导语

有机高分子材料也称为聚合物材料，是以有机高分子化合物(树脂)为基体，再配有其他添加剂(助剂)所构成的材料。目前有机高分子材料在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域得到了广泛应用，已成为现代社会生活中衣、食、住、行、用各个方面所不可缺少的材料。有机高分子材料由于原料来源丰富、制造方便、品种繁多、用途广泛，在材料领域中的地位日益突出。有机高分子材料不仅为工农业生产及人们的日常生活提供不可缺少的材料，而且为发展高新技术提供更多更有效的高性能结构材料、功能材料以及满足各种特殊用途的专用材料。本次将首先介绍塑料并对其成形工艺进行说明。

 

有机高分子概述与分类

 

1、有机高分子概述

 

 

有机高分子材料又称聚合物或高聚物。这是一类由一种或几种分子或分子团(结构单元或单体)以共价键结合成具有多个重复单体单元的大分子。它们可以是天然产物如纤维、蛋白质和天然橡胶等，也可以是用合成方法制得的，如合成橡胶、合成树脂、合成纤维等非生物高聚物等。聚合物的特点是种类多、密度小(仅为钢铁的1/7～1/8)，比强度大，电绝缘性、耐腐蚀性好，加工容易，可满足多种特种用途的要求，包括塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂等领域，可部分取代金属、非金属材料。

 

有机高分子材料与工业产品设计有着密切关系，材料选用合适，可以获得高性价比的产品，取得事半功倍的效果。由于有机高分子材料的品种繁多，在性能上各有所长，因而必须通过适当的选择来满足各种不同设计要求:如对于比较精密的机械零部件，可选择POM(聚甲醛)、PI(聚酰亚胺)等具有优良力学性能、刚性、自润滑性和耐磨性的工程塑料:如所设计的零部件是用于化工设备，则可选用聚四氟乙烯、氯化聚醚等耐蚀性极好的材料;而对于要求强度高，刚性、耐冲击性、耐振性好以及外观优美的汽车保险杠，则应选用PP(聚丙烯)、EPDM(三元乙丙橡胶，乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的三元共聚物)、PC(聚碳酸酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)等，具有高刚性、高耐冲击性可焊接性以及表面光泽的材料。

 

塑料、橡胶和木材是产品设计中运用最为广泛的三大有机高分子材料。目前从原材料制成种类繁多、用途各异的最终产品，已形成规模庞大、先进的加工工业体系，而且三大高分子材料各具特点，又形成各自的加工体系。下面首先对塑料的成形加工做简要介绍。

 

塑料及其成形工艺

 

1、塑料概述

1868年第一种塑料问世以来，塑料的发展迅猛，现在塑料的品种越来越丰富，从原来利用天然纤维素添加樟脑作增塑剂制成的赛璐珞塑料，到今天研制而成的工程塑料、通用塑料以及增强塑料等，塑料走人了人们生活、生产和工作的各个方面。无论是家电外壳、办公用品、衣物纽扣家具拉手、数码产品及机床、照明灯罩汽车仪表盘等，都是由各种塑料加工而成，塑料已成为当今产品中利用率最高的材料。

 

塑料的组成

 

塑料是以合成树脂为主要原料，适量加入填充剂、增塑剂、润滑剂、稳定剂、固化剂、着色剂等添加剂，在一定条件下具有流动性、可塑性，并能加工成形，当恢复正常条件时仍可保持加工时形状的一种高分子材料。

 

塑料的类别及其特性

 

塑料的品种繁多，性质和用途也各不相同，一般按照热行为和应用对其进行分类。

 

1）按照塑料的热行为可将其分为两种：热塑性塑料和热固性塑料。

 

 

2）按照塑料的应用可将其分为四种:通用塑料、工程塑料、特种塑料、增强塑料。

 

 

塑料的优点

 

塑料之所以发展迅速，应用广泛，是因为比较其他材料而言，具有以下优点：

 

(1)易成形、成本低

 

跟传统材料相比，塑料可塑性大，加工工艺性好，极易成形。在产品设计中，无论其设计的形态多么复杂，细节多么烦琐，基本上都可以在注塑机上一次成形，且批量生产的数量越大，单件成本越低。另外，在成形加工中，可通过对工艺过程中废料的回收利用，几乎可实现100%的利用率，因而降低了加工成形的成本。

 

(2)强度高、质量轻

 

