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1、电子产品结构材料塑料特性和选择方法,2023/11/3,塑料,3塑料3.1塑料的基本成分、添加剂和填料3.2常用塑料的主要参数3.3各种电子产品中塑料的选择3.4几种塑料的知名生产厂商3.5 案例：产品故障现象、原因和解决方法,塑料,引言：为什么需要塑料？塑料与其它材料相比有什么优点？以今天的眼光看，塑料有什么缺点？,塑料,3.1塑料的基本成分、添加剂和填料1.基本成分*塑料(Plastic)包括天然塑料和合成塑料两大类。天然塑料是指植物树脂如虫胶、松香等组成的材料。由于天然塑料的产量和性能远不能满足生产的需要，因此发展了合成塑料。*现在广泛应用的塑料均是指合成塑料。它是一种能流动、成型及固化
2、的人造材料，是从石油、煤、空气、水和农副产品等物质中提炼出的化合物。塑料的基本成分是人工合成的高分子有机化合物，也称为树脂。,塑料,2.添加剂 为了改变和提高塑料在机械性能、电气性能、耐气候性、环保性能、阻燃性能和工艺成形等方面的特性，在树脂中加入一些添加剂，制成实用的塑料。常用的添加剂如表3-1所示。,塑料,表3-1 塑料常用的添加剂,塑料,续表3-1,塑料,3.填料*塑料的填料与添加剂不同，添加剂是为了改善塑料某些方面的 特性，是提高塑料某些方面的性能，而填料主要是为了降低成 本，增加体积和重量。填料的加入不可避免地会降低塑料的性 能。*主要的填料有：木粉、石粉、陶土等。填料也有改善某些塑
3、料物理性能的作 用，适当的填料是容许的，填料过多会严重影响塑料的性能。市场上以次充好的塑料产品主要有两种，一种是加过多的填 料，一种是用回收料，这两个因素都是要充分注意的。,塑料,3.2常用塑料的主要参数 更多的参数见参考书表3-3。下面是部分参数。1 比重塑料的比重一般在0.9 1.5之间，特别的比重达到2.0，它大约是铝材比重的1/2，钢材比重的1/5。不同的塑料原料品种，有不同的比重，除了影响机械等性能，还有是实际材料成本不同。例如ABS的比重1.04，聚丙烯的密度是0.9，仅比重就差14%做同样的体积零件，聚丙烯材料用量就省14%。所以选择塑料要在保证功能、性能的基础上选择比重轻的品种
4、。,塑料,2 弯曲模量弯曲模量是指材料在弹性极限内抵抗弯曲变形的能力,单位为N/m2或Pa。由于塑料在机械性能上与金属最大的区别是弯曲模量相差大，易变形，所以结构件的设计要特别关注这个参数。在塑料零件常用的卡扣连接中，弯曲模量也是重要的设计依据。材料的弯曲模量越大，表示材料越不易变形，做出的零件刚度就越好。,3 热变形温度塑料的热变形温度(Heat deflection temperature,HDT)是指对塑料试样施加一定的负荷，以一定的速度升温，当达到规定形变时所对应的温度。是塑料的短期耐热性指标。塑料的热变形温度测试有专门的标准，如国家标准GB/T1633一2000热塑性塑料软化温度(V
5、ST)的测定。塑料的热变形温度对于在高温下工作的产品显得特别重要，同时电子产品的高温、高湿试验也是对塑料零件的考验。塑料的热变形会导致零件位移产品功能的实效，如微动开关、按键的实效、壳体的缝隙、传动的不灵活等故障。所以选择塑料要使塑料的热变形温度高于工作和试验温度10以上。常用塑料的热变形温度如表3-2所示。,塑料,塑料,表3-2 塑料的热变形温度,塑料,4 玻璃化转变温度玻璃化转变温度（Glass transition temperature）特指无定型塑料（也包括结晶型塑料中的非结晶部分）由高弹性态转变为玻璃态的温度，通常用Tg表示，是塑料的一种重要的工艺指标。当塑料到达玻璃化转变温度时，
6、其弹性模量、比重、比热、硬度、介电常数和介电损耗等均发生突变，做出这些物理量随温度变化的曲线，其突变处的温度就是玻璃化转变温度Tg。结晶型塑料则没有玻璃化转变温度，它到达一定高温即融化。提示：HDT是给结构设计用的；Tg主要是给注塑工艺用的。,塑料,5 介电常数介电常数（Dielectric constant）是以某塑料为介质时的电容与以真空为介质的电容之比。又称电容率或相对电容率,是表征介质储电能力大小的一个物理量，常用表示。介电常数愈小绝缘性愈好。空气的介电常数为1.0006而水的介电常数特别大,10时的水介电常数为83.83。在印制板的基材和高速电路接插件壳体中介电常数是重要的参数。,塑
7、料,ttu,6 混合特性 有些塑料可以混合使用，比如ABS和PC，有些塑料不可以混用如ABS和PS。两种塑料能否混合使用，取决于塑料的溶解度、结晶、极化和氢链等。即使是可以混合使用的塑料，其比例组成也是有限定的，超过一定比例，反而相容性不好。在近百种塑料中能混合使用的塑料也就十几种。提示：将不能混合的塑料混合使用会导致零件的表面粗糙、脱皮 和分层现象。,塑料,3.3各种电子产品中塑料的选择,图3-1 塑料的性能等级,1结构件最常用的ABS塑料*家电内外部结构件，零件形状复杂、没有特殊的受力要求和环境要求时首选ABS塑料。比如LCD电视、台式电脑面板、摄像头壳体等。*特别注意ABS有几十种 要仔
