塑料選材的一般程序
塑料選材的一般程序 　　塑料也像金屬一樣，種類繁多，雖然已工業(yè)化的主要類別只有五十多種，但每類又 有許多品級(jí)。如尼龍塑料則包括尼龍3、尼龍4、尼龍6、尼龍46、尼龍66、尼龍7、尼龍 8、尼龍9、尼龍610、尼龍1010、尼龍11、尼龍12、尼龍13、尼龍612，尼龍9T，尼龍13 ，MC尼龍，尼龍MXD6 尼龍等品種。每一品種還可以通過(guò)改性，例如加入填料或增強(qiáng)材料和其它輔助材料，或 通過(guò)共混制成"合金"；或通過(guò)加工工藝如定向拉伸、結(jié)晶、發(fā)泡等來(lái)獲得新的性能，以 滿足使用要求。 　　塑料的品種既然是如此繁多，它們的性能又具可變性，因此，塑料應(yīng)用的選材常常 要從塑料中許多性能的綜合平衡來(lái)考慮(包括工藝與成本)，而且某些性能數(shù)據(jù)如磨損性 、沖擊性尚不能完全預(yù)測(cè)其使用性，有時(shí)又缺乏準(zhǔn)確可靠的設(shè)計(jì)公式，因此，大多數(shù)塑 料的選材過(guò)程是比較復(fù)雜的。為了能選擇出性能和加工工藝均符合使用要求的、又盡量 能恰如其分地量材使用的品種就要求采用系統(tǒng)、綜合的分析方法來(lái)選材。 　　一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過(guò)程，應(yīng)從構(gòu)思、草圖開始。選材在設(shè)計(jì)過(guò)程中是個(gè)關(guān)鍵步驟，對(duì) 于指定部件的選材，最主要的是考慮部件的功能和決定部件功能的有關(guān)材料性能，同時(shí) 還要考慮諸如部件的特點(diǎn)和禁忌、使用時(shí)的外界條件、臨界條件、使用壽命和使用方式 、維修方法、制品尺寸和尺寸精度、成型加工工藝、生產(chǎn)數(shù)量、生產(chǎn)速度、成本、原料 來(lái)源和經(jīng)濟(jì)效益等等。這些因素包括兩方面，一方面是使用環(huán)境介質(zhì)和環(huán)境條件，如構(gòu) 件承受的負(fù)荷和自重，沖擊和振動(dòng)等機(jī)械作用的影響；接觸的氣體、液體、固體及化學(xué) 藥品；曝露的大氣環(huán)境 (氣溫、濕度、降雨、陽(yáng)光、冰雪以及有害氣體等)的影響；貯存環(huán)境條件和長(zhǎng)期貯存的 的影響；此外，除靜態(tài)破壞影響外，還要考慮摩擦升溫、蠕變、成型收縮等引起的變形 、應(yīng)力松弛以及反復(fù)應(yīng)變而引起的疲勞，高應(yīng)變率引起的力學(xué)性能變化等等。另一方面 是搬運(yùn)、勤務(wù)處理或操作時(shí)，制品可能遭到外力作用，甚至是意外的外力作用的影響。 充分考慮這些因素才能明確所要求的綜合性能。 　　了解生產(chǎn)數(shù)量是為了從經(jīng)濟(jì)上考慮恰當(dāng)?shù)某尚图庸し椒?。比如所需?shù)量是幾個(gè)至幾 十個(gè)，就不必要制造模具，可直接用板材或棒材加工；需要數(shù)量是幾百個(gè)左右時(shí)，可酌 情采用簡(jiǎn)易模具或樹脂- 金屬模、低熔點(diǎn)合金模等；當(dāng)需要量更多時(shí)則應(yīng)采用正規(guī)的模具成型。比如，設(shè)計(jì)的部 件要急于使用，則考慮材料貨源是主要的；如要設(shè)計(jì)宇航零件，則性能因素是最重要的 ；如設(shè)計(jì)通用產(chǎn)品，則應(yīng)綜合考慮性能和成本。下面列舉一個(gè)典型的選材程序： 　　　(1)零部件的構(gòu)思：進(jìn)行初步的功能設(shè)計(jì)，即部件的形狀及其功能元件的形狀，并 考慮選擇基本加工方法。 　　　