材料工艺学（第四章）ppt课件.ppt

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1、材料工艺学,第四章,2,第四章 合成高分子材料与工艺,41 塑料概述 42 产品设计中常用的塑料 43 塑料的成型 44 塑料制件的工艺设计,3,第四章 合成高分子材料与工艺,41 塑料概述 所谓塑料、其实是合成树脂中的一种，形状跟天然树脂中的松树脂相似，但因经过化学的方法合成，而被称之为塑料。根据美国材料试验协会所下的定义，塑料是一种以高分子量有机物质为主要成分的材料，它在加工完成时呈现固态形状，在制造以及加工过程中，可以通过流动来造型。一、它是高分子有机化合物二、它可以多种形态存在，例如液体、固体、胶体溶液等三、种类繁多，由不同的单体可组成不同的塑料四、用途广泛产品呈多样化五、具有不同的性

2、质六、可以用不同的加工方法,4,第四章 合成高分子材料与工艺,4.1.1 塑料的组成及分类 塑料是由许多较小而结构简单的小分子，由共价键组合而成。1.塑料的组成 根据塑料的组成不同，可分简单组分和复杂组分两类。简单组分塑料基本上由一种物质（树脂）组成，如聚四氟乙烯等。也有仅加入少量色料，润滑剂等辅助物质，如聚苯乙烯，有机玻璃等；复杂组分的塑料则由多种组分组成，除树脂外，还加入各种添加剂。属于此类的有酚醛塑料，环氧塑料等。塑料由树脂、填充剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、固化剂、稳定剂、阻燃剂等组成。,5,第四章 合成高分子材料与工艺,l）树脂 树脂是塑料的主要成分，一般约占塑料全部组成的40100。

3、它是塑料中能起粘结作用的部分，也叫粘料，并使其具有成型性能。树脂的种类、性质以及它在塑料中占有的比例大小，对于塑料的性能起着决定性的作用。树脂有天然树脂和合成树脂两大类。天然树脂就是在自然界中存在着的一类由动植物分泌的有机物质，如松香、虫胶等。这些天然产物的共同点是没有固定的熔点，受热后可逐渐软化，不溶于水，但能溶于某些有机溶剂（如醇、醚）之中。合成树脂就是用人工合成的方法，将低分子的有机化合物（一般从石油、天然气、煤或农副产品中提炼出的物质）作原料，经过化学合成而制造出与天然树脂某些性能相似的树脂状产物。如聚乙烯，聚碳酸酯、酚醛树脂等。合成树脂是现代塑料的基本原料。,6,第四章 合成高分子材

4、料与工艺,2）填充剂 填充剂又称填料，在许多塑料中约占2060。加入填料的主要目的是弥补树脂某些性能的不足，以改善塑料的性能，降低塑料的成本。正确选用填料，可以使塑料具有树脂所没有的新性能，从而扩大它的使用范围。例如：加入铝粉可提高光反射能力及防止老化；加入石棉粉可提高耐热性；加入云母粉可改善电性能；加人二硫化钼可提高自润滑性。对填料的要求：易被树脂润湿，与树脂有很好的粘附性，本身性质稳定，价格便宜，来源丰富等。填料的种类很多，按其形状可分为：粉状填料，如木粉、云母粉、石英粉、石墨粉、炭黑、各种金属粉（铁粉、钢粉、铝粉）及金属氧化粉（氧化铝、氧化钛、二氧化硅）等；纤维状填料，如棉纤维、合成纤维

5、、石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维等；片状填料，如木片、麻布、玻璃布等。,7,第四章 合成高分子材料与工艺,3）增塑剂 增塑剂是用来提高树脂可塑性与柔软性的一种添加剂。增塑剂的作用主要是有利于塑料产品的成型。因此，增塑剂的加入，能降低塑料的软化温度和硬度，提高塑料的韧性。增塑剂的要求：与树脂有较好的相溶性；挥发性小；无毒、无味、无色；对光和热比较稳定。常用的增塑剂是液态或低熔点固体有机化合物，其中主要有邻苯二甲酸酯类、癸二酸酯类和氧化石腊等。增塑剂的用量一般不超过20。4）润滑剂 它是塑料在成型加工过程中为防止粘模而采用的一种添加剂。润滑剂可使塑料制品的表面美观光亮。常用的润滑剂有硬脂酸及其盐类，一

6、般用量较少，常为0.51.5。,8,第四章 合成高分子材料与工艺,5）着色剂 在塑料中有时可以用有机染料或无机颜料着色，使塑料制品具有美丽的色彩，以适应使用上的要求。一般要求染料性质稳定、不易变色、着色力强、色泽鲜艳、耐温、耐光性好、不与其他成分（如增塑剂、稳定剂等）起化学反应、与树脂有很好的相溶性。6）固化剂 一般热固性树脂成型时，由线型结构转变为体型结构的过程中，所加入的某种物质，叫固化剂。作用是使树脂具有体型网状结构，成为较坚硬和稳定的塑料制品。例如在酚醛树脂中加入六亚甲基四胺，在环氧树脂中加入已二胺、顺丁酸酐等。固化剂的种类很多，采用哪一种固化剂，视塑料品种及加工条件而定。,9,第四章