玻璃纤维增强塑料的拉伸强度可达到170~400MPa，广泛用于汽车外壳、船体甚至航天飞机上。塑料的密度比天然材料低得多(除某些木材，如轻木外)，只有铝材密度的一半左右，仅是钢材密度的1/8~1/4，这也是塑料被大量应用的原因之一。

 

(3)耐蚀性好

 

塑料具有抗酸碱腐蚀的能力，保护其他材料用的大多数漆料主要就是由塑料(树脂)制成的。其中，聚四氟乙烯塑料的耐化学腐蚀能力甚至比铂要好，因此在有酸碱的工作环境里，应尽量选择塑料制品。

 

(4)着色性强

 

几乎所有的塑料制品和成形工艺在很大范围内都可实现产品的整体着色性，工程塑料还可以注塑出各种形式的纹理，这样不仅可以降低基本的生产成本，而且可以使制品表面呈现各种各样的颜色，或者可仿制出其他材料的质地美，从而提高产品的美观性。

 

(5)绝缘性强

 

几乎所有的塑料都具有优异的电绝缘性，其性能可与陶瓷媲美，因此电器类产品中的绝缘层(如插座、插头，电线等)以及电器壳体等都由塑料制成的。

 

(6)耐磨性高

 

大多数塑料均具有良好的减摩、耐磨和自润滑特性，可以在无润滑条件下有效工作。产品中的许多耐磨零件就是利用工程塑料的这些特性制作而成的。

 

(7)减振消声 

 

某些塑料柔韧而富有弹性，受到外部机械冲击和振动时，可将机械能转换为电能，不仅延长了产品的整体寿命，而且还可保护产品在运输中遭遇意外碰撞免受损坏。用工程塑料制作轴承和齿轮可减小噪声，提高加工精度。

 

(8)透光保温

 

多数塑料具有透明或半透明性质，富有光泽，许多塑料如聚氯乙烯聚乙烯和聚丙烯等具有良好的透光和保温性能，大量用于农用薄膜。有机玻璃塑料因韧性和透光性好，常用在飞机的视窗上。

 

塑料的缺陷

 

塑料与金属及其他工业材料相比存在以下缺陷:

 

(1)耐热性差

 

塑料的耐热性较差，一般塑料仅能在100℃以下使用，少数可在200℃左右使用，在300℃左右就开始变形。有些塑料在燃烧时还会释放出有毒气体，对环境的污染很大，从而使塑料的用途受到很大限制。

 

(2)易变形 

 

塑料的热膨胀系数大，温度变化时尺寸的稳定性差，成形收缩较大，即使在常温负荷下也容易变形;在载荷作用下，塑料会产生蠕变现象;有些塑料易溶于溶剂，因而会发生尺寸变化。

 

(3)易产生静电

 

塑料制品有摩擦带电现象，容易吸附尘埃，特别是在干燥的秋冬季节。

 

(4)有“老化”现象 

 

塑料在大气、光、热、辐射、溶剂和微生物等长期的压力或侵蚀下会发生老化，导致塑料的色泽改变、化学结构遭到破坏、力学性能下降、变得脆硬或者粘软等，严重影响了塑料的使用。

 

不过随着塑料工业的发展以及研究的不断深入，塑料的缺陷正被逐渐克服，各种性能优异的新型塑料和塑料复合材料正不断涌现，从而扩大了塑料在各个领域的应用范围。

 

2、塑料的主要成形方法

塑料的成形加工一般包括原料的配制和准备、成形及制品后加工等几个过程。在大多数情况下成形是通过加热使塑料处于粘流态的条件下，经过流动、成形和冷却硬化，而将塑料制成各种形状的产品的方法。塑料成形的方法很多，包括挤出成形、注射成形、模压成形、压延成形、铸塑成形、模压烧结成形、传递模塑、发泡成形等。制品后加工则是指对成形后的制件进行车、刨、铣、钻等工作，用来完成成形过程中所不能完成或完成得不够准确的工作。

 

塑料成形是将不同形态的塑料原料按不同方式制成所需形状的坏件，是塑料制品生产的关键环节。主要的成形方法有:

 

注射成形

 

注射成形又称为注塑成形，是将粉粒状的塑料原料先在加热料筒中均匀塑化，然后由柱塞或移动螺杆将粘流态塑料用较高的压力和速度注人到预先合模的模具中，冷却硬化而成所需制品的成形方法。注射成形是一个循环过程，完成注射过程一般有预塑、注射、冷却定形三个阶段，如图1所示。

 

