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。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改性，例如加入填料或增強材料和其它輔助材料，或 通過共混制成"合金"；或通過加工工藝如定向拉伸、結(jié)晶、發(fā)泡等來獲得新的性能，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)測其使用性，有時又缺乏準(zhǔn)確可靠的設(shè)計公式，因此，大多數(shù)塑 料的選材過程是比較復(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)、綜合的分析方法來選材。 　　一個完整的設(shè)計過程，應(yīng)從構(gòu)思、草圖開始。選材在設(shè)計過程中是個關(guān)鍵步驟，對 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 還要考慮諸如部件的特點和禁忌、使用時的外界條件、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、陽光、冰雪以及有害氣體等)的影響；貯存環(huán)境條件和長期貯存的 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、勤務(wù)處理或操作時，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)量是幾個至幾 十個，就不必要制造模具，可直接用板材或棒材加工；需要數(shù)量是幾百個左右時，可酌 情采用簡易模具或樹脂- 金屬模、低熔點合金模等；當(dāng)需要量更多時則應(yīng)采用正規(guī)的模具成型。比如，設(shè)計的部 件要急于使用，則考慮材料貨源是主要的；如要設(shè)計宇航零件，則性能因素是最重要的 ；如設(shè)計通用產(chǎn)品，則應(yīng)綜合考慮性能和成本。下面列舉一個典型的選材程序： 　　　(1)零部件的構(gòu)思：進(jìn)行初步的功能設(shè)計，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篩選候選材 料，這些應(yīng)力是部件工作時施加在制品上的。 　　　(3)初步分析設(shè)計：利用工程設(shè)計性能計算壁厚和零件的其它尺寸。并根據(jù)塑料的 特點進(jìn)行制品設(shè)計和模具設(shè)計。 　　　(4)試制樣品：在部件實際使用條件下或模擬零部件的使用條件下進(jìn)行考驗、考核 。 　　　(5)重新設(shè)計和重新試驗：當(dāng)發(fā)現(xiàn)性能不能滿足使用要求時，要重新篩選材料或重 新設(shè)計并試驗。 　　　(6)根據(jù)試制樣品的試驗情況和加工零部件的成本，確定最終設(shè)計和選材。 　　　(7)確定材料的技術(shù)規(guī)格和檢驗方法。 　　有時上列步驟可以縮短，尤其是在零部件要求簡單，或新零件與舊零件的差別很小 的時候。然而，有時選材步驟更為復(fù)雜，特別是在開發(fā)新應(yīng)用時，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)費用 的途徑 |二、塑料一般選材 | | | |　　設(shè)計者繪出零件圖后，要對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\輸過程中所受的應(yīng)力種類和大??；是否長期受力，是動態(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； | |　　　⑧要求貯存期多長，是否在戶外使用； | |　　　⑨有無耐燃性要求，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)計數(shù)據(jù)，提出目標(biāo)材| |料(部件材料)的性能數(shù)值，并通過這些性能要求來選定材料，即使這些性能估計是粗 | |略的，也會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，因為零部件的某一功能常常包含幾種性 | |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)計上(如厚度和加強筋等)加以考慮。材料的成型工藝性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性等也都 | |是選材時應(yīng)考慮的因素。有時候，某些使用要求不一定能明確對材料性能的定量要求 | |，如電鍍性往往要通過實際試驗或已有的經(jīng)驗來篩選。又如塑料炮彈彈帶，要求材料 | |經(jīng)受高速沖擊、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，除了通過力學(xué)計算外，還可通過模擬試驗和 | |探索試驗來推算受力情況，提出粗略的性能要求。 | |　　(3)最后通過部件工程性能要求與材料性能的比較來確定候選材料。 | | | | | | | |　　選擇塑料時應(yīng)注意下面幾個問題： | |　　?、俦仨殞x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)計等。 | |　　　②塑料一般導(dǎo)熱性低，選用和設(shè)計時要充分注意。 | |　　?、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| |時要考慮恰當(dāng)?shù)呐浜祥g隙和公差范圍。 | |　　?、苡械乃芰嫌袘?yīng)力開裂的傾向，選用和設(shè)計時要盡量減少應(yīng)力，制品設(shè)計要避免| |應(yīng)力集中，或作適當(dāng)?shù)暮筇幚?，并要?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)計時應(yīng)充分注意。 | |　　　⑥各種塑料有-一定的使用強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)計時應(yīng)該考慮 | 設(shè)計者繪出零件圖后，要對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\輸過程中所受的應(yīng)力種類和大??；是否長期受力，是動態(tài)或是靜態(tài)應(yīng)力 ； 　　?、圩罡吖ぷ鳒囟?； 　　?、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?、粘接、電鍍等； 　　　⑧要求貯存期多長，是否在戶外使用； 　　?、嵊袩o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)計數(shù)據(jù)，提出目標(biāo)材料 (部件材料)的性能數(shù)值，并通過這些性能要求來選定材料，即使這些性能估計是粗略的 ，也會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，因為零部件的某一功能常常包含幾種性能 ，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 上(如厚度和加強筋等)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 應(yīng)考慮的因素。有時候，某些使用要求不一定能明確對材料性能的定量要求，如電鍍性 往往要通過實際試驗或已有的經(jīng)驗來篩選。又如塑料炮彈彈帶，要求材料經(jīng)受高速沖擊 、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，除了通過力學(xué)計算外，還可通過模擬試驗和探索試驗來推算受 力情況，提出粗略的性能要求。 　　(3)最后通過部件工程性能要求與材料性能的比較來確定候選材料。 　　選擇塑料時應(yīng)注意下面幾個問題： 　　?、俦仨殞x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)計等。 　　?、谒芰弦话銓?dǎo)熱性低，選用和設(shè)計時要充分注意。 　　?、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)計時 要考慮恰當(dāng)?shù)呐浜祥g隙和公差范圍。 　　?、苡械乃芰嫌袘?yīng)力開裂的傾向，選用和設(shè)計時要盡量減少應(yīng)力，制品設(shè)計要避免應(yīng) 力集中，或作適當(dāng)?shù)暮筇幚?，并要?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)計時應(yīng)充分注意。 　　?、薷鞣N塑料有- 一定的使用強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)計時應(yīng) 該考慮。 |三、塑料選材的途徑 | | | |　　著手選材，可以先進(jìn)行初選，然后綜合評價后進(jìn)行試驗。初選可通過兩個途徑， | |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分 | |類等）；同時還要考慮經(jīng)濟(jì)成本和安全衛(wèi)生等因素。 | |　　下面就以一些已工業(yè)化的塑料為對象，列舉幾種簡易的選材方法。 | |　　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)時的高溫等；濕度條件從 | |在水中長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光的曝曬等等。因此，必須考慮待用塑料對使用環(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)及其對材料產(chǎn)生的應(yīng)變來篩選能滿足使用要 | |求的材料是很必要的。也就是說，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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