产品结构设计之塑胶材料及其选型

发布网友 发布时间：2024-10-01 08:08

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热心网友 时间：2024-10-31 15:38

一、 塑料的成分

1、塑料是高分子材料中最大的一类材料；

2、主要成分是高分子化合物；

3、制备原料主要从石油中提取。

通常先从石油中提取高分子成分，然后经过化学反应从而制取合成树脂，再加入其它添加剂加工成生产所需的塑胶原料。

二、 塑料制备原理

PS.

1、结晶型塑料并不是100%区域结晶，结晶度超过80%即称为结晶型材料。

2、常见热固性塑料都是非结晶材料，但不是绝对；故在常用塑料中区分是否结晶即可。

3、材料的结晶特性对成型有重要影响。

三、 塑料的综合性能

塑料与金属材料性能对比

四、 塑料的分类1

根据使用场合及特点，可将塑料分为以下三大类[1]：

(1)通用塑料

量大便宜、性能相对低，主要有PP、PE、EVA、PVC、ABS、PS、EPS。

(2)工程塑料

可以作为结构材料的塑料，强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化等性能都比较好，可替代部分金属材料来用，主要有PA、PC、PET、PBT、PMMA、POM。

其与通用塑料并没有明显的界线。

(3)特种塑料（一般结构件用的很少）

指具有特殊功能或特殊应用场合的塑料；如PI、PLA、PBS、PEEK、PCT等。

主要有医用塑料、光敏塑料、耐高温塑料、降解塑料等。

其主要成分仍然是树脂，有的是专门合成的树脂，有的则是将通用塑料、工程塑料进行改性、特殊处理后获得特殊性能。

一般来说，价格贵，比如PI原料超过300元/公斤，而ABS原料约25元/公斤。

四、 塑料的分类2

根据塑料受热后的性能特点，可将塑料分为以下两大类：

(1) 热塑性塑料

1.1 分子结构呈线型或支链型结构(右图)；

1.2 它可以通过加热软化、冷却定型来制造塑料零件（比如通过注塑工艺），再次加热冷却又可以再次利用，即所谓的“二次料”；

1.3 在这个过程中，一般没有化学变化，只有物理变化；

1.4 常见的ABS、PC、PP、POM等均属于热塑性塑料，因而制品上一般会有回收标志。

(2) 热固性塑料

2.1 分子结构呈链状或树枝状结构（右图）；

2.2 在加热的过程中，链状或树枝状分子主链间发生交联反应从而变成网状结构，最终形成体型分子结构；

2.3 在这个过程中既发生了物理变化，也发生了化学变化；

因此，热固性塑料成型后不具有可塑性，直到在很高的温度下被烧焦碳化，其耐热性能一般比热塑性塑料好。

常用的酚醛、不饱和聚酯等均属于热固性塑料；

最常见的电木使用温度在-40℃~120℃之间，超过150℃时分子链开始分解。

识别和区分要点：热固性材料成型有化学反应、无固定熔点、无法重新融化回收。

四、 塑料的分类2

热塑性塑料和热固性塑料的对比[1]：

四、 塑料的分类3

根据塑料分子排列特点，可将塑料分为以下两大类：

(1) 结晶型塑料[1]

结晶性塑料有明显的熔点，固体时分子呈规则排列。规则排列区域称为晶区，无序排列区域称为非晶区，晶区所占的百分比称为结晶度，通常结晶度较高的聚合物称为结晶性塑料。

结晶使塑料变脆（耐冲击强度下降），韧性较强，延展性较差。

通常拥有更高的硬度、强度、刚度以及明确的熔点、热稳定性；

通常晶区与非晶区的界面会发生光散射，故透明度较低；

常见的结晶性塑料有：聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚甲醛POM、聚酰胺PA6、聚酰胺PA66、PET、PBT等。

(2) 非结晶型塑料

非结晶型材料分子以无序的非晶形式排列，分子间作用较少，故而硬度和强度均较低、透明度高，且一般没有明确的熔点而是在一定温度范围内逐渐软化。

五、 塑料的选用

(1) 行业对标法

对产品所属行业进行标杆学习，通常业内已经量产较长时间的产品所用的材料综合性能、性价比较高；在没有材料工程师的条件下可以少踩坑。

(2) 约束分析法

开发前期，设计需求→选材需求不全面、详细，可以用约束分析法，选用的流程见右图。

比如，在有润滑油的条件下，PC容易产生应力开裂，就可以作为一种排除约束；在需要高透明的时候，一般可选PC、PMMA、PS。

成本约束则是在前两种约束分析之后需要首要考虑的：

零件总成本=原料成本+机台费+人工费+包装运输费+管理费

比如，一个670g的塑料外壳：

用PP（牌号PP6）材料成本大约在14（元/千克）X0.67（千克）=9.38元，零件价格约为材料成本的2倍，即18元左右；

用PC/ABS（牌号C2800）材料成本大约在25（元/千克）X0.67（千克）=16.75元，零件价格约为33元[1]。

两者相差15元/件，年产量10K的话，此单个零件节省出的利润为15万元。

通过进行约束分析，可以很快缩小塑料的大类范围，最后则是在具体的牌号之间进行选择（可咨询材料商）

PS：

1、塑料的性能数据是在很多特定的条件下测定的，这些条件可能与实际工作状态差别较大，尤其不适于预测塑料的使用强度和对升温的耐力。

2、优先用公司已有的牌号，毕竟量大价优，公司管理成本也低。

3、不要试图去记住材料的物性表，掌握常用材料的使用约束，确保不会出现方向错误即可。

4、专业的事交给专业的人，多请教材料专家或者供应商。

常用塑料的约束表[1]

常用塑料的常用特性[1]

六、 塑料的信息检索

1、价格等信息可以去交易门户，如：

广东塑料交易所-“塑交所·中国塑料价格指数” 广东塑料交易所

找塑料网 - 塑料原料价格|塑料颗粒|ABS塑料|PVC塑料|PE塑料|PP塑料 - 塑化行业综合服务商 找塑网

需要注意的是，改性后的材料价格和原料价格差异可能非常大，最终零件报价价格还是要根据具体的牌号来核算。

2、物性表（TDS）可以去原料官网或者相关网站，如：

专业塑料,橡胶,化工交易及采购平台-全球塑胶网 全球塑胶网

找塑料网 - 塑料原料价格|塑料颗粒|ABS塑料|PVC塑料|PE塑料|PP塑料 - 塑化行业综合服务商 找塑网

文中部分资料来源：《高分子材料概论》、《注塑成型实用手册》、中塑在线、注塑通、美特高分子、找塑网