塑料制品的选材的影响因素

塑料制品的选材的影响因素有哪些，列举至少5种产品（5种不同的壳体材料），并附图说明此产品材料的具体应用场合及特点。

一、塑料选材

塑料也像金属一样，种类繁多，虽然已工业化的主要类别只有五十多种，但每类又有许多品级。如尼龙塑料则包括尼龙3、尼龙4、尼龙6、尼龙46、尼龙66、尼龙7、尼龙8、尼龙9、尼龙610、尼龙1010、尼龙11、尼龙12、尼龙13、尼龙612，尼龙9T，尼龙13，MC尼龙，尼龙MXD6 尼龙等品种。每一品种还可以通过改性，例如加入填料或增强材料和其它辅助材料，或通过共混制成"合金"；或通过加工工艺如定向拉伸、结晶、发泡等来获得新的性能，以满足使用要求。

塑料的品种既然是如此繁多，它们的性能又具可变性，因此，塑料应用的选材常常要从塑料中许多性能的综合平衡来考虑(包括工艺与成本)，而且某些性能数据如磨损性、冲击性尚不能完全预测其使用性，有时又缺乏准确可靠的设计公式，因此，大多数塑料的选材过程是比较复杂的。为了能选择出性能和加工工艺均符合使用要求的、又尽量能恰如其分地量材使用的品种就要求采用系统、综合的分析方法来选材。

一个完整的设计过程，应从构思、草图开始。选材在设计过程中是个关键步骤，对于指定部件的选材，最主要的是考虑部件的功能和决定部件功能的有关材料性能，同时还要考虑诸如部件的特点和禁忌、使用时的外界条件、临界条件、使用寿命和使用方式、维修方法、制品尺寸和尺寸精度、成型加工工艺、生产数量、生产速度、成本、原料来源和经济效益等等。这些因素包括两方面，一方面是使用环境介质和环境条件，如构件承受的负荷和自重，冲击和振动等机械作用的影响；接触的气体、液体、固体及化学药品；曝露的大气环境(气温、湿度、降雨、阳光、冰雪以及有害气体等)的影响；贮存环境条件和长期贮存的的影响；此外，除静态破坏影响外，还要考虑摩擦升温、蠕变、成型收缩等引起的变形、应力松弛以及反复应变而引起的疲劳，高应变率引起的力学性能变化等等。另一方面是搬运、勤务处理或操作时，制品可能遭到外力作用，甚至是意外的外力作用的影响。充分考虑这些因素才能明确所要求的综合性能。

了解生产数量是为了从经济上考虑恰当的成型加工方法。比如所需数量是几个至几十个，就不必要制造模具，可直接用板材或棒材加工；需要数量是几百个左右时，可酌情采用简易模具或树脂-金属模、低熔点合金模等；当需要量更多时则应采用正规的模具成型。比如，设计的部件要急于使用，则考虑材料货源是主要的；如要设计宇航零件，则性能因素是最重要的；如设计通用产品，则应综合考虑性能和成本

选择恰当材料性能是很关键而又复杂的，因为零部件的某一功能常常包含几种性能，例如在尺寸稳定性的要求中除尺寸精度外，还要考虑线胀系数、模塑收缩率、吸水性、蠕变性等等。零件的强度和刚度，除了从材料性能上考虑以外，还要从制品结构设计上(如厚度和加强筋等)加以考虑。材料的成型工艺性、耐久性、经济性等也都是选材时应考虑的因素。有时候，某些使用要求不一定能明确对材料性能的定量要求，如电镀性往往要通过实际试验或已有的经验来筛选。又如塑料炮弹弹带，要求材料经受高速冲击、压缩、扭拧、剪切等复杂的外力作用和高速高温高压气流的影响，很难直接提出材料的定量性能要求，因此，除了通过力学计算外，还可通过模拟试验和探索试验来推算受力情况，提出粗略的性能要求。