(2)選材：根據(jù)在應(yīng)力下與使用性能相關(guān)的塑料的工程性能和加工性來(lái)篩選候選材 料，這些應(yīng)力是部件工作時(shí)施加在制品上的。 　　　(3)初步分析設(shè)計(jì)：利用工程設(shè)計(jì)性能計(jì)算壁厚和零件的其它尺寸。并根據(jù)塑料的 特點(diǎn)進(jìn)行制品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)。 　　　(4)試制樣品：在部件實(shí)際使用條件下或模擬零部件的使用條件下進(jìn)行考驗(yàn)、考核 。 　　　(5)重新設(shè)計(jì)和重新試驗(yàn)：當(dāng)發(fā)現(xiàn)性能不能滿足使用要求時(shí)，要重新篩選材料或重 新設(shè)計(jì)并試驗(yàn)。 　　　(6)根據(jù)試制樣品的試驗(yàn)情況和加工零部件的成本，確定最終設(shè)計(jì)和選材。 　　　(7)確定材料的技術(shù)規(guī)格和檢驗(yàn)方法。 　　有時(shí)上列步驟可以縮短，尤其是在零部件要求簡(jiǎn)單，或新零件與舊零件的差別很小 的時(shí)候。然而，有時(shí)選材步驟更為復(fù)雜，特別是在開發(fā)新應(yīng)用時(shí)，或在塑料所承受的應(yīng) 力很復(fù)雜的情況下，系統(tǒng)、綜合的分析法不僅是可靠的成功辦法，而且是節(jié)省開發(fā)費(fèi)用 的途徑。 《中國(guó)工程塑料網(wǎng)》 2002年05月21日 二、塑料一般選材 　　設(shè)計(jì)者繪出零件圖后，要對(duì)零部件列出使用條件和重要選材因素、然后合理地選材 。括以下三個(gè)步驟： 　　(1)跟據(jù)應(yīng)用目的，列出部件的全部功能要求(并不是材料的性能)，并盡可能定量化 。例如： 　　　①在額定的連續(xù)載荷下允許的最大變形量； 　　?、谑褂煤瓦\(yùn)輸過(guò)程中所受的應(yīng)力種類和大?。皇欠耖L(zhǎng)期受力，是動(dòng)態(tài)或是靜態(tài)應(yīng)力 ； 　　?、圩罡吖ぷ鳒囟龋?　　?、茉诠ぷ鳒囟认略试S的尺寸變化； 　　?、萘悴考试S的尺寸公差； 　　?、蘖悴考氖褂眯阅芤?； 　　?、卟考欠褚笾?、粘接、電鍍等； 　　?、嘁筚A存期多長(zhǎng)，是否在戶外使用； 　　?、嵊袩o(wú)耐燃性要求，等等。 　　(2)根據(jù)部件的功能要求，考慮使用性能數(shù)值(工程性能)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，提出目標(biāo)材料 (部件材料)的性能數(shù)值，并通過(guò)這些性能要求來(lái)選定材料，即使這些性能估計(jì)是粗略的 ，也會(huì)大大方便候選材料的篩選，為最終材料的選定提供有益的依據(jù)。 　　選擇恰當(dāng)材料性能是很關(guān)鍵而又復(fù)雜的，因?yàn)榱悴考哪骋还δ艹３０瑤追N性能 ，例如在尺寸穩(wěn)定性的要求中除尺寸精度外，還要考慮線脹系數(shù)、模塑收縮率、吸水性 、蠕變性等等。零件的強(qiáng)度和剛度，除了從材料性能上考慮以外，還要從制品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 上(如厚度和加強(qiáng)筋等)加以考慮。材料的成型工藝性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性等也都是選材時(shí) 應(yīng)考慮的因素。