塑料材料選用選擇全套

塑料材料選用選擇一、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6T、尼龍9T，尼龍13，MC尼龍，尼龍MXD6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，或通過添加功能助以增加其功能如阻燃、導電、抗靜電、耐磨、導熱、阻隔、透明、耐熱、增韌、絕緣、降解等，以滿足具體使用要求。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測其使用性，有時又缺乏準確可靠的設計公式，因此，大多數(shù)塑料的選材過程是比較復雜的。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。一個完整的設計過程，應從構(gòu)思、草圖開始。選材在設計過程中是個關鍵步驟，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)件承受的負荷和自重，沖擊和振動等機械作用的影響；接觸的氣體、液體、固體及化學藥品；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、應力松弛以及反復應變而引起的疲勞，高應變率引起的力學性能變化等等。另一方面是搬運、勤務處理或操作時，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)濟上考慮恰當?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；當需要量更多時則應采用正規(guī)的模具成型。比如，設計的部件要急于使用，則考慮材料貨源是主要的；如要設計宇航零件，則性能因素是最重要的；如設計通用產(chǎn)品，則應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：進行初步的功能設計，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)在應力下與使用性能相關的塑料的工程性能和加工性來篩選候選材料，這些應力是部件工作時施加在制品上的。3、初步分析設計：利用工程設計性能計算壁厚和零件的其它尺寸。并根據(jù)塑料的特點進行制品設計和模具設計。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行考驗、考核。5、重新設計和重新試驗：當發(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，確定最終設計和選材。7、確定材料的技術規(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雜，特別是在開發(fā)新應用時，或在塑料所承受的應力很復雜的情況下，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，具體體現(xiàn)在如下幾方面：（1）在額定的連續(xù)載荷下允許的最大變形量；（2）使用和運輸過程中所受的應力種類和大??；是否長期受力，是動態(tài)或是靜態(tài)應力；（3）最高工作溫度；（4）在工作溫度下允許的尺寸變化；（5）零部件允許的尺寸公差；（6）零部件的使用性能要求；（7）部件是否要求著色、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)和設計數(shù)據(jù)，提出目標材料(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)。選擇恰當材料性能是很關鍵而又復雜的，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)濟性等也都是選材時應考慮的因素。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。選擇塑料時應注意下面幾個問題：（1）必須對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、工藝和制品設計等。（2）塑料一般導熱性低，選用和設計時要充分注意。（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，選用和設計時要考慮恰當?shù)呐浜祥g隙和公差范圍。（4）有的塑料有應力開裂的傾向，選用和設計時要盡量減少應力，制品設計要避免應力集中，或作適當?shù)暮筇幚?，并要嚴格控制加工工藝。?）有的塑料有蠕變和后收縮或變形的傾向，選用和設計時應充分注意。（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，選用和設計時應該考慮。三、塑料選材的途徑著手選材，可以先進行初選，然后綜合評價后進行試驗。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液體或溶液的場合；此外，自然曝露狀態(tài)下除了風、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(短暫)或是恒應力或恒應變的，是反復應力還是漸增應力等等。用于沖擊負荷場合的制品，應選擇沖擊強度高的；用于恒定應力的場合而且必須防止變形時，應選擇蠕變小的材料；用于反應力作用的場合應選擇疲勞強度比較高的材料；(3)使用對象使用對象是指使用塑料制品的國別、地區(qū)、民族和具體使用者的范圍。例如。國家不同，其標準規(guī)格也不同。如美國的電氣部件用的塑料，為保證其對熱和電氣的安全性，要求必須符合UL規(guī)格。另外，對色彩和圖案及形狀的要求也會因國家、民族的習慣和愛好而不同，應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象，而選擇不同的材料。(4)按用途進行分類。按用途分類的方法有多種，有的按應用領域分類。如汽車運輸工業(yè)用的，家用電氣設備用的，機械工業(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)，受力機械零件材料。耐熱、耐腐蝕材料(化工設備、耐熱設備和火箭導彈用材料)，電絕緣材料(電氣結(jié)構(gòu)制品)、透光材料……。表中列出一些機械部件采用工程盟梔料的情況。當有幾種材料同屬一類用途時，應根據(jù)其使用特點和材料性能進一步比較和篩選。最好選擇2-3種進行試驗比較。比如說外殼這類用途就包括動態(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。動態(tài)外殼是經(jīng)常受到劇烈震動或輕微撞擊的容器，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度。在室內(nèi)應用時可采用ABS塑料，在戶外使用的應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