塑料材料類

   在設(shè)計(jì)一種塑料產(chǎn)品時(shí)，有許多材料和性能可供設(shè)計(jì)者選擇，并以決定產(chǎn)品的性質(zhì)。在選擇過程中，相關(guān)的性能參數(shù)無疑具有決定性的意義。我們將先介紹常用的塑料的性能名詞，然后再梳理一下當(dāng)前常見的塑料材料。

同質(zhì)性

同質(zhì)性指材料所有部位的性能均勻。
注意
未填充的熱塑性塑料和熱固性塑料都有相當(dāng)均勻的物理性能分布。
設(shè)計(jì)注塑產(chǎn)品的截面厚度要均勻，以保證在充模過程中有均勻的應(yīng)力，減少產(chǎn)品在冷卻過程中形成孔隙的可能性。
澆口的位置和制品的收縮率對(duì)在流動(dòng)方向和垂直于流動(dòng)方向上的物理性能都有不同的影響。

異質(zhì)性

異質(zhì)性指材料的一部分和另一部分或同一部分的不同方向上物理性能值不同，性能不均勻。

注意
塑料的異質(zhì)性行為的強(qiáng)弱取決于在填充模具模腔時(shí)流體的流動(dòng)方式。
玻璃纖維增強(qiáng)制品和非常精細(xì)的礦物填料增強(qiáng)的塑料都是異質(zhì)性的。
對(duì)稱的增強(qiáng)材料和填料，如玻璃球、云母和非常細(xì)的礦物，在所有方向上性能更加均勻并且有相同的收縮量。
增強(qiáng)的塑料在橫向上較流動(dòng)方向上有更大的收縮率。

各向異性

各向異性的材料在所有方向上具有不同的物理性能值。
提示
擠出的薄膜和片材在卷取方向上與橫向上性能有所不同，雙軸取向的薄膜可以減弱其各向異性。可以通過取向而提高制品的強(qiáng)度。

密度

密度是材料單位體積的重量，通常用g/cm3表示。

注意
注塑過程中，可把零件的重量變換為密度，用于檢查每模成型產(chǎn)品的質(zhì)量，或者評(píng)估制品注塑過程模與模之間的均勻性。
零件重量可以用作質(zhì)量和過程控制的檢測點(diǎn)。

彈性

彈性是用來描述材料受力變形后恢復(fù)到原來形狀和尺寸的能力。

注意
塑料在較低的拉伸強(qiáng)度（≦1%）下呈現(xiàn)出一定的彈性。
彈性取決于樹脂和添加劑的多少和類型。
橡膠和熱塑性彈性體在較寬的溫度范圍內(nèi)（50-180F）有較好的彈性。

塑性

塑料材料在受力還未達(dá)到破壞之前，釋放力后不能恢復(fù)到原來的形狀的性能稱為塑性，但這并不是指材料的流動(dòng)和蠕變。

注意
增強(qiáng)和填充的樹脂有較低的塑性，在低應(yīng)力下就會(huì)斷裂。
隨溫度的升高，熱塑性塑料會(huì)有更好的塑性。
在低溫下塑料有較低的塑性而變得很脆。
伸長率是一個(gè)測量塑性的很好的方法。

熱固性塑料，特別是酚醛樹脂，塑性非常低。

沖壓成型

根據(jù)材料的塑性，沖壓成型可以使材料在集中的高壓下流動(dòng)。

注意
沖壓成型可以使材料的分子取向，在沖壓成型的區(qū)域增加柔性和撕裂強(qiáng)度。
半結(jié)晶和結(jié)晶的樹脂經(jīng)常被沖壓成型以制成零件的鉸鏈。
塑性材料如ABS、PVC和其他無定形樹脂也可沖壓成型，但它們的柔性和撕裂強(qiáng)度通常較工程樹脂低。

應(yīng)力發(fā)白效應(yīng)

由于塑料產(chǎn)品的局部受力過大容易產(chǎn)生應(yīng)力發(fā)白，在沒有形變的條件下彎曲至超出其屈服點(diǎn)或其他不導(dǎo)致其變形的方法也會(huì)產(chǎn)生該效應(yīng)。

注意
可以利用應(yīng)力發(fā)白來分析一種產(chǎn)品是否失效或可能失效。

延展性

具有延展性的材料可以被拉伸、卷曲或在不破壞其物理性能整體性的情況下伸展成另一種形狀。延展性是指材料被拉伸后的性能，通常為受熱后改變材料形變的速度。

注意
注塑和擠出成型的產(chǎn)品利用其延展性可以在其仍然很熱的情況下與其他零件裝配或改性產(chǎn)品。如擠出的高硬度高填充PVC管，在成型管材之后，就在一端通過機(jī)械擴(kuò)張出一個(gè)連接用擴(kuò)張口。