有時(shí)候，某些使用要求不一定能明確對(duì)材料性能的定量要求，如電鍍性 往往要通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)或已有的經(jīng)驗(yàn)來(lái)篩選。又如塑料炮彈彈帶，要求材料經(jīng)受高速?zèng)_擊 、壓縮、扭擰、剪切等復(fù)雜的外力作用和高速高溫高壓氣流的影響，很難直接提出材料 的定量性能要求，因此，除了通過(guò)力學(xué)計(jì)算外，還可通過(guò)模擬試驗(yàn)和探索試驗(yàn)來(lái)推算受 力情況，提出粗略的性能要求。 　　(3)最后通過(guò)部件工程性能要求與材料性能的比較來(lái)確定候選材料。 　　選擇塑料時(shí)應(yīng)注意下面幾個(gè)問(wèn)題： 　　　①必須對(duì)選用塑料的性能有較全面的了解，然后根據(jù)使用條件去考慮配方、工藝和 制品設(shè)計(jì)等。 　　　②塑料一般導(dǎo)熱性低，選用和設(shè)計(jì)時(shí)要充分注意。 　　?、鬯芰系木€脹系數(shù)一般比金屬大，有的易吸水，因此尺寸變化較大，選用和設(shè)計(jì)時(shí) 要考慮恰當(dāng)?shù)呐浜祥g隙和公差范圍。 　　　④有的塑料有應(yīng)力開裂的傾向，選用和設(shè)計(jì)時(shí)要盡量減少應(yīng)力，制品設(shè)計(jì)要避免應(yīng) 力集中，或作適當(dāng)?shù)暮筇幚恚⒁獓?yán)格控制加工工藝。 　　　⑤有的塑料有蠕變和后收縮或變形的傾向，選用和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分注意。 　　?、薷鞣N塑料有- 一定的使用強(qiáng)度范圍和允許接觸的介質(zhì)以及能承受的壓力和速度極限，選用和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng) 該考慮。 《中國(guó)工程塑料網(wǎng)》 2002年05月21日 三、塑料選材的途徑 　　著手選材，可以先進(jìn)行初選，然后綜合評(píng)價(jià)后進(jìn)行試驗(yàn)。初選可通過(guò)兩個(gè)途徑，一 是根據(jù)制品用途選材；二是根據(jù)制品要求性能選材（利用材料性能表和性能等級(jí)分類等 ）；同時(shí)還要考慮經(jīng)濟(jì)成本和安全衛(wèi)生等因素。 　　下面就以一些已工業(yè)化的塑料為對(duì)象，列舉幾種簡(jiǎn)易的選材方法。 　　1、根據(jù)用途選材 　　　用途主要是指制品應(yīng)用域的歸類，此外還包括制品的使用環(huán)境、受力類型和作用 方式、使用對(duì)象等等要素。 　　　(1)使用環(huán)境 　　　　所謂使用環(huán)境是指材料或制品使用時(shí)經(jīng)受周圍環(huán)境的溫度、濕度、介質(zhì)等，特 別是溫度和濕度的條件。根據(jù)用途的不同，溫度條件可由南北極的低溫到赤道或沙漠地 區(qū)的炎熱氣溫，或者是宇航環(huán)境的高低溫，甚至在火災(zāi)時(shí)的高溫等；濕度條件從在水中 長(zhǎng)期或間歇浸泡與露天雨淋到冬天的干燥狀態(tài)(30％RH)；有的制品是在特殊氣體中使用 或者用于接觸化學(xué)液體或溶液的場(chǎng)合；此外，自然曝露狀態(tài)下除了風(fēng)、雨、霧等影響外 還受太陽(yáng)光的曝曬等等。因此，必須考慮待用塑料對(duì)使用環(huán)境的適應(yīng)能力。 　　　