8、细选择。图3-2 ABS塑料 家用摄像头,塑料,塑料,2.PS、HIPS塑料*一般的电子产品内部结构件，并且形状简单，可以用PS、HIPS。这两种材料的脆性比ABS大，注塑时外表面容易有溶接痕，不适合做外观件，并且受力容易开裂。*其价格低于ABS约20%，比重也比ABS 10%，也能节省材料成本。所以采用高抗冲聚苯乙烯材料与ABS塑料 相比，零件价格约可降30%。,塑料,3.薄壁零件的塑料 PBT、PET*薄壁零件的外观塑料件可选聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，这些塑料的壁厚，采用注塑工艺都可以做成壁薄至10.5mm的零件。*PBT耐高温工作环境、比较硬；PET不
9、耐高温，零件可以做的 更薄一些。主要用于制作手机中薄膜按键、电子琴键及电脑 键盘按键等薄壁零件、也是饮料瓶壳体材料，PBT是纯净水 桶的用料。,第三讲 塑料,图3-3 PBT做的RJ45 插座,塑料,4.透明零件的塑料*很多塑料都可以做成透明的，这些材料主要是折光率、硬度、脆性有很大差异。由此价格也差异几倍。聚苯乙烯（PS）是最便宜的透明塑料，但也最脆，易开裂，注射容易有“水痕”，用于不受力的零件。*AS和ABS塑料是稍好的材料，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是机械性能比较好的材料（俗称有机玻璃、基材MMA俗称压克力），零件可以受一定的力。*PC是透明材料中机械性能很好的材料，用于中等受力的场合
10、。其中折光率好的牌号的PC塑料还能用来做数码相机的镜头和眼镜的镜片。,塑料,图3-4 透明塑料 ABS、PMMA、PC 零件,塑料,5.高刚度和强度零件用的塑料（工程塑料）有些结构件需要承受高载荷，但不能变形。比如塑料齿轮、轴类零件和支撑架等，可以用聚碳酸脂（PC）、聚酰胺PA、聚甲醛（POM）、聚苯醚（PPO）、聚对苯二甲酰对苯二胺(PPA)和它们加了玻纤的增强料。,图3-5工程塑料做的齿轮,塑料,6.弹性零件的塑料 弹性零件如扎线扣和柔软的垫片，可采用聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）塑料。,图3-6 塑料线扣,塑料,7.接插件用的塑料*DIP焊接和压接的接插件可以采用增强聚碳酸酯（PC）、聚
11、酰胺（PA）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）。*需要过SMT的接插件可以用增强PCT（聚对苯二甲酸环己基乙二酯）、聚砜(PSU)、聚对苯二酰对苯二胺（PPA）和聚酰亚胺（PI）等塑料。*除了机械性能，接插件塑料选择的重要参数是介电常数和耐温性能。,塑料,压接 接插件 焊接接插件 图3-7 塑料接插件,塑料,3.4几种塑料的知名生产厂商 塑料品种有很多都是美国杜邦（Du Pont）公司和德国拜尔（(Bayer)）公司发明的。今天在塑料材料技术上美国和德国仍然是领先者，而日本则紧随其后。国内塑料大公司基本是这些公司产品的制造生产基地。有些中小公司是改性塑料的制造商。1.ABS塑料著名制造商 德国拜
12、尔（Bayer）、美国通用电气（GE）公司、德国巴斯夫（BASF）公司、台湾奇美公司和韩国LG化学公司。其中拜尔和通用电气的ABS产品种类覆盖面广，其产品性能稳定。而台湾奇美的ABS塑料产品产量全球最大，产品性能满足一般需求，价格也有相对优势。,塑料,2.聚碳酸酯塑料著名制造商 全球最大的聚碳酸酯生产商是美国通用电气公司，全球第二大聚碳酸酯生产商是德国拜尔公司，美国陶氏（DOW）化学公司位居第三。ABS/PC混合料这三大公司也均有生产。台湾奇美和日本三菱工程公司也大量生产聚碳酸酯。3.聚酰胺塑料（尼龙）著名制造商 美国杜邦、德国巴斯夫、美国通用电气、法国罗地亚（Rhodia）和日本东丽公司。以
13、尼龙的发明者杜邦公司的产品性能为最好,塑料,3.5 案例：产品故障现象、原因和解决方法,*产品描述：ABS塑料面板360mm高，下面是两个刚性卡勾，上面是两个弹性卡扣。*故障现象：按有效公式计算，卡扣处过盈双边取1.5mm。实际产品过盈从1.50.5mm变化。故使用时面板会被碰掉。来回改过几次，卡扣不是紧就是松问题不能根治。,图3-8 ABS面板卡扣装配,塑料,小结：塑料的以次充好是常见的现象，了解填料可以增加辨别力。塑料的牌号细分也是重要的，这与价格和性能相关。透明材料和染料色母的应用可以得到高质量的塑料外观件。通过了解知名厂商的材料规格书可以比较国内厂商的差距。塑料的拉伸强度、热变形温度是重要的机械参数。,