韌性

韌性是材料在不發(fā)生失效的情況下，吸收物理能量的能力。

注意
通常韌性材料具有高的伸長率，脆性材料具有低的伸長率。
PE、PP、未填充的PVC和尼龍等具有較高的拉伸伸長率。

落錘沖擊

這是一種快速劇烈的沖擊測試方法，是在一個(gè)模塑成型的特定厚度的圓片上完成。

注意
這是一種評(píng)估材料韌性的方法，但并不能測試所有材料。

簡支梁和懸臂梁沖擊強(qiáng)度

簡支梁和懸臂梁沖擊強(qiáng)度測試是測量材料在一個(gè)模塑成型或機(jī)加工的試樣上有缺口和無缺口的樣條吸收沖擊能量的能力。

張力沖擊

張力沖擊是測定塑料材料在受力狀態(tài)下突然受到?jīng)_擊后的韌性，測試裝置類似于懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測試儀器。張力沖擊試驗(yàn)檢驗(yàn)材料的沖擊撕裂強(qiáng)度，樣品可以是方形、圓形或啞鈴形測試樣條。

注意
許多工程師認(rèn)為張力沖擊與簡支梁和懸臂梁沖擊測試相比更能代表材料在實(shí)際中的韌性。
具有高分子量或經(jīng)過沖擊改性劑改性的熱塑性塑料具有好的張力沖擊韌性。
玻璃纖維增強(qiáng)材料具有比預(yù)期較高的沖擊強(qiáng)度。
熱塑性塑料本身具有比熱固性塑料更好的韌性。

脆性

脆性是表示樹脂沒有韌性和延展性，具有低的伸長率的性能。

注意
熱固性塑料，特別是酚醛類塑料，如果沒有經(jīng)過能吸收能量的添加劑和填充劑改性的話，便會(huì)顯示出脆性。
許多填充和纖維增強(qiáng)性樹脂有良好的高張力強(qiáng)度，但是拉伸伸長率卻很低，在較高應(yīng)力下會(huì)突然破壞。
影響材料脆性的因素有分子量和改性劑如增塑劑、炭黑、填充劑、橡膠和增強(qiáng)材料等。
許多基材樹脂本身堅(jiān)韌而沒有脆性，如PE、PP、PET、尼龍、聚甲醛和PC。

缺口靈敏度

缺口靈敏度是描述裂紋沿著材料蔓延的容易程度的術(shù)語。

注意
高伸長率的樹脂有較好的抑制缺口的能力，缺口靈敏度在材料的數(shù)據(jù)表上以缺口懸臂梁沖擊強(qiáng)度數(shù)據(jù)列出。

潤滑性

熱塑性塑料具有自潤滑性，表示材料在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)承受載荷的特性。

注意
潤滑性較好的塑料在運(yùn)動(dòng)和靜止測試中都具有較小的摩擦系數(shù)。

磨損和摩擦

當(dāng)零件、齒輪、軸承、滑輪等的接觸表面和其他組件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就需要認(rèn)真地選擇材料以降低磨損。

注意
材料供應(yīng)商通常會(huì)提供樹脂在應(yīng)用于不同的配合材料和表面拋光時(shí)的磨損和摩擦信息。
為了降低零件在運(yùn)動(dòng)時(shí)的接觸磨損，經(jīng)常使用不相似的材料。性能相似的材料之間在高摩擦速率時(shí)經(jīng)常比不同材料間產(chǎn)生的磨損高。
一般來說，纖維增強(qiáng)塑料較無纖維增強(qiáng)材料有較大的磨損。
尼龍具有天然的潤滑性能夠在負(fù)荷情況下形變而沒有磨損。
塑料不遵從經(jīng)典的摩擦定律。
在選擇材料作磨損應(yīng)用前，要決定所有在zui終應(yīng)用環(huán)境中的因素。

收縮

熱塑性塑料加熱后會(huì)變成流體并且膨脹，冷卻時(shí)會(huì)從初始的熔融狀態(tài)固化并收縮，這種從液態(tài)到固態(tài)并伴隨體積和密度的變化稱為材料或模具收縮率。

注意
供應(yīng)商通常提供的收縮率是在*注塑條件下測得的收縮率。該數(shù)值是平均值并且根據(jù)注塑條件和方向會(huì)有變化。
無定形樹脂較結(jié)晶和工程樹脂收縮率要小。
注塑過程中，在橫向及與流動(dòng)方向成90°角的方向上收縮稍高一些。
如果截面厚度增加，模具和材料收縮量就會(huì)增加，甚至在與流動(dòng)方向垂直的橫向上收縮會(huì)更高。
模具設(shè)計(jì)者必須通過模腔內(nèi)的尺寸來調(diào)整那些不能由模具控制的尺寸。必須根據(jù)截面厚度調(diào)整每種材料的收縮率、澆口在零件上的位置，材料充模的位置。注塑條件如熔化溫度、模具溫度、注射溫度和壓力在生產(chǎn)過程中也有助于控制收縮量。