图1 注射成形工艺过程

 

a)预塑b)注射c)冷却定形

 

1-模具 2-喷嘴3-加热器 4-注射料简 5-螺杆6-加料斗 7-注射液压缸 8-电动机及传动系统

 

(1)预塑阶段 

 

注射机的螺杆5旋转，将加料斗6中落下的塑料沿螺旋槽向前方输送，在注射料筒4中加热，塑料在高温和剪切力的作用下均匀塑化达到粘流态或塑化态已经塑化的塑料向螺杆前段聚集，当料筒前端的塑料聚集达到一定的压力时，使得螺杆边转动边后退，料筒前端的塑料熔体逐渐增多达到一定量时，螺杆停止转动和后退，准备注射。与此同时锁模机构后退开模，并利用注射机的顶出机构使塑件脱模，取出前一次注塑的塑件，如图1a所示。

 

(2)注射阶段

 

注射机合模机构将模具闭合后，注射料筒4中经过加热达到良好的塑化状态的塑料流体，由注射油缸推动螺杆，经过喷嘴2将熔融的塑料压人已经闭合的模具1的型腔中使之成形。如图1b所示。

 

(3)冷却定形阶段 

 

塑料充满型腔后，需要保压一定时间，使塑件在型腔中得到冷却、硬化和定形，如图1c所示。压力撤消后，螺杆转动开始下一件的预塑，同时锁模机构后退开模，整个过程周期重复进行。

 

注射成形是最重要的成形方法之一，几乎适用于所有的热塑性塑料，用注射成形方法生产的塑料制品占热塑性塑料制品总量的20%~30%，占工程塑料制品总量的80%左右。近年来，随着技术的发展，也用于某些热固性塑料，与产品设计的关系最为紧密。像日常生活中常用的盆、桶、药盒、收音机外壳等塑料制品，都采用该成形方法生产。

 

注射成形法的优点是:产品性能高，成形周期短:适应性强，生产效率高，能一次成形外形复杂、尺寸精确以及带嵌件的制品，而且可实现自动化或半自动化作业;原材料损耗小，操作方便，成形的同时容易着色。

 

但该方法也有不足之处:要有专用设备(如注射机)以及制作专用的模具，其工艺复杂、周期长。因此小批量生产时经济性较差，一般注射成形的最低批量为5万件左右。图2为螺杆式注射装置。

 

 

1-塑化+注射螺杆 2-液压注射缸3-注射头:4-注压模具5-喂料口6-加热套7-电动机 8-压力表

 

挤出成形

 

挤出成形又称挤压模塑或挤塑成形，是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过挤出模成形的方法，主要适用于热塑性塑料的成形，也适合一部分流动性较好的热固性塑料和增强塑料的成形。挤出成形主要用于生产连续的型材制品，如管、棒丝、板、薄膜、电线电缆等。图3所示为挤出成形原理图。

 

图3 挤出成形原理图

 

1-挤出料简 2-机头 3-定径装置4-冷却装置5-牵引装置6-塑料管 7-切割装置

 

挤出成形法的优点是:生产效率高;操作流程简单，容易控制，便于连续自动化生产;设备成本低，占地面积小，生产环境整洁;产品质量稳定;可一机多用，进行综合性生产。不足之处在于形状复杂的产品所用的挤出模具费用较高，成形有一定难度。

 

压制成形

 

压制成形是热固性塑料成形法的一种，是塑料加工工艺中最古老的成形方法，又分为模压成形和层压成形两种。

 

(1)模压成形

 

又称压塑成形，是将热固性树脂预热后，置于开放的模穴中，然后闭模加热加压，直至材料硬化为止的工艺方法。模压塑料的特点是质地致密、尺寸精确、外表平整光洁，但成形效率较低，主要用于加工电器开关、插座、餐具、厨具等形状和结构比较简单的日用品

 

(2)层压成形

 

将由玻璃纤维或其他纤维做出的薄片填料布，用热固性液态树脂浸渍，然后将其叠成所需厚度，在高温和高压下使其固化的工艺方法。层压塑料的特点是强度高、表面平整光洁、生产效率高、用途广，常用于加工增强塑料板材、管材、棒材和胶合板等。

 

吹塑成形

 

又称中空成形，是将挤塑机挤出的熔融热塑性树脂坯料夹人模具，然后向坯料内吹人空气，在空气压力的作用下，熔融的坯料膨胀与模具结合，冷却后开模取出，形成定形产品的方法。该方法主要用于生产瓶状的中空薄壁产品，如包装容器、生活用塑料瓶、喷壶、农药罐、装纯净水的桶等。比较优良的中空吹塑材料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、醋酸纤维素和聚缩醛树脂等，其中以聚乙烯应用最多。图4为吹塑成形过程图。

