国3m公司在1967年开发成功的，商品名为astrel； 聚醚砜由英国卜内门公司（ici）于1972年开发成功的，商品名为victrex。 聚砜类树脂结构中的氧都具有高度共振二芳基砜集团，硫原子处于完全氧化状态，砜基的高共振使聚砜类树脂具有极其出色的耐氧化性能和耐热性能，具有出色的熔融稳定性，这

25、些都是高温模塑和挤出成型必须具备的加工性能。聚砜简称psf或psu ：聚砜是分子主链中含有 链节的热塑性树脂，英文名polysalfone（简称psf或psu）有普通双酚a型psf（即通常所说的psf），聚芳砜和聚醚砜二种。 l psf是略带琥珀色非晶型透明或半透明聚合物，力学性能优异，刚性大，耐磨、高强度，即使在高温下也保持优良的机械性能是其突出的优点，其范围为为-100150, 长期使用温度为160,短期使用温度为 190,热稳定性高,耐水解,尺寸稳定性好,成型收缩率小, 无毒,耐辐射,耐燃,有熄性。在宽广的温度和频率范围内有优良的电性能。化学稳定性好，除浓硝酸、浓硫酸、卤代烃外，能耐一般

26、酸、碱、盐、在酮，酯中溶胀。耐紫外线和耐候性较差。耐疲劳强度差是主要缺点。 psf成型前要预干燥至水份含量小于0.05%。psf可进行注塑、模压、挤出、热成型、吹塑等成型加工，熔体粘度高，控制粘度是加工关键，加工后宜进行热处理，消除内应力。可做成精密尺寸制品。psf 主要用于电子电气、食品和日用品、汽车用、航空、医疗和一般工业等部门，制作各种接触器、接插件、变压器绝缘件、可控硅帽 ，绝缘套管、线圈骨架、接线柱 ，印刷电路板、轴套、罩、电视系统零件、电容器薄膜，电刷座，碱性蓄电池盒、电线电缆包覆。psf还可做防护罩元件、电动齿轮、蓄电池盖、飞机内外部零配件、宇航器外部防护罩，照相器档板，灯具部件

27、、传感器。代替玻璃和不锈钢做蒸汽餐盘，咖啡盛器，微波烹调器、牛奶盛器、挤奶器部件、饮料和食品分配器。卫生及医疗器械方面有外科手术盘、喷雾器、加湿器、牙科器械、流量控制器、起槽器和实验室器械，还可用于镶牙，粘接强度高，还可做化工设备（泵外罩、塔外保护层、耐酸喷嘴、管道、阀门容器）、食品加工设备，奶制品加工设备、环保控制传染设备。 聚芳砜（pasf）和聚醚砜（pes）耐热性更好，在高温下仍保持优良机械性能。塑料的通性通用性易于模塑成复杂的异型制件低的相对密度一定程度的透光性着色一整体性较低的加工能量要求耐化学品性机械性能 塑料材料可以是弹性材料，也可以是坚硬的刚性材料，其机械性能有一定的变化范围。

28、良好的绝缘性 易燃性低劣的耐候性较高的热膨胀系数（cte）容易产生应力破裂的聚合物容易产生应力破裂的聚合物容易产生应力破裂的聚合物有容易产生应力破裂的聚合物有：abs、丙烯酸、聚碳酸酯、聚苯乙烯、san、聚砜和ppo。塑胶制件选材设计通用产品，则应综合考虑性能和成本。下面是一个典型的选材程序： (1)零部件的构思：进行初步的功能设计，即部件的形状及其功能元件的形状，并考虑选择基本加工方法。 (2)选材：根据在应力下与使用性能相关的塑料的工程性能和加工性来筛选候选材料，这些应力是部件工作时施加在制品上的。 (3)初步分析设计：利用工程设计性能计算壁厚和零件的其它尺寸。并根据塑料的特点进行制品设计

29、和模具设计。 (4)试制样品：在部件实际使用条件下或模拟零部件的使用条件下进行考验、考核。 (5)重新设计和重新试验：当发现性能不能满足使用要求时，要重新筛选材料或重新设计并试验。 (6)根据试制样品的试验情况和加工零部件的成本，确定最终设计和选材。 (7)确定材料的技术规格和检验方法。塑胶制件选材有时上列步骤可以缩短，尤其是在零部件要求简单，或新零件与旧零件的差别很小的时候。然而，有时选材步骤更为复杂，特别是在开发新应用时，或在塑料所承受的应力很复杂的情况下 。系统、综合的分析法不仅是可靠的成功办法，而且是节省开发费用的途径 。塑胶制件选材塑料一般选材按以下三个步骤进行一、根据应用目的，列出部件的全部功能要求(并不是材料的性能)，并尽可能定量化。例如： 在额定的连续载荷下允许的最大变形量； 使用和运输过程中所受的应力种类和大小；是否长期受力，是动态或是静态应力； 最高工作温度； 在工作温度下允许的尺寸变化；