7、 合成高分子材料与工艺,7）稳定剂 为防止某些塑料在光、热或其他条件下过早老化，延长制品的使用寿命所加入的少量物质称为稳定剂。一般稳定剂的用量为千分之几。稳定剂的要求：能耐水、耐油、耐化学药品，并与树脂相溶，在成型过程中不分解。稳定剂有抗氧化剂和紫外线吸收剂等。一般抗氧剂为酚类及胺类等有机物，常用的炭黑为紫外线吸收剂。8）阻燃剂 阻燃剂的作用是遏止燃烧或造成自熄。比较成熟的阻燃剂有氧化锑等无机物或磷酸酯类和含溴化合物等有机物。塑料的添加剂除上述几种外，还有抗静电剂、发泡剂、溶剂和稀释剂等。加入银、铜等粉末则得到导电塑料；加入磁粉可制成导磁塑料等。,10,第四章 合成高分子材料与工艺,2.塑料的

8、分类 常用的塑料分类方法主要有如下两种：按树脂受热时的行为分类，分为热塑性塑料和热固性塑料两种。1）热塑性塑料 为线型分子结构，受热软化，冷却变硬，再受热又可软化，即可运用加热及冷却，使其产生可逆变化(液态固态)，是所谓的物理变化。典型的有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜等。优点是加工成型简便，具有较高的机械性能。2）热固性塑料 指的是加热后，使分子构造结合成网状型态，一旦结合成网状聚合体，即使再加热也不会软化，显示出所谓的非可逆变化，是分子构造发生变化(化学变化)所致。常用的热固性塑料有酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯树脂和有机硅树脂等。,11,第四章 合成高

9、分子材料与工艺,根据塑料的使用范围可分为工程塑料和通用塑料两类。l）通用塑料 主要指产量大、用途广、成本低的一类塑料，常用的通用塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚醛塑料等。2）工程塑料 常指在工程技术中作结构、外观材料的塑料。聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚砜、ABS、聚四氯乙烯等。工程用途的塑料，能适用于结构及机器零件，能代替金属材料。一般而言，一般工程塑料耐热大于100，高性能工程塑料耐热大于150,12,13,第四章 合成高分子材料与工艺,4.1.2 塑料的一般特性 塑料的品种规格繁多，不同品种规格的塑料具有不同的物理、化学、机械性能。l.质轻和强度高 一般塑料的密度在0.92.3

10、gcm3 范围，最轻的比水还轻，它的密度约为钢的16，铝的12。例如聚乙烯的密度为0.290.97 gcm3，聚丙烯的密度为0.90.91gcm3，都比水轻。质轻对于减轻机械设备的重量是非常有利的。由于质轻，按材料单位重量计算的强度即比强度（强度比重）较高。,14,第四章 合成高分子材料与工艺,2.化学稳定性好 塑料有较好的化学稳定性，对酸碱等化学药物具有良好的抗腐蚀性能。例如，聚四氟乙烯能耐各种酸碱的侵蚀，甚至在能溶解黄金的“王水”中煮沸，它也不受影响。塑料的化学稳定性是指塑料受化学介质腐蚀的程度和快慢。这除了与介质种类有关外，还与介质的温度、压力、制品内残存的内应力、孔隙等因素有关。3优异

11、的电气绝缘性能 几乎所有的塑料都具有优越的电绝缘、极小的介质损耗以及优良的耐电弧特性，它可以与陶瓷、橡胶等绝缘材料相媲美，它在电器、电机、无线电和电子工业上具有独特的意义。,15,第四章 合成高分子材料与工艺,4优良的耐磨性、减磨性和自润滑性 塑料的硬度比金属低，但是塑料的磨擦、磨损性能却远远优于金属。塑料的磨擦系数是比较低的，同时有许多塑料，如聚四氟乙烯、尼龙等本身就具有润滑性。因此，它是制造轴承、凸轮、活塞环和密封圈等在腐蚀性介质中，或者在少油、无油润滑条件下有效地运转工作等零件的材料。5良好的消声性和吸震性 采用塑料制成的传动磨擦零件，可以减少噪音，降低振动，提高运转速度。例如用塑料齿轮

12、可平稳无声地运转就是一个很显著的例子。,16,第四章 合成高分子材料与工艺,6独特的造型工艺性 工程塑料成型方便，易制作形状复杂的零件，因而产品的造型设计不受形状和线型的约束，可以比较自由地表达工业设计师构思，产品的造型可尽量做到整体化，使其更简洁。7优美舒适的质感 工程塑料硬而有舒适感，具有适当的弹性和柔度，给人以柔和、亲切、安全的触觉质感，工程塑料表面美观、光滑、纯净，容易整体着色，色彩艳丽，外观保持性好，还可以模拟出其他材料的天然质地美，它大量地用作外观装饰材料。,17,第四章 合成高分子材料与工艺,塑料材料的缺点和不足：强度和硬度不及金属材料高 耐热、导热性差 蠕变性和涨缩变形大 易老

13、化,18,第四章 合成高分子材料与工艺,在使用塑料时，必须注意考虑以下几个问题：（1）塑料的力学性质随外部条件而改变 塑料的力学性质随外部条件（如温度、应力状态、时间、形状等）而变化的特点，注意安全和合理选用。抗拉强度一般是指在室温和短时间内拉伸的测定值，即使在很低的负荷下，只要长时间保持负荷，塑料制品也会慢慢地产生变形、伸长，以致逐渐破坏，这种现象称为“蠕变”。使用温度越高越需注意。一般情况下只使用其抗拉强度值1/3。在连续承受交变负荷的使用场合，即使材料处于低应力状态，也容易发热。在受冲击时，塑料外表上有缺口的部件比无缺口的部件更容易折断，而且随缺口程度的增加该性质越显著。,19,第四章