塑料选材影响因素：

1、用途

用途主要是指制品应用域的归类，此外还包括制品的使用环境、受力类型和作用方

式、使用对象等等要素。

(1)使用环境

所谓使用环境是指材料或制品使用时经受周围环境的温度、湿度、介质等，特

别是温度和湿度的条件。根据用途的不同，温度条件可由南北极的低温到赤道或沙漠地区的

炎热气温，或者是宇航环境的高低温，甚至在火灾时的高温等；湿度条件从在水中长期或间

歇浸泡与露天雨淋到冬天的干燥状态(30％RH)；有的制品是在特殊气体中使用或者用于接触

化学液体或溶液的场合；此外，自然曝露状态下除了风、雨、雾等影响外还受太阳光的曝晒

等等。因此，必须考虑待用塑料对使用环境的适应能力。

(2)制品的受力类型和作用方式

根据制品的受力类型和受力状态及其对材料产生的应变来筛选能满足使用要求

的材料是很必要的。也就是说，要考虑上述各种环境下的外力作用是拉伸、压缩、弯曲、扭

曲、剪切、冲击或摩擦，或是几种力的组合作用。此外，还要考虑外力的作用方式是快速的

(短暂)或是恒应力或恒应变的，是反复应力还是渐增应力等等。

用于冲击负荷场合的制品，应选择冲击强度高的；用于恒定应力的场合而且必须防

止变形时，应选择蠕变小的材料；用于反应力作用的场合应选择疲劳强度比较高的材料；

(3)使用对象

使用对象是指使用塑料制品的国别、地区、民族和具体使用者的范围。例如。

国家不同，其标准规格也不同。如美国的电气部件用的塑料，为保证其对热和电气的安全性，

要求必须符合UL规格。另外，对色彩和图案及形状的要求也会因国家、民族的习惯和爱好

而不同，应选择合适的色彩和形状。使用者不同，如儿童、老年、妇女用品也各有不同的要

求在工业上使用也要考虑使用对象，而选择不同的材料。

塑料应用范围

(1)制造容器、外壳、盖、导管的塑料。

这类制品一般不要求承载很大负荷，但要求有良好甚至优良的冲击强度和硬度、良好的或适中的拉伸强度和尺寸稳定性，以及良好的外观和耐环境性，并要求材料的价格适中。对另有特殊性能要求的应专门考虑。如果采用金属制造时，一般是采用钢板、型钢、铸铝或冲切铝、轻合金或压铸金属。这些材料强度较高，刚硬度也好。但是，当遇到下列情况和要求时，采用塑料更为合适。

a．必须防止共振而且要求传声小；

b．要求有一定的弹性变形以防止由于偶然碰撞而引起的凹痕；

c．制品形状复杂，用金属加工工艺生产有困难；

d．制品不希望后加工；

e.要求制品整体电绝缘(或部分绝缘)和绝热，或整体着色或要求透明、半透明;

f.要求耐腐蚀和耐湿气，不生锈;

考虑以上的特点、比较适宜的材料见表(待补充)所示。有时，一种材料不能满足要求，往往需要塑料和其它材料复合，例如需要控制蠕变或挠曲变形或特别耐磨耗时，可把带螺纹的金属嵌件嵌入塑料件中，如果要求结构壳体能经受碰撞和粗用时，可考虑采用金属和塑料的复合板或在金属表面上复合塑料。

(2)低摩擦应用方面的塑料

这类应用要求的材料需具有低的摩擦系数甚至无润滑时摩擦系数也低，耐磨蚀性好，并具有适中至良好的形稳性、耐热性和耐腐蚀性。以往采用铜锑锡合金、青铜、铸铁、预润滑的木材、石墨等。但是，当遇到下列情况和要求时，采用塑料更为合适。

a．有腐蚀或磨耗；

b．加工时，润滑剂会污染产品；

c．组件必须在高于或低于普通润滑剂的适用温度下工作；

d．要求无保养操作；

e．用塑料可避免复杂的润滑体系；

f．迫切要求减重时；

g. 要求电绝缘；

h. 要求减弱声响、噪音；

I. 要求尽量减少擦伤和刻痕；

j．体系高负荷、低速运行会挤出普通润滑剂;

k. 滑粘性不适宜时。

根据上述要求，作为轴承减摩零件的合适塑料见表(待补充)所示。但是，当工作温度长期超过260℃或有很大的径向负荷、止推负荷时，或是需要连续高速运转，以及长期时间内要求轴的偏斜极小或要求轴的磨损先于轴承的磨损时，应考虑用其它材料。有时(尤其是遇到下列情况)可考虑用塑料和其它材料组合，如：a．需要尽快散发热量，b．要求蠕变极小；c.仅用塑料不能承受太高负荷，等等。

(3)用作重应力机械零件的材料(如齿轮、凸轮、齿条、联轴节、辊子等)

