塑膠原料選擇
塑膠原料選擇 一 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(kāi)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ā１热缢钄?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(shù)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(kāi)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(kāi)發(fā)費(fèi)用 的途徑 |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： | |　　?、僭陬~定的連續(xù)載荷下允許的最大變形量； | |　　　②使用和運(yùn)輸過(guò)程中所受的應(yīng)力種類和大??；是否長(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； | |　　　⑥零部件的使用性能要求； | |　　?、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： | |　　?、俦仨殞?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。 | |　　?、谒芰弦话銓?dǎo)熱性低，選用和設(shè)計(jì)時(shí)要充分注意。 | |　　　③塑料的線脹系數(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。 | |　　?、苡械乃芰嫌袘?yīng)力開(kāi)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。 | |　　?、萦械乃芰嫌腥渥兒秃笫湛s或變形的傾向，選用和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分注意。 | |　　　⑥各種塑料有-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 | 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： 　　?、僭陬~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)力種類和大小；是否長(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； 　　　⑤零部件允許的尺寸公差； 　　　⑥零部件的使用性能要求； 　　?、卟考欠褚笾⒄辰?、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： 　　?、俦仨殞?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。 　　?、谒芰弦话銓?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。 　　?、苡械乃芰嫌袘?yīng)力開(kāi)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。 　　?、萦械乃芰嫌腥渥兒秃笫湛s或變形的傾向，選用和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分注意。 　　　⑥各種塑料有- 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。 |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...
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