14、合成高分子材料与工艺,另外，在高温具有氧化分解倾向的塑料中，含有较多的耐热、耐氧化稳定剂。一般高融点、高粘度以及结晶化程度高的塑料，在注意高温分解的同时，还必须注意随塑料在金属模具内的成型而引起的内部变形。还有一些别的因素。如温度、分子的排列状态，晶体排列的各向异性以及晶粒大小等，这些均会引起各向异性收缩。所有这些现象都是塑料制品产生龟裂的原因。,20,第四章 合成高分子材料与工艺,（2）塑料的老化问题 塑料制品在使用过程中，由于受到氧、热、紫外光线、机械力、水蒸气以及微生物等因素的作用，逐渐失去弹性，出现龟裂、变硬变脆或发粘软化、失去光泽或变色，物理、机械性能变差等现象，这种现象称为塑料的老

15、化。,21,第四章 合成高分子材料与工艺,塑料的老化过程是一个复杂的化学变化过程，分子结构的变化是引起老化的根本原因，即塑料在上述种种因素作用下，逐渐产生大分子裂解或交联，因而引起老化。裂解是大分子发生断链或裂解过程，使分子量降低，碎断为许多小分子，或分解成单体，但不改其变化学组成，是聚合反应的逆过程又称降解。裂解使工程塑料的机械强度、弹性、熔点、溶解度、粘度等降低。交联反应，使分子链之间生成化学键而形成网状结构，使塑料失去弹性、变硬、变脆、出现龟裂而导致老化。改进塑料的抗老化能力：表面防护、改进塑料结构、加入防老化剂等三方面采取措施。,22,第四章 合成高分子材料与工艺,（3）塑料的耐腐蚀问

16、题 塑料在自然界中放置时，与金属不同，它不生锈，无外观变化。但完全抗强酸，强碱，无机化学药品、有机化学药品、溶剂类腐蚀的塑料仍然很少。从被腐蚀的特点看，工程塑料一般重量增加，体积膨胀、强度下降。（4）塑料的带电问题 塑料有摩擦带电的现象，特别在干燥的环境，更是如此。塑料制品易吸附尘埃，在工业中所使用的塑料管道，在高速输送油类及粉体时，由于带电造成火灾。如在塑料中加入各种带电防止剂，则塑料在成型时热稳定性下降，透明度和表面耐磨性也能下降。,23,第四章 合成高分子材料与工艺,413 塑料在产品设计中的应用 目前，塑料已在工业产品材料中占据重要地位，在产品设计中工程塑料的应用越来越广泛。,K499

17、9 类型：可堆积的儿童椅子 设计师：马可扎奴索，里查德萨帕 制造：Kartell 设计：1959,聚丙烯的技术工艺启发了设计方案，由此诞生了一把可以拆卸、堆积和容易使用的椅子：它仿佛一个模块，可以在空间中组合和重叠，K999因而也变成了一种游戏以及孩子们造房子的一个元件。,BLOW 类型：充气扶手椅 设计师：J.德帕斯，D.杜尔比诺，P.罗马兹 制造：Zanotta 设计：1967,沙发重、结实、耐用，而Blow名副其实地把它变成了动态的东西：轻、经济、容易移动、可压缩得极小。它的形状具有波普口味。,VALENTINE 类型：便携式打字机 设计师：埃多莱索特萨斯，贝利金 制造：Olivetti

18、 设计：1968,Valentine保留了动力学机械原理，但完全更新了机身，它抛弃了以往打字机铝壳，而采用ABS，加上两个转动墨带的黄色旋钮和一个提手。键盘与其他部分分开，强调红黑配色。它的盒子也是红色的ABS，能避免受到撞击。,TUBE CHAIR 类型：组合座位 设计师：乔科隆波 制造：Flexform 设计：1969,不同直径的同心圆柱，盖着一层色彩亮丽的松紧布料，它们可以很容易地重新进行组合，获得不同的方案：高椅子、矮椅子、长椅子、沙发、轻便躺椅、长沙发。它们的形状干净、纯粹和好玩，但也相当合理和舒适。,SERIE IMPRONTA 类型：热造型小背包 设计师：马基奥哈素克 制造：MH

19、 Way 设计：1985,Serie Impronta（印迹系列）的款式是不规则四边形，曾获得1985年的ADI和SMAU奖，它由非常轻的半硬的两半外壳组成，用拉链连接，其中的一面象刻痕一样压有公司标志MH。,543 BROADWAY 类型：椅子 设计师：贾埃塔诺贝谢 制造：Bernini 设计：1993,532 Broadway（百老汇）是这样的：在休息状态、即无人坐在上面时，它给人的感觉相对比较稳定，当有人坐在上面时，它就马上会摇动、波动、晃动，这是因为它的脚是弹簧，它们插在黑尼龙脚垫中。,30,第四章 合成高分子材料与工艺,42 产品设计中常用的塑料,聚碳酸酯（PC）聚酰胺（PA）聚甲醛