 

图4 吹塑成形

 

a)过程熔融管成形 b)夹紧后送入空气c)打开模具取出成形品

 

吹塑成形法的特点是材料成本较低，设备、模具简单，可生产大型制品。缺点是不易保证制品厚度的均匀，无法制造形状复杂的制品，但采取一定的辅助措施后也可以生产一些形状复杂的中空产品，如把手与桶体整体成形的产品以及具有“合页”结构的双重壁面结构的箱体等。吹塑成形法又可分为注射吹塑成形、挤出吹塑成形、拉伸吹塑成形和吹塑薄膜法。

 

压注成形

 

又称传递成形，是热固性塑料的主要成形方法之一。是将塑料粒料装入模具的加料室内，在加热、受压下熔融的塑料通过模具加料室底部的浇注系统充满型腔，然后固化成形的方法。压注成形法的特点是兼具模压成形和注射成形的优点，产品尺寸精确，生产周期短模具结构复杂，适合形状复杂和带嵌件的产品。常用的原料有酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料等。图5为压注成形原理图。 

 

图5 压注成形原理图

 

1-柱塞 2-加料室 3-上模座 4-凹模 5-凸模6-凸模固定板 7-下模座 8-浇注系统9-制品

 

发泡成形

又称蒸汽成形，是先将塑料粒预发泡，经过一定时间的熟成后，将其填入铝合金制作的模具中使用蒸汽加热而成形的方法。目前广泛应用的是聚乙烯、聚苯乙烯和聚氨酯等热塑性树脂泡沫塑料，主要用于生产水杯、冰淇淋盒、周转箱、包装箱中的减振材料、家具用夹心材料以及建筑用隔热材料等。图6为发泡成形过程示意图。

 

 

图6 发泡成形过程示意图

 

铸塑成形

又称浇铸成形，是将加有固化剂和其他辅助剂的液态树脂混合物料倒入成形模具中在常温或加热条件下使其固化而成为具有一定形状制品的方法。铸塑成形法的优点是工艺简单，成本低，制品尺寸不受限制，可生产形状简单、尺寸精度不高的大型产品，适用于流动性大同时又具有收缩性的塑料，如有机玻璃、尼龙、聚酰胺、酚醛树脂、环氧树脂等。缺点是成形周期长，制品尺寸的精确性较差等。图7为铸塑成形示意图。

 

图7 铸塑成形

 

铸塑成形

将热塑性塑料片置于模具中压紧，借助加热器将塑料片加热，使之软化，然后将模具型腔抽取真空，借助大气的压力将软化的塑料片压人模内并使之紧贴模具，冷却后得到所需塑料制品的成形方法。该方法是塑料成形技术中较新的方法，也是热塑性塑料最简单的成形方法之一，主要用于成形杯、盘、箱壳、盒、罩、盖等薄壁敞口制品。其特点是对模具材料盒加工要求较低。缺点是制品厚度不太均匀，无法制造形状复杂的产品。图8所示为真空成形过程。

图8 真空成形过程

 

3、塑料制品的加工

塑料制品的生产系统是由成形、机械加工、修饰和装配四个连续的生产过程所组成的。通常所指的塑料制品的加工是指塑料制品成形后的二次加工。

 

塑料的机械加工

对有较高尺寸精度和表面质量要求的塑料零件，需在成形后对其进一步进行机械加工以保证质量;对于某些形状简单的塑料件，可用棒材、管材和板材等塑料型材直接进行机械加工来简化生产程序;对于带有小孔、深孔和螺纹的塑料零件，后续机械加工比直接成形更经济实用。

 

塑料的机械加工与金属材料的切削加工大致相同，一般包括锯切、钻孔、车销、铣削、攻螺纹、铰孔、滚花等。但在切削加工时，应充分考虑塑料与金属的性能差异，如塑料的散热性差、热膨胀系数大、弹性大，加工时易变形、软化、分层、开裂和崩落等，因此，要采用前、后角较大的锋利刀具、较小的进给量和较高的切削速度:正确装夹和支承工件，减小切削力引起的工件变形:同时采用水冷或风冷的方式加快散热。

 