(2)制品的受力類型和作用方式 　　　　根據(jù)制品的受力類型和受力狀態(tài)及其對(duì)材料產(chǎn)生的應(yīng)變來(lái)篩選能滿足使用要求 的材料是很必要的。也就是說(shuō)，要考慮上述各種環(huán)境下的外力作用是拉伸、壓縮、彎曲 、扭曲、剪切、沖擊或摩擦，或是幾種力的組合作用。此外，還要考慮外力的作用方式 是快速的 (短暫)或是恒應(yīng)力或恒應(yīng)變的，是反復(fù)應(yīng)力還是漸增應(yīng)力等等。 　　　　用于沖擊負(fù)荷場(chǎng)合的制品，應(yīng)選擇沖擊強(qiáng)度高的；用于恒定應(yīng)力的場(chǎng)合而且必 須防止變形時(shí)，應(yīng)選擇蠕變小的材料；用于反應(yīng)力作用的場(chǎng)合應(yīng)選擇疲勞強(qiáng)度比較高的 材料； 　　　(3)使用對(duì)象 　　　　使用對(duì)象是指使用塑料制品的國(guó)別、地區(qū)、民族和具體使用者的范圍。例如。 國(guó)家不同，其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格也不同。如美國(guó)的電氣部件用的塑料，為保證其對(duì)熱和電氣的安 全性，要求必須符合UL規(guī)格。另外，對(duì)色彩和圖案及形狀的要求也會(huì)因國(guó)家、民族的習(xí) 慣和愛好而不同，應(yīng)選擇合適的色彩和形狀。使用者不同，如兒童、老年、婦女用品也 各有不同的要求在工業(yè)上使用也要考慮使用對(duì)象，而選擇不同的材料。 　　　(4)按用途進(jìn)行分類。 　　　　按用途分類的方法有多種，有的按應(yīng)用領(lǐng)域分類。如汽車運(yùn)輸工業(yè)用的，家用 電氣設(shè)備用的，機(jī)械工業(yè)用的，建筑材料用的，宇航和航空用的……等等；有的，按應(yīng)用 功能分類。如結(jié)構(gòu)材料(外殼、容器等)，低摩擦擦材料(軸承、滑桿、閥襯等)，受力機(jī) 械零件材料。耐熱、耐腐蝕材料(化工設(shè)備、耐熱設(shè)備和火箭導(dǎo)彈用材料)，電絕緣材料 (電氣結(jié)構(gòu)制品)、透光材料……。表中列出一些機(jī)械部件采用工程盟梔料的情況。當(dāng)有幾 種材料同屬一類用途時(shí)，應(yīng)根據(jù)其使用特點(diǎn)和材料性能進(jìn)一步比較和篩選。最好選擇2- 3種進(jìn)行試驗(yàn)比較。比如說(shuō)外殼這類用途就包括動(dòng)態(tài)外殼，靜態(tài)外殼，絕緣外殼等，因此 要求使用不同特性的塑料。動(dòng)態(tài)外殼是經(jīng)常受到劇烈震動(dòng)或輕微撞擊的容器，要求材料 除有剛性和尺寸穩(wěn)定性外，還要有較好的沖擊強(qiáng)度。在室內(nèi)應(yīng)用時(shí)可采用ABS塑料，在戶 外使用的應(yīng)考慮耐老化性能好的材料。如AAS(丙烯睛-丙烯酸酯- 苯乙烯共聚物)或MAAS，或用酚醛、環(huán)氧或聚的玻璃鋼等。靜態(tài)外殼是用在不活動(dòng)或少活 動(dòng)的部位，如儀表殼、收音機(jī)和電視機(jī)外殼等。要求形狀和尺寸穩(wěn)定、美觀，一般可采 用高沖擊強(qiáng)度聚苯乙烯、ABS、聚丙烯等；如要求透明則可采用乙酸丁酸纖維素、聚甲基 丙烯酸酯或聚碳酸酯。