20、（POM）聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET）氟塑料聚砜（PSF）,酚醛树脂（PF）氨基塑料（UF、MF）环氧塑料（EP）聚氨酯（PU）聚酯树脂有机硅（SI）,ABS塑料聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）聚氯乙烯（PVC）聚苯乙烯（PS）有机玻璃（PMMA）,31,第四章 合成高分子材料与工艺,421 通用塑料 1、ABS塑料(1)ABS概述 ABS塑料是以丙烯腈A一丁二烯B一苯乙烯S三种单体组成的三元共聚物。丙烯腈提供耐热及抗化性，丁二烯提供韧性及耐冲击性，苯乙烯提供刚性及加工性。ABS塑料具有耐热、表面硬度高、尺寸稳定、耐化学性能及电性能良好、易于成型和机械加工等特点。此外，电镀效果较好。(2)ABS

21、的性能 1）物理性能 ABS塑料的外观为浅象牙色，不透明，有很好的着色性，能制成各种色彩高度光泽效果的产品，并且无毒无味、不透水、略透水蒸气、吸水率低、不易燃烧。2）机械性能 有较好的抗蠕变性能和耐磨性。有良好的电气绝缘性。,32,第四章 合成高分子材料与工艺,(3)ABS的用途 由于ABS塑料具有良好的综合性能，在制造工业广泛地得到应用：在机械工业方面用来制造齿轮、轴承、把手、管道、机器外壳等。在电气工业方面主要利用其具有良好的电绝缘性能，可做电讯器材和电动机器等方面的造型材料。ABS塑料具有耐冷冻剂的腐蚀性能，耐低温，适合于制造冷冻机、冷冻汽车、电冰箱、冷藏库上的许多部件和制品，如电冰箱、

22、冷冻汽车的门、壁板、衬里等。在汽车工业方面可用ABS塑料制作方向盘、手柄、仪表盘等。在航空工业方面，用ABS塑料做机舱的花纹装饰板、仪表盘、机罩等。家电产品，电视机、吸尘器、电吹风等。,33,第四章 合成高分子材料与工艺,ABS塑料按用途分为通用级、阻燃级、耐热级、电镀级、透明级、结构发泡级和改性ABS等。通用级用于制造齿轮、轴承、把手、机器外壳和部件、各种仪表、计算机、收录机、电视机、电话等外壳和玩具等；阻燃级用于制造电子部件，如计算机终端、机器外壳和各种家用电器产品；结构发泡级用于制造电子装置的罩壳等；耐热级用于制造动力装置中自动化仪表和电动机外壳；电镀级用于制造汽车部件、各种旋纽、铭牌、

23、装饰件和日用品等；透明级用于制造刻度盘、冰箱内食品盘。,34,设计者：劳尔巴别利 一个清洁、小巧、有亲和力的产品。它分为三个部分：最大的是废料桶，小的是生态桶，可以放在大桶的里面。使用了不透明的ABS塑料，内壁经过了抛光处理，光滑的表面更加易于清理。,35,ABS电脑键盘托架,36,沃克斯99迷你钉书机材料：ABS塑料这个产品的组装和拆装都不需任何工具，而且可以容易分离和回收利用,37,第四章 合成高分子材料与工艺,2聚乙烯（PE）性质：白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻、易燃。优点：1、柔软、无毒 2、易染色 3、耐冲击(-40C90C)4、耐湿性 5、耐化学性 缺点：1、不易挤出 2、热膨

24、胀系数高 3、不易粘合 4、耐温性差 5、机械强度不高 用途：玩具、家用电器、电缆绝缘护套、薄膜、容器等。,38,PE吹膜机组,39,PE地膜,40,用收缩薄膜包装商品,41,卷筒收缩薄膜,42,用于保温的PE发泡材料,43,用于包装的PE发泡材料,44,第四章 合成高分子材料与工艺,3聚丙烯（PP）性质：通常为白色、易燃的蜡状物，比聚乙烯透明，是常用塑料中最轻的一种。优点：1、易染色 2、耐湿性 3、耐化学性 4、高铰链特性 5、耐冲击性 缺点：1、复杂形状不易挤出 2、易被紫外线分解 3、不易接合 4、易氧化 用途：水管、海上绳缆、电线防护材料、容器、文具、牙膏嘴，汽车保险杠、仪表板、铰链

25、。,45,PP片材,46,装在盒子里的灯采用聚丙烯片材和标准的照明设备设计，可由使用者自己动手组装,47,设计者：琼-玛丽马绍德（法国）该设计采用的材料是半透明的聚丙烯，表面经过了磨砂处理，在光线下给人一种非常柔和的感觉，令人爱不释手。另外，这两个瓶子是通过内嵌的不锈钢和磁铁连成一体的,48,第四章 合成高分子材料与工艺,4聚氯乙烯（PVC）性质：聚氯乙烯为白色粉末，聚氯乙烯着色容易。未加增塑剂前，PVC是一种坚硬的塑料，耐湿性佳，但亦被酮类、酯类溶剂分解。优点：1、尺寸稳定性 2、低成本 3、耐候性 4、加不同比例之增塑剂，可轻易调整软硬度 缺点：1、耐化学性差 2、耐温性差 3、容易被阳光