表面装饰

塑料制品表面装饰可分为两类:一类是着色;另一类是镀饰、烫印、贴膜、涂饰、丝网印刷等，为成形后进行的二次装饰。

 

(1)着色

 

这种方法是将色母加入塑料原料中，搅拌均匀后与原料熔化挤出。该方法的特点是:方便，不易褪色;可遮挡紫外线，防止材料老化;黑色产品可防静电。但该方法也存在一些不足，如浅色产品容易在强太阳光下褪色，不同的着色材料可引起材料的收缩变形等。

 

(2)镀饰 

 

将塑料零件表面镀覆金属的一种加工工艺，它能改善塑料零件的表面性能，达到防护、装饰和美化的目的。镀覆后的塑料制品外表呈金属光泽，具有导电性，表面硬度和耐磨性都得到提高，同时具有防老化、防潮和防溶剂侵蚀的性能。

 

(3)烫印

 

将刻有图案或文字的热模，通过一定的压力，使烫印材料上的彩色锡箔转移到塑料制品表面来获得精美图案和文字的加工方法。如家电产品外壳上的银色标志、化妆品瓶盖上的商标名以及透明丙烯树脂上的金色厂名等，都是采用这种方法获得的。该方法操作简单、成本低，特别适合产品局部的金属着色。

 

(4)贴膜

 

将预先印有图案或花纹的塑料膜紧贴在模具上，在挤塑、吹塑或注塑时依靠熔融树脂的热量将塑料膜熔合在产品上。如圆珠笔、脸盆、浴盆等产品上的花卉或动物图案就是采用该方法获得的。

 

(5)涂饰

 

塑料二次加工中应用最为普遍、用量最大的一种加工方式。塑料涂饰的目的有:掩盖其加工成形中的缺陷及划伤;防止塑料制品老化;改善外观装饰性;赋予优良质感及特殊性能以及降低成本(如色母粒着色加工成本太高、同一部件要求不同颜色等)。同时对塑料制品进行表面涂饰，提高附加值。

 

(6)丝网印刷

 

将设计好的文字或图案，在特制的丝网上腐蚀制版，然后把制好的丝网版放在塑料件的合适位置，用刮板刮涂颜料来印刷文字和图案。如塑料制品上的产品型号、装饰带等均采用该方法制作而成。

 

塑料件的连接

在塑料制品的装配中经常采用将两种塑料部件或塑料零件与金属零件连接的方式，常用的连接方式有机械连接热熔粘接、溶剂粘接和胶粘剂粘接四种方式。其中，机械连接的主要方式包括铆接和螺栓连接，其方法与金属件的连接相同。图9和图10为常见的塑料件连接方式。

 

图9 塑料件连接方式(一)

 

a)用粘结剂b)热风焊c)热板方式d)热熔粘接

 

图10 塑料件连接方式(二)

旋转熔接法b)超声波熔融法c)螺钉连接d)弹性连接

 

(1)热熔粘接 

 

将塑料制品需粘接处进行加热使其熔化后加以叠合，在足够的压力下，制品冷却凝固后连成一个整体。可采用摩擦加热和热风加热，通常采用后者。该方法类似金属连接中的气焊，有时也采用焊条。这种方法适用于大部分热塑性塑料，不过，其连接表面比较粗糙。

 

(2)溶剂粘接 

 

将两个被粘接塑料零件表面涂以适当的溶剂，使其表面熔胀、软化，然后加上适当的压力使粘接面紧贴，待溶剂挥发后，两个塑料零件粘接成一体。大多数热塑性塑料都可以采用这种方法，但不同品种的塑料、某些化学稳定性高的塑料和不溶的热固性塑料不宜采用该种方法。

 

(3)胶粘剂粘接

 

在两个被粘接的塑料件表面涂以适当的胶粘剂，形成一层胶层，在胶层的粘接作用下，两个塑料零件就粘接在一起。胶粘剂粘接既适用于相同塑料之间的连接，也适用于不同塑料间、塑料与金属之间的连接。大多数塑料都可以采用这种方法粘接，但聚乙烯、聚丙烯、尼龙和聚缩醛等不能采用该种方法。

 

4、塑料制品的结构工艺性

塑料制品的设计非常复杂，但通过一些基本的原理方法可减少一些成形以及产品功能上的不足。

 

1.形状

 

塑料制品的形状应易于成形，即在开模取出塑件时尽量避免采用复杂的分型与侧面抽芯。因此，塑料制品的内外表面形状要尽可能地避免出现侧凹部分，否则会使模具结构复杂、制造周期长，同时还会在塑件上留下毛边，增加塑件的整修工作量，影响塑件的外观。