至于絕緣外殼，除要求絕緣外，有的還要求有高的機(jī)械強(qiáng)度和沖 擊強(qiáng)度，如電動(dòng)機(jī)罩、電動(dòng)機(jī)械外殼等，則可采用玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯，玻璃纖維增 強(qiáng)聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBTP)或熱固性樹脂的玻璃鋼等。 《中國(guó)工程塑料網(wǎng)》 2002年05月21日 按塑料應(yīng)用范圍選材 　　(1)制造容器、外殼、蓋、導(dǎo)管的塑料 。 　　　這類制品一般不要求承載很大負(fù)荷，但要求有良好甚至優(yōu)良的沖擊強(qiáng)度和硬度、 良好的或適中的拉伸強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，以及良好的外觀和耐環(huán)境性，并要求材料的價(jià) 格適中。對(duì)另有特殊性能要求的應(yīng)專門考慮。如果采用金屬制造時(shí)，一般是采用鋼板、 型鋼、鑄鋁或沖切鋁、輕合金或壓鑄金屬。這些材料強(qiáng)度較高，剛硬度也好。但是，當(dāng) 遇到下列情況和要求時(shí)，采用塑料更為合適。 　　　a．必須防止共振而且要求傳聲??； 　　　b．要求有一定的彈性變形以防止由于偶然碰撞而引起的凹痕； 　　　c．制品形狀復(fù)雜，用金屬加工工藝生產(chǎn)有困難； 　　　d．制品不希望后加工； 　　　e.要求制品整體電絕緣(或部分絕緣)和絕熱，或整體著色或要求透明、半透明; 　　　f.要求耐腐蝕和耐濕氣，不生銹; 　　考慮以上的特點(diǎn)、比較適宜的材料見表(待補(bǔ)充)所示。有時(shí)，一種材料不能滿足要 求，往往需要塑料和其它材料復(fù)合，例如需要控制蠕變或撓曲變形或特別耐磨耗時(shí)，可 把帶螺紋的金屬嵌件嵌入塑料件中，如果要求結(jié)構(gòu)殼體能經(jīng)受碰撞和粗用時(shí)，可考慮采 用金屬和塑料的復(fù)合板或在金屬表面上復(fù)合塑料。 　　(2)低摩擦應(yīng)用方面的塑料 　　　這類應(yīng)用要求的材料需具有低的摩擦系數(shù)甚至無(wú)潤(rùn)滑時(shí)摩擦系數(shù)也低，耐磨蝕性 好，并具有適中至良好的形穩(wěn)性、耐熱性和耐腐蝕性。以往采用銅銻錫合金、青銅、鑄 鐵、預(yù)潤(rùn)滑的木材、石墨等。但是，當(dāng)遇到下列情況和要求時(shí)，采用塑料更為合適。 　　　a．有腐蝕或磨耗； 　　　b．加工時(shí)，潤(rùn)滑劑會(huì)污染產(chǎn)品； 　　　c．組件必須在高于或低于普通潤(rùn)滑劑的適用溫度下工作； 　　　d．要求無(wú)保養(yǎng)操作； 　　　e．用塑料可避免復(fù)雜的潤(rùn)滑體系； 　　　f．迫切要求減重時(shí)； 　　　g. 要求電絕緣； 　　　h. 要求減弱聲響、噪音； 　　　I. 要求盡量減少擦傷和刻痕； 　　　j．體系高負(fù)荷、低速運(yùn)行會(huì)擠出普通潤(rùn)滑劑; 　　　k. 滑粘性不適宜時(shí)。 　　根據(jù)上述要求，作為軸承減摩零件的合適塑料見表(待補(bǔ)充)所示。但是，當(dāng)工作溫 度長(zhǎng)期超過(guò)260℃或有很大的徑向負(fù)荷、止推負(fù)荷時(shí)，或是需要連續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，以及長(zhǎng)期 時(shí)間內(nèi)要求軸的偏斜極小或要求軸的磨損先于軸承的磨損時(shí)，應(yīng)考慮用其它材料。有時(shí) (尤其是遇到下列情況)可考慮用塑料和其它材料組合，如：a．需要盡快散發(fā)熱量，b． 要求蠕變極??；c.僅用塑料不能承受太...
塑料選材的一般程序