26、脆化 4、热分解会产生氯化氢，无法回收再利用 用途：薄板、薄膜、容器、人造皮革、地板材料、收缩膜、管材、玩具 PVC替代材料，PET聚对苯二甲酸乙二醇脂俗称涤纶(的确凉),49,各种PVC制品,50,设计者：奥利维尔佩里科特（法国）将磨砂的聚氯乙烯片热封到整张帘子上，形成了126个正方形的口袋，可以放进各种平的、薄的东西，比如信签、明信片、CD等等。经过磨砂的塑料有一种朦胧感，同时也可以作为房间的隔断来使用。,51,PVC挤出成型门窗构件,52,PVC门窗结构,53,PVC管道系统接头,54,第四章 合成高分子材料与工艺,5聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯是应用极广的热塑性塑料之一。聚苯乙烯表面有光泽

27、、无味、无毒、易着色，相对密度小，在常温下是透明的坚硬固体，导热率小，受温度变化的影响不显著，因此可作为良好的冷冻绝缘材料。性质：非晶体聚合物，成型后收缩率小于0.6，低密度特性使产量大于一般塑料20%-30%优点：1、成本低 2、透明可染色 3、尺寸稳定特性 4、高刚性 缺点：1、碎裂性高 2、抗溶剂性差 3、耐温差 用途：文具、玩具、电气用品外壳、餐具、衣架、一次性杯子 汽车灯罩，发泡处理后可制成泡沫塑料。,55,透明的塑料显示器外壳,56,第四章 合成高分子材料与工艺,6.有机玻璃（PMMA）有机玻璃的化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯，由于其透光性很好，可和普通硅酸盐无机玻璃比拟，故俗称之为有

28、机玻璃（亚克力）。性质:高的透光性，可透过90以上的太阳光，重量轻，机械强度高，具有一定的耐热性。优点：1、高透光性 2、比强度高 3、耐老化 4、染色性（彩色亚克力）缺点：1、质较脆、易开裂 2、表面硬度低、易擦毛和划伤 3、价格也较高。用途:透明装饰材料、灯罩、挡风玻璃、仪器表壳、文具和生 活用品等。,57,有机玻璃,58,香港会展中心模型,59,第四章 合成高分子材料与工艺,422 工程塑料 1.聚碳酸酯（PC）性质：聚碳酸酯为非结晶热塑性塑料，透明、呈轻微淡黄色。优点：1、具高强度及弹性系数、高冲击强度、使用温度范围广 2、高度透明性及自由染色性 3、耐疲劳性 4、耐候性 5、电气特性

29、 6、无味无毒对人体无害符合卫生安全 7、成形收缩率低、尺寸稳定性良好 缺点：成形品设计不良易产生内部应力问题 用途：电子电器：CD片、开关、家电外壳、电话机、电脑壳体、手机壳体 汽车：保险杠、分电盘、安全玻璃 工业零件：照相机本体、机具外壳、安全帽、潜水镜、安全镜片,60,聚碳酸酯板材,61,聚碳酸酯公路隔音墙,62,德国科隆火车站月台,63,聚碳酸酯板材建筑,64,第四章 合成高分子材料与工艺,2聚酰胺（PA）聚酰胺属热塑性塑料，在商业上称为尼龙或锦纶。优点：1、高抗张强度 2、耐韧、耐冲击性特优 3、自润滑性、耐磨性佳、耐药品性 4、低温特性好 5、具自熄性 缺点：尼龙吸湿性高、长期尺寸

30、精密度受影响。用途：电子电器：连接器、卷线轴、计时器、开关壳座 汽车：散热风扇、门把、油箱盖、进气隔柵、水箱护盖 灯座 工业零件：椅座、自行车轮框、溜冰鞋底座、踏板、滑轮,65,新型牙刷材料：尼龙刷毛,66,第四章 合成高分子材料与工艺,3聚甲醛（POM）性质：结晶性热塑性塑料，有明显熔点165175，性质最接近金属，俗称赛钢。优点：1、具高机械强度和刚性 2、最高的疲劳强度 3、环境抵抗性、耐有机溶剂性好 4、耐反复冲击性强 5、广泛的使用温度范围(-40120)6、良好的电气性质 7、具自润滑性、耐磨性良好 8、尺寸稳定性 缺点：1、加工过程若长时间高温下易热分解 2、无自熄性 3、抗酸性

31、差 4、成形收缩率大 用途：电子电器：洗衣机、果汁机零件 汽车：车把零件、电动窗零件 工业零件：机械零件、齿轮、把手、玩具、螺杆,67,聚甲醛树脂挂衣钉利用其高弹性的特点,68,第四章 合成高分子材料与工艺,4聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET）俗称涤纶(的确凉)性质：为结晶性热塑性塑料，具明显熔点245260，在室温下有优良的机械性能及耐摩擦、磨损性能。优点：1、尺寸稳定性好 2、机械性能优异 3、电气特性好 4、耐候性 5、耐有机溶剂、油及弱酸 6、耐水性好 7、具自熄性 缺点：1、机械性能具有方向性、流动性较高 2、结晶速度较慢 3、干燥及加工条件要求严格 用途：电子电器：整流器、线轴、吹风机

32、风口、灯罩、录音带 汽车：电装组件、挡泥板、刹车器把手,69,米勒啤酒瓶材料：主层PET，夹有氧气腐化物，防止氧气进出玻璃替代品，重量轻，不易破碎，能够重新密封。,70,第四章 合成高分子材料与工艺,5氟塑料 属热塑性塑料。氟塑料是分子中含有氟原子的一类高分子合成材料的总称。氟塑料的用途十分广泛，俗称“塑料王”。聚四氟乙烯PTFE（F-4）塑料王 优点：有优异的耐高低温性能，能在-195-+200度范围內连 续工作200小时以上。耐化学腐蚀是所有塑料中最好，与强酸，强碱，强氧化剂均不发生反应，摩擦系数很 低，仅0.04，是极好的自润滑材料。缺点：是机械性能较差，刚性差，热导率低，热膨胀大，耐