这类应用要求材料的机械强度高、尤其要求具有高的弯曲、拉伸和冲击强度，在升高温度时仍具有良好的耐疲劳性和稳定性，机械加工性良好，尺寸稳定、能模塑成型精密公差制品。以往是采用铸铁、钢、黄铜等，但是，当遇到下列情况和要求时，考虑用塑料更为合适。

a．迫切要求减重;

b．使用环境砂尘多，有磨蚀和腐蚀;

c．尽量减小声响或振动；

d．希望有综合效能。

根据上述要求，比较合适的塑料见表(有待补充)所示。但是，如果要求承受重负荷、工作温度高、以及迫切要求降低材料成本时。应考虑用其它材料。如果要求高耐冲击、耐弯曲而且要求成本低时，可以考虑采用塑料与其它材料(如金属)组成的结构复合材料。

(4)用作化工设备的塑料和耐热塑料

这类应用要求材料耐化学腐蚀、吸湿性小有的还要求耐高低温，具有一般到良好的机械强度。以往是采用不锈钢、钦、铌、和其它贵金属。但是当遇到下列情况和要求时，可考虑用塑料更为合适。

a．特别要求耐腐蚀，而不锈钢又不能满足要求；

b. 要求既耐腐蚀又耐磨损；

c．迫切要求降低成本或延长化工设备的使用寿命；

d．要求减少保养，便于维修；

e．要求绝热，隔热以及耐瞬时高温或烧蚀(为了选材方便，也可将耐热塑料另分一类) 根据上述的要求，比较合适的塑料见表(有待补充)。此外，还有不饱和聚酯玻璃钢用于大型手糊制品；酚醛或改性酚醛塑料用于耐高温、耐烧蚀、或既耐热又要求具有较高强度的制品。但是，如果要求的机械强度不高，工作温度长期超过290℃，而且在高低温变动范围很宽的情况下要求尺寸稳定性良好时，应

考虑新型复合材料或用其它材料。如果工作条件要求强度很高，而且要有极好的耐腐蚀性，或者要求在升高温度下极耐腐蚀，或者需要借助塑料在高温下慢慢烧蚀来保护金属免受损坏，则可考虑用塑料和其它材料组成的复合材料( 如石墨、耐热树脂与填料或石棉、碳纤、Si02纤维等组成的复合材料)。

(5)用作电气结构零件的塑料

这类应用要求材料在低至中频下电绝缘性优良，具有高的强度和抗冲击性能，良好的耐疲劳性和耐热性，在升高温度情况下，尺寸稳定性良好。以往是用陶瓷、玻璃或云母，但是，当遇到下列情况和要求时，考虑用塑料更为合适。

a．有冲击负荷；

b．迫切要求减重；

c．尺寸精度要求较严格，陶瓷、玻璃等无机绝缘材料加工达不到要求时；

d．要求制造形状复杂的导体-绝缘体组合成整体的制品或零件(如印刷电路、集流环组件、灌封或封嵌件等)。

(6)用作透光零件、透明板和模型的塑料这类透明或带色的半透明材料要求透光性良好，具有良好至优良的二次成型性和成型加工性，不易碎(耐冲击)、并有一般至良好的拉伸强度。过去大多数采用玻璃，但是玻璃存在一些缺点，特别是不能满足下列使用要求：

a.制品要求耐冲击、耐振动、不易击碎；

b.要求具有一定的可弯的性；

c.要求有更高的比强度；

d．材料必须是天然半透明而不应通过表面处理来达到半透明；

e．要求易于成型形状复杂的制品；等等。

塑料的要求的性能

聚合物材料在不同应用场合下，会经受各种外力和环境的综合作用。因此首先要详细了解使用条件及其对材料性能的要求，然后根据性能要求选材并进行设计。但是根据材料性能数据选材时，制品设计者应该注意，塑料和金属之间有明显的差别，对金属而言，其性能数据基本上可用于材料的筛选和制品设计，然而，粘弹性的塑料却不一样，各种测试标准和文献记载的聚合物性能数据是在许多特定条件下的，通常是短时期作用力或者指定温度或低应变速率下的"，这些条件可能与实际工作状态差别较大，尤其不适于预测塑料的使用强度和对升温的耐力，因此，所有的塑料选材都要把全部功能要求转换成与实际使用性能有关的工程性能，并根据要求的性能进行选材。通常根据性能选材的方法有：对塑料性能分项考虑、比较的选材；同时考虑多项性能综合评价的选材。