 

2、壁厚

 

塑料产品的壁厚不仅与产品的强度和刚性有关，还与产品质量、大小、尺寸稳定性绝缘、隔热、退出方式、成形方法、成形材料以及产品的成本等有关。通常，产品应具有均匀的壁厚，壁与壁的连接处尽量用圆弧连接，从而避免壁厚的突然剧变。图11为壁厚均匀化示意图。

 

图11 壁厚的均匀化

 

一般的原则是尽量利用最小的壁厚来完成最终产品所必须具备的功能，通常电子工程类壳体的壁厚为2.5~3mm，日用品壳体的壁厚为1.5~2mm，而薄壁类壳体壁厚为0.5~0.8mm。

 

3.脱模斜度

 

由于塑件冷却时的收缩，塑料会紧包在模具型芯或凸模上，为使塑件顺利脱模并防止脱模时擦伤或擦毛塑件，塑件的内外表面沿脱模方向应具有合理的斜度，称为脱模斜度。脱模斜度与塑料的品种、制件的性质及模具的结构等有关，一般情况下脱模斜度α可取 0.5°~1.5°，最小为 15'~20'。

 

4. 圆角

 

在设计塑料产品时，为了避免应力集中，提高塑料制件的强度，便于充填和脱模，消除壁转折处产生凹陷等缺陷，不能将产品设计成具有尖锐的边角，通常在产品的棱边、棱角、加强筋、支撑底、底面、平面等处设计成圆角。

 

图13 圆角的设计

 

a)没有R的乱流b)有R时的顺畅流动c)理想的圆角d)成形品的内缩现象 e)三条棱线之间角的处理规则

 

5.加强筋和角板

 

加强筋能有效增加产品的刚性与强度，防止变形和翘曲。适当利用它们不仅可以节省材料、减轻质量以及缩短成形周期，而且能更好地消除厚横切面所造成的成形缺陷，如缩孔或凹陷等。处于塑料边壁转折处的加强筋称为角板，它可以支撑塑料制件壁面。加强筋和角板必须放在能够方便流动的位置，这样才能利于产品的充填，犹如内流道的作用。否则，很容易造成产品有烧焦的痕迹以及气泡等问题。

 

6.嵌件

 

塑料产品设计时，可采用各种形状和材质的嵌件，镶入嵌件的目的有:①增加产品局部的强度、硬度、耐磨性、导磁导电性;②增加产品尺寸形状的稳定性，提高制造精度;③弥补因产品结构工艺性不足而带来的缺陷;④降低塑料的消耗以及满足其他各种要求。嵌件可选用金属、木材以及塑料等，其中金属嵌件应用最广，通常用来承担产品被磨损、撕裂的力量或用来与电气零件相连以及作装饰用，图14为常见的金属嵌件形式但是采用嵌件一般会增加塑料的成本，使模具结构复杂，而且在模具中安装嵌件会降低塑料产品的生产效率，难以实现自动化。

 

图14 常见的金属嵌件形式

 

a)圆形嵌件 b)带台阶圆柱形嵌件c)片状嵌件 d)细杆状贯穿嵌件

 

7.分模线

 

阴模与阳模的接合线称为分模线(Parting Line，缩写为 PL)，位于产品的外围。设计分模线时应注意:尽量设计在不显眼的位置，以便隐藏产品表面分模线的痕迹;尽量设计在最外侧的棱边上，以便清除飞边;尽量使其形状简洁，以便提高模具闭合时的配合精度。图15为不同制品的分模线。

 

图15 分模线

 

8.孔洞

 

在塑料制品上开孔洞或者切口可使其与其他零件组合从而得到更多的功能并更具吸引力。图16为孔洞的一般类型。

 

图16 孔洞的类型

 

5、塑料在工业设计中的应用

(1)ABS塑料 

 

ABS 塑料是一种复合塑料，由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯组成。ABS塑料呈半透明的乳白色，综合了上述三种成分的性能，具有良好的抗拉强度、耐冲击性能、流动性能和表面硬度，其刚性、耐热性、低温性能以及电性能都很好。此外，ABS塑料的成形加工性和二次加工性良好，可采用注射、挤出、热成形等方法成形，可进行锯钻、锉、磨等机械加工，也可使用三氯甲烷等有机溶剂进行粘接，还可进行涂饰、电镀等表面处理。

 