33、磨性不高（可加入填充剂适当改善），成型加工费用 高。应用：要求耐化学腐蚀的容器或密封件。,71,第四章 合成高分子材料与工艺,6聚砜（PSF）性质：淡棕色透明的非晶体，耐高温、高强度的热塑性塑料，被誉为“万用高效工程塑料”。适用于既要强度高、蠕变小、又要耐高温、高尺寸准确性的制品。优点：1、机械强度好 2、尺寸精密度高 3、电气特性好 4、符合多种卫生规格 缺点：成型条件不适当时，残余应力较大 用途：电子电器：连接器、开关 汽车航空零件：特种电池箱 精密机器零件：表壳、时钟内部零件 医疗仪器：吸器、喷雾器、隐形眼镜消毒盒,72,第四章 合成高分子材料与工艺,423 热固性塑料 1.酚醛树脂（P

34、F）由苯酚和甲醛经过化学反应而得的树脂称为酚醛树脂，俗称电木。性质：酚醛塑料属热固性塑料，具有一定的机械强度，刚性大，冷流性小。颜色比较深，常呈黑色、棕色。用途：无声齿轮、轴承、垫圈、皮带轮、电气绝缘零件、钢 盔、电机、通讯器材配件等。人造大理石 保龄球 烹调用具把手,73,朱莫台灯材料：电木最适合深暗的颜色,74,第四章 合成高分子材料与工艺,2环氧塑料（EP）属热固性塑料，可作胶粘剂，它对金属、塑料、玻璃、陶瓷等有良好的粘附能力，因此有“万能胶”之称。用途：塑料模具、精密量具、电子仪器的抗震护封的整体结构和各种增强环氧层压制品等。,75,环氧树脂地面(珠海格力电器生产车间）,76,第四章

35、合成高分子材料与工艺,3氨基塑料（UF、MF）氨基塑料俗称“电玉”，分为脲甲醛树脂（UF）和三聚氰胺甲醛树脂（MF）两类，都属热固性塑料。用途：脲甲醛泡沫塑料（UF）：具有耐腐蚀性，用作隔音、隔热材料效果良好。三聚氰胺甲醛树脂（MF）：广泛用作车辆、船舶内壁面板、家具、台面、餐具、衣服纽扣等。,77,烟灰缸材料：三聚氰胺甲醛树脂（MF）出色的抗热性，可做陶瓷替代品,78,第四章 合成高分子材料与工艺,4聚酯树脂 在塑料工业中一般把不饱和聚脂称为聚酯树脂。醇酸树脂（AK），烯丙基树脂（DAP）性质：使用中不易变形，可用来制造飞机部件、汽车外壳、透明瓦棱板、屋顶、天窗以及电器仪表外壳等。用途：醇酸

36、树脂（AK），涂料，玻璃钢，装饰件，地板，钮扣等,79,第四章 合成高分子材料与工艺,5.聚氨酯（PU）性质：聚氨酯属热固性塑料。用途：可用作泡沫塑料。软质聚氨酯泡沫塑料是一种缓冲材料，用于制作座垫、包装材料、吸音材料、玩具以及衣料、空气过滤器等。硬质聚氨酯泡沫塑料为隔音和装饰的建筑材料，用于冷藏车的隔热构件以及飞机的部件等。聚氨酯弹性体可制作拖拉机的轮胎、鞋底、鞋后跟、各种辊轧、传动皮带、输送皮带等。人造皮革，与天然皮革一样，它有无数微小气孔，能透气，不吸湿，不发霉，而且抗撕裂强度、耐磨性、耐老化性好，表面光泽。聚氨酯树脂制作装饰地板，特点是耐磨耗，光泽强，色彩有立体感。,80,设计师：人与

37、机器设计公司应用聚氨酯泡沫制成。键盘由镭射蚀刻而成，省去了不同的语言版本的模具修改成本。具有高度的隔音性和隔热性。既可以坚硬的形式，也可以柔软的形式进行生产。,81,聚氨酯自行车座像皮肤一样呼吸和伸展,82,丰富多彩的聚氨酯制品,83,聚氨酯跑道,84,聚氨酯高尔夫球和垒球,85,聚氨酯薄膜,86,聚氨酯传动带,87,聚氨酯纺织机械传动磨擦轮,88,聚氨酯复印机刮板,89,聚氨酯网印机刮板,90,聚氨酯各型皮带,91,聚氨酯滚轮,92,聚氨酯胶板,93,聚氨酯溜冰鞋鞋轮,94,聚氨酯气管,95,聚氨酯载重车轮,96,第四章 合成高分子材料与工艺,6有机硅（SI）有机硅树脂是一种介于玻璃与有机化