(1)对塑料性能分项考虑、比较的选材

①相对密度塑料基材的相对密度一般都在0.91(聚丙烯)到2.2(聚四氟乙烯)的范围内。但若制成泡沫塑料，相对密度就会减少到0.04或更低；填充无机材料或金属等材料能使相对密度达到3左右。塑料比金属的相对密度小(铝2.7，钢7.8)，这是塑料的优点之一。用它们来制造水上运输船舶和漂浮物,飞机和宇宙飞行器、导弹等就是利用这一优异特性以及其它性能。

列出各种工业材料和各种塑料的相对密度比较。

②色泽与透明度塑料有可能在很广的范围内着色，而且有的塑料表面有光泽，不需机械加工就能得到成型制品，这对简化工艺、降低成本是很有利的。此外，由于有些非结晶性的树脂是透明的，所以适于在光学上和装饰上应用。若使用填料掺混，则会失去透明性。对于层压塑料，可用表面有光泽的树脂制作塑料装饰板；还可在塑料表面组合金属箔和其它塑料膜或通过表面电镀、喷镀、蒸镀、表面陶瓷化和表面涂饰、改质等技术来获得各种用途的表面，改善表面性能。分别列出各种材料的折射率、透明塑料的光学性能以及各种塑料的光弹性常数；

③硬度

塑料的硬度比-般金属差得多，而且目前还没有一种能通用于金属和塑料的硬度测定计，所以不能作定量比较。一些材料的硬度的近似比较。尽管塑料表面比金属软，但对于许多方面的应用，塑料的耐磨损性还是令人满意的，例如热固性的三聚氰胺甲醛树脂和酚醛树脂层压板可用作桌面，俞者的棉纤维增强塑料可用作轴承滚珠等。为了进一步提高塑料的表面硬度和耐磨性，以适应某些应用如光学材料和制品的需要，可以通过表面处理和改性技术，如有机与无机的表面涂层或表面镀层，表面陶瓷化等，其表面性能将会大大改善。

④机械性能

因为塑料与金属的特性不同，设计受力的塑料零部件时，必须考虑塑料的特点，并认真进行结构设计和合理选材。一般塑料的特点是：

a．塑料受热膨胀，线胀系数比金属大很多；

b．一般塑料的刚度比金属低一数量级；

c．塑料的力学性能在长时间受热下会明显下降；

d．一般塑料在常温下和低于其屈服强度的应力下长期受力，会出现永久形变；

e．塑料对缺口损坏很敏感;

f．塑料的力学性能通常比金属低的多,但有的复合材料的比强度和比模量高于金属,如果制品设计合理,会更能发挥起优越性;

g．一般增强塑料力学性能是各项异性的;

h．有些塑料会吸湿,并引起尺寸和性能变化;

i．有些塑料是可燃的;

j．塑料的疲劳数据目前还很少,需根据使用要求加以考虑.

塑料药品，主要是用于医药储要。它必须符合易加工也要有一定的防腐蚀和防进水的性能，

同时最主要的是它必须使用无毒的材料才可以保证药品的安全性。也需要有一定的柔韧性便

于运输也可以防止在运输过程中发生意外而造成的损失。

塑料管，塑料输气管主要应用于家用液化气煤气管道与家电的输送。塑料输气管在塑料里面加入了一些橡胶绳所以其柔韧性和抗拉性比较又有可是也导致了塑料塑料输气管的抗弯折性减低。管道的用途决定了管道必须是要用非常好的气密性以防止有毒气体的泄露。由于管

道又是可能会接触到热源所以塑料管道还有一定的抗高温性。

求。还有就是易于染色，做出不同风格的椅子。

塑料机械零件，塑料机械零件是使用在机械中的重要零件。虽然塑料机械零件使用性能可能没有金属零件要求高但是也可以满足使用要求，也已价格低，易加工而广泛使用在大型机械中。塑料零件在使用时需要用很高的看压抗变形的能力，在机械摩擦发热的过程中需要有耐高温的特点，由于机械使用过程中需要润滑的作用所以也需要选在具有润滑的塑料进行加

工。这些就是机械塑料零件需要的性能要求。

塑料袋，塑料袋主要是用以短时间短路程的食物物品的运输和储存过程中。塑料袋加工方便成本低，所以也曾经形成一次严重白色垃圾污染。所以现在的塑料在选择的过程中不当需要符合经济的要求也需要选择可降解的塑料以减低对环境的污染。塑料袋很多时候也是用于食

品的运输和储存所以塑料袋应该选择无毒的塑料制成。也需要有一定的抗拉和封闭性。