ABS 塑料常用来制作各种壳体材料，如电话、电视机、洗衣机、复印机、玩具及厨房用品等的壳体;ABS塑料也可用于制作各种机械配件，如齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管件、蓄电池槽以及电动工具等;ABS塑料还是理想的汽车配件制作材料，其应用范围涉及汽车的转向盘、仪表盘、风扇叶片、挡泥板、手柄、舱门、车轮盖及反光镜等。

 

(2)聚丙烯塑料(PP) 

 

聚丙烯塑料是一种低成本的日用塑料，也是密度最低的塑料。其特点是:性能均衡，集电性能、耐热性、刚性、韧性、耐化学药品、尺寸稳定性表面光洁性和熔体流动性于一体，弯曲疲劳强度大，收缩率大，耐性较差，易低温脆化。其主要应用范围包括PP铰链，仪器设备中的管材、搅拌器和泵壳壳体等，汽车风扇罩、风扇叶片、门板和座席框架等，医疗器具、行李箱、玩具、包装用品和家用器具等。

 

(3)聚乙烯塑料(PE)

 

聚乙烯塑料是旋转模塑行业使用的主要原料，其特点是:成本低，柔软，耐药品、水，绝缘性能好，具有较高的耐热性等。常用于制作玩具、盖罩外壳、包装材料、旋转模塑箱、管材、大型容器、教室座椅、户外家具、桶、容器和家用器具等。

 

(4)聚碳酸酯塑料(PC)

 

聚碳酸酯塑料是一种无定形热塑性塑料，呈无色或淡黄

 

色，透明，无毒无味，具有优良的力学性能，尤以抗冲击性和抗变性最为突出。耐热性、耐寒性和耐候性好，电性能良好，尺寸稳定性较好，具有自熄性和高透光性，易于成形加工。此外，其废旧料可回收再利用，是一种综合性能良好的工程塑料，适合制作精度高、外形复杂的产品以及透明薄膜和各种板材、管材、型材等。PC用途广泛，可用于制作各种器械结构材料和工具壳体、电话、电视和船舶部件汽车尾板、指示灯、头灯支撑固定装置、仪表板、装饰带和外壳体部件，以及交通指示灯灯罩、光学透镜、微波炉器皿等。

 

(5)聚氯乙烯塑料(PVC)

 

聚氯乙烯塑料是一种半结晶热塑性塑料，其产量仅低于聚乙烯塑料，可以进行配料，具有良好的刚性和柔韧性，光学、加工、电绝缘性以及耐蚀性良好，但耐热性差，分解时会释放出氯化氢，产生一定的毒性，因此在成形时需要加人稳定剂。

 

聚氯乙烯塑料根据添加增塑剂的多少，分为硬质和软质两大类:硬质PVC机械强度高，经久耐用，可用于生产仪器设备、体育用品、电视机和电动机箱部件、玩具、壳体板材和管材配件等;软质PVC则用来生产人造革、薄膜、鞋后跟、软管以及电线套管等。

 

(6)聚苯乙烯塑料(PS)

 

聚苯乙烯塑料质轻，表面硬度高，有良好的透光性，透光率高达 90%，仅次于普通玻璃和有机玻璃。它具有良好的耐蚀性能、抗反射线性和低吸性;由于PS制成的产品尺寸稳定，具有一定的机械强度:聚乙烯塑料的加工性好，可用注射、挤出以及吹塑等方法加工成形。聚苯乙烯塑料的另一大优点是电绝缘性能好，因此广泛用作电器中的绝缘材料，如收音机外壳、电视机上的耐高压绝缘材料等。此外，聚苯乙烯还大量用来制作餐具、包装容器、日用器皿、玩具、汽车灯罩以及各种模型材料装饰材料等。但聚苯乙烯也具有一些缺点，如质脆易裂、抗冲击性和耐热性差，需通过改性处理来改善和提高性能。

 

(7)酚醛塑料(PF) 

 

酚醛塑料俗称电木，是最早投入工业生产的塑料品种。酚醛塑料强度高、刚性大、坚硬耐磨，产品尺寸稳定;具有良好的绝缘性和耐热性;易成形，成形时收缩率小，不易出现裂纹:合成工艺简单且价格便宜，是电器工业不可或缺的材料，常用来生产电子管插座、开关、灯头及电话机等。

 