38、合物之间的性能特殊的高分子材料。性质：属热固性塑料，有很高的耐热性、耐寒性、憎水性。耐药品性和电绝缘性 用途：橡胶制品、脱模剂、乳液弹性体、清漆涂料等。,97,第四章 合成高分子材料与工艺,4.2.4 合金塑料ABS/NYLON ABS/PVC ABS/PCPC/PETPC/PE,98,第四章 合成高分子材料与工艺,ABS/NYLON 特性 耐热及抗化学性、流动性好、低温冲击性、低成本 应用 汽车车身护板、引擎室零件、连接器、动力工具外壳,99,第四章 合成高分子材料与工艺,ABS/PVC 特性 PVC 增加防火性、降低成本 ABS 提供耐冲击性 应用 家电用品零件、办公机器零件,100,第四

39、章 合成高分子材料与工艺,ABS/PC特性 增加ABS耐热尺寸稳定性、改善PC低温、厚壁耐冲击性、降低成本。PC/ABS塑料合金材料的综合性能较好，特 别具有优良的耐热性能、冲击性能、低温冲击性能和 阻燃性。应用 打字机外壳、电脑设备外壳、医疗设备零件、小家电 零件、电子器材零件、数码产品，汽车头灯框、尾灯 外罩、食物餐盘,101,第四章 合成高分子材料与工艺,PC/PET 特性 PET改善耐候及耐溶剂性、PC提供良好耐冲击性应用 医疗器材、血液透析零件、汽车零件、汽车防撞板、头盔、雪靴,102,第四章 合成高分子材料与工艺,PC/PE 特性 PE之加入减少PC 的缺口冲击敏感度、增加厚壁耐冲

40、击性 应用 电子点机家电绝缘零件、金属替代品、玻璃替代品、仪器 外罩、结构零件,103,第四章 合成高分子材料与工艺,427 产品设计中塑料零件的选材 产品设计中塑料零件属一般结构件较多，包括构件外壳造型、支架、手柄、仪器仪表的底座、座盘、盖板、罩壳、按钮、提手、面板、灯罩、装饰件等。这类零件用量很大，需要有较高的生产率，通常选用价格低廉、成型工艺性好的塑料。如低压聚乙烯、聚苯乙烯、改性聚苯乙烯、聚丙烯、ABS、聚氯乙烯、改性聚丙烯塑料等。若产品常与热水或蒸气接触，或制作稍大的壳体零件，则要求有较好的刚性时，可选用聚碳酸酯或聚苯醚。要求透明的零件常选用有机玻璃、聚苯乙烯或聚碳酸酯等。一些要求进

41、行表面装饰的壳体最常用的工程塑料是ABS。因为ABS容易电镀、涂装及施以其他面饰工艺、技术较成熟、效果较好。,104,第四章 合成高分子材料与工艺,选择工程塑料时应考虑的应用条件机械 受应力的形式和大小，负荷的形式和时间，抗疲劳要求，允许的变形，超负荷和意外受力情況，抗冲击要求等。热 正常的工作温度，最高和最低的工作温度。环境 接触溶剂和各种蒸汽的情況，与酸碱等化学反应，吸水情況，受紫外线和环境氧化影响，受雨水侵蚀，受霉菌，微生物影响等情況。毒性 阻燃性，色粉，添加剂或分解过程中的毒性。外观 透明度，表面光度，色泽的一致和持久性。,105,第四章 合成高分子材料与工艺,尺寸 允许误差和尺寸稳定

42、，重量因素。生产 加工工艺的选择，装配方法，修剪和二次加工，质量控制和监督。经济 材料成本，模具成本，加工机械成本，辅助设备成本，操作成本，机械维修成本等法规 安全规定(阻燃，食品，医药)工业规定(汽车工业，电子工业等),106,第四章 合成高分子材料与工艺,塑料的选用一般结构零件 要求：强度和耐热性无特殊要求，一般用来代替钢材或其它 材料，批量大，需较高的生产率。成本低，有时对外观 有一定的要求。应用：电子零件，电器(机)外壳，文具，日用品，玩具，仪表，紧固件。材料：低压聚乙烯(HDPE)，聚氯乙烯(PVC)，改性聚苯乙烯(20A，204)，ABS，聚丙烯(PP)。透明结构件 要求：同上，另

43、具良好的透明度。应用：灯罩，仪表镜片，玩具，光学镜片。材料：亚克力(有机玻璃PMMA)，改性聚苯乙烯(204，203A)，聚碳酸酯(PC)，ABS，聚砜(PTFE,F-4)。,107,第四章 合成高分子材料与工艺,耐磨受力传动零件 要求：较高的强度，刚性，韧性，耐磨性，耐疲劳性，热稳 定性。应用：轴承，齿轮，滑轮，凸轮，辊子，联轴器。材料：尼龙，聚甲醛(POM)，聚碳酸酯(PC)。拉伸強度 58.8kpa以上，工作温度80-120。减磨自润滑零件 要求：受力较小，运动速度较快，需低摩擦系数，高耐磨性，好自润滑性。应用：活塞环，密封圈，滑动导轨，轴承。材料：聚砜(PSU)，F-4填充的POM，聚

44、全氟乙丙烯(F-46)，低 压聚乙烯(HDPE)。,108,第四章 合成高分子材料与工艺,耐高温结构零件 要求：在高温下工作，具有高热变形温度，高温抗蠕变性，并要求有高温耐磨性，耐腐蚀性，电绝缘性 应用：高温工作的结构传动零件，齿轮，轴承，活塞环，泵，阀门。材料：聚砜(PTFE,F-4)，聚全氟乙丙烯(F-46)等耐腐蚀零件 要求：对酸碱和有机溶剂有良好的抗腐蚀能力 应用：化工管道，容器等 材料：聚砜(PSU),F-4，聚氯乙烯(PVC)，聚丙烯(PP)。,109,第四章 合成高分子材料与工艺,塑料材料的燃烧鉴别方法 ABS 容易燃烧 黄色火焰 无烟 PE 同上 下黄上蓝 上端蓝色 PP 同上

