工业