在酚醛树脂中加入石棉、云母，能增加它的耐酸、耐碱、耐磨性，可用作化工设备的材料和电机、汽车的配件;加人玻璃纤维可以增加硬度，可用作机器零件等:用丁腈橡胶改性后，其耐油性能和抗冲击强度大大提高;用聚氯乙烯改性后则能提高机械强度和耐酸性。

 

(8)聚酰胺塑料(PA)

 

聚酰胺塑料俗称尼龙，为白色或浅黄色半透明固体，无毒无味，易着色，具有优良的机械强度，抗拉性、坚韧性、抗冲击性、耐溶剂性以及电绝缘性良好，且耐磨性和润滑性优异，是一种优良的自润滑材料，但缺点是吸湿性较大，影响性能和尺寸稳定性。聚酰胺塑料加工性能好，可采用多种成形方法，常用来制造各种机械和电器零件，如齿轮、叶片、轴承、密封圈、电缆接头等，也可用于制作包装带和食品薄膜等。

 

(9)脲醛塑料(UF)

 

脲醛塑料是用尿素与甲醛进行缩合，先生成脲醛树脂，然后与填料、润滑剂、颜料等混合，经成形加工而得的热固性塑料。纯净的脲醛树脂是无色透明的，加人二氧化钛或其他颜料，便可变成乳白色或其他颜色的半透明或不透明的塑料。脲醛塑料色浅，易着色，质地坚硬，又因其绝缘性能好，可用做电器材料，故有“电玉之称。脲醛塑料除了具有热固性塑料的通性之外，还具有两个优点:①优良的耐电弧性能，因此可专门用于制造汽车、摩托车等引擎中的发火零件:②无臭无味，色泽美观，故常用来生产各种生活用品，如纽扣、瓶盖、门拉手、琴键、电话机、钟表的外壳、灯罩等。脲醛塑料的缺点是不太耐热，因此用其制作的餐具、奶瓶等最好不要在开水中煮，以免变形。

 

(10)三聚氰胺甲醛塑料(MF)

 

三聚氰胺甲醛塑料又称蜜胺塑料，是由三聚氰胺与甲醛缩聚而成的热固性塑料。蜜胺塑料无色透明、无毒、无味、易着色、硬度高，具有优良的电绝缘性和抗电弧性，机械强度高，耐热性和耐水性比脲醛塑料高，可制成各种透明的日常用品。给蜜胺塑料添加着色剂和纸浆等填料后，就会变得不透明，外观像瓷器，因此被人们誉为“仿瓷塑料”，常用来制作碗、盘、茶杯等高级餐具。

 

(11)聚甲基丙烯酸甲酯塑料(PMMA)

 

聚甲基丙烯酸甲酯塑料俗称“有机玻璃”是以甲基丙烯酸甲酯为单体，经加聚反应合成的线型高分子化合物。有机玻璃最突出的性能是透光性非常好，透光率达92%以上，仅次于普通玻璃(透光率95%)。且其透过紫外线的能力要高于普通玻璃，故常用来做光学工业透镜、医用导光管、隐形眼镜等。有机玻璃质轻、耐冲击力强、不易碎裂，具有一定的强度，耐水性、耐候性和电绝缘性好，并且易于着色和加工成形，因此被大量用于制造飞机驾驶舱的玻璃罩，轮船和飞机驾驶室的挡风玻璃等。在生产有机玻璃时加入各种颜料、荧光粉(如硫化锌)、珍珠粉(如碱式碳酸铅)，便可得到彩色、乳白、荧光或珠光等有机玻璃板材，在日常生活中用作照明灯具、广告招牌、绘图尺、防护罩及各种装饰品等。

 

有机玻璃的缺点是耐热性差，易溶于丙酮、氯仿等有机溶剂，使用时要注意防火，不能与有机溶剂接触:表面硬度低，易起毛，生产成本较高。

 

塑料制品的相关标准

标准号	标准名称
GB/T 1033	塑料密度和相对密度的测定
GB/T 1040	塑料拉伸性能的测定
GB/T 2411	塑料硬度测定（邵氏硬度）
GB/T 3682	塑料熔体流动速率（MFR）的测定
GB/T 6344	镧铈镁合金塑料弯曲性能的测定
GB/T 8803	塑料吸水率的测定
ASTM D638	塑料拉伸性能的标准试验方法
ASTM D790	塑料弯曲性能的标准试验方法
ASTM D256	镁及镁合金冶炼安全生产规范
ASTM D1238	塑料熔体流动速率的标准试验方法
EN ISO 1183	塑料密度和相对密度的测定
EN ISO 1133	塑料熔体流动速率的测定