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。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 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。 《中國工程塑料網(wǎng)》 2002年05月21日 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 。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\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； 　　?、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； 　　?、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，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，還要從制品結構設計 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： 　　?、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 制品設計等。 　　?、谒芰弦话銓嵝缘?，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。 　　?、苡械乃芰嫌袘﹂_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?　　?、萦械乃芰嫌腥渥兒秃笫湛s或變形的傾向，選用和設計時應充分注意。 　　?、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，選用和設計時應 該考慮。 《中國工程塑料網(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。如結構材料(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 (電氣結構制品)、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)氧或聚的玻璃鋼等。靜態(tài)外殼是用在不活動或少活 動的部位，如儀表殼、收音機和電視機外殼等。要求形狀和尺寸穩(wěn)定、美觀，一般可采 用高沖擊強度聚苯乙烯、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械強度和沖 擊強度，如電動機罩、電動機械外殼等，則可采用玻璃纖維增強聚碳酸酯，玻璃纖維增 強聚對苯二甲酸丁二酯(PBTP)或熱固性樹脂的玻璃鋼等。 《中國工程塑料網(wǎng)》 2002年05月21日 按塑料應用范圍選材 　　(1)制造容器、外殼、蓋、導管的塑料 。 　　　這類制品一般不要求承載很大負荷，但要求有良好甚至優(yōu)良的沖擊強度和硬度、 良好的或適中的拉伸強度和尺寸穩(wěn)定性，以及良好的外觀和耐環(huán)境性，并要求材料的價 格適中。對另有特殊性能要求的應專門考慮。如果采用金屬制造時，一般是采用鋼板、 型鋼、鑄鋁或沖切鋁、輕合金或壓鑄金屬。這些材料強度較高，剛硬度也好。但是，當 遇到下列情況和要求時，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、比較適宜的材料見表(待補充)所示。有時，一種材料不能滿足要 求，往往需要塑料和其它材料復合，例如需要控制蠕變或撓曲變形或特別耐磨耗時，可 把帶螺紋的金屬嵌件嵌入塑料件中，如果要求結構殼體能經(jīng)受碰撞和粗用時，可考慮采 用金屬和塑料的復合板或在金屬表面上復合塑料。 　　(2)低摩擦應用方面的塑料 　　　這類應用要求的材料需具有低的摩擦系數(shù)甚至無潤滑時摩擦系數(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、預潤滑的木材、石墨等。但是，當遇到下列情況和要求時，采用塑料更為合適。 　　　a．有腐蝕或磨耗； 　　　b．加工時，潤滑劑會污染產(chǎn)品； 　　　c．組件必須在高于或低于普通潤滑劑的適用溫度下工作； 　　　d．要求無保養(yǎng)操作； 　　　e．用塑料可避免復雜的潤滑體系； 　　　f．迫切要求減重時； 　　　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．體系高負荷、低速運行會擠出普通潤滑劑; 　　　k. 滑粘性不適宜時。 　　根據(jù)上述要求，作為軸承減摩零件的合適塑料見表(待補充)所示。但是，當工作溫 度長期超過260℃或有很大的徑向負荷、止推負荷時，或是需要連續(xù)高速運轉，以及長期 時間內(nèi)要求軸的偏斜極小或要求軸的磨損先于軸承的磨損時，應考慮用其它材料。有時 (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． 要求蠕變極小；c.僅用塑料不能承受太...
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