45、 同上 少量黑烟 PS 同上 橙色 浓黑烟，有炭灰 PC 缓慢燃烧 黄色 同上,110,第四章 合成高分子材料与工艺,43 塑料的成型 在工业设计中要应用好工程塑料，除了要熟悉各种塑料，能够按照正确的选材方法合理选材外，还要掌握塑料零件的成型和加工方法，只有这样才能按照产品功能的要求正确设计塑料零件。合理选材、成型和加工、设计，这三者是互相影响和制约的。对于工业设计师来说，必须能够较全面地认识各种塑料的性质，懂得如何将造型设计的细节与成型、加工过程联系起来，从而最终满足产品功能。,111,加工成型塑料材料可用多种不同的方法加工成型，一般可在400度以下操作，而成型后还可采用不同的二次加工方法加

46、工成型塑件。如车，钻，刨，刮，锉，拋光，电镀，丝印，烫印等。尽管塑料的加工方法有很多，但其中最主要的仍是注塑，挤出，吹塑为主。其中注塑成型约占60%。,112,第四章 合成高分子材料与工艺,431塑料零件的成型 1注塑成型 将颗粒状或粉末状塑料置于注射机料筒內加热，塑料受热熔融，在注射的螺杆或活塞推动下，经喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，塑料在模具型腔内硬化定型。注塑效率高，成本低，最宜于形状复杂的中、小型、大批生产的零件成型，而且根据需要在制品中还可以附带金属嵌件。用于聚乙烯，ABS，聚酰胺，聚丙烯，聚苯乙烯等热塑性材料 2挤出成型 将塑料连续加入到料筒中，受热成为流动状态，然后在一定压力

47、作用下使它通过塑模口而制得连续的型材。挤出法几乎能加工所有的热塑性塑料和部分热固性塑料。加工管材、棒材、板材、薄膜、电缆包层、单丝以及其他异型材等。,113,114,115,116,117,118,第四章 合成高分子材料与工艺,3吹塑成型 先将已制成的片材，管材加热软化或直接把挤压，注射的熔融状态的管材置于模具內，吹入空气使塑料处于高于弹性变形温度而低于其流动温度，吹出的空心制品。用于聚乙烯，软聚氯乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯等热塑性塑料，可制瓶子等。4真空成型 塑料成型中较新的技术，将热塑性细料片或板加热到软化，借真空作用将塑料片或板吸附于模型上，冷却后即得成型制品，是热塑性塑料最简单的成型方法之

48、一。用于聚碳酸酯，聚砜，聚氯乙烯，ABS等热塑性塑料。可制薄壁的杯，盘罩，壳，盒等敞口制品。,119,第四章 合成高分子材料与工艺,5压制成型 将塑料粉及增强，耐磨，耐热等填料置于金属模中，用加压加热方法制得一定形狀的塑料制品。一般用于热固性塑料的成型，也适于热塑性塑料的成型。优点是方法简单，能够压制一些形状复杂的制品，制件的收缩率小，变形小。缺点是生产周期较长，效率低，生产不能连续化，模具成本费较高。6浇铸成型 将热固性塑料原料加入模具加料室内，使其受热成为熔融态，并在活塞压力作用下经过浇铸系统，进入闭合型腔。塑料在型腔内继续受热受压而固化成型，然后打开模具取出制件。用于环氧树脂等热固性塑料

49、，可制大型复杂件。,120,第四章 合成高分子材料与工艺,4.3.2 塑料的加工 l.塑料的加工 塑料的零件成型之后，大多数可直接装配使用。但在某些情况下，还需进行机械加工。尤其是对塑料制件尺寸精密和表面粗糙度要求高、难以一次成型的零件。在下列情况下需要经过切削加工。（l）对于以板材、棒材和管材供货的原材料，需经过切断、截料方能成为零件。（2）当产品批量较小，或制作样机和模型时用切削方法加工零件来代替传统成型的成型法较为适宜。（3）在很多情况下，注射成型制造零件时难以注射出的部位（如小孔、深孔、倒孔、螺纹等），清理塑料坯件的烧口、冒口、飞边、毛刺和注塑成型时产生的伤疤等。,121,第四章 合成

50、高分子材料与工艺,塑料零件机械加工工艺与金属切削工艺大致相同。由于塑料的切削工艺性与金属不同，因此加工时所用的参数（切削用量和刀具几何形状）及操作方法与金属切削也有所不同。塑料的切削工艺性有以下特点：（1）塑料的强度和硬度比金属低，故切削功率一般可以小些。（2）塑料的弹性模量较小，硬度不高，这些都会影响切削加工后的表面光洁度。通常采用大前角和大后角的刀具并保持刀刃锋利。（3）塑料的导热性差，因此，必须选用较小的切削用量，以防零件温升太高。（4）塑料的耐热性差，当温度升高超过一定数值时，热塑性塑料会发生软化，热固性塑料会烧焦。同此必须严格控制温度升高。通常用风冷或水冷等。最好采用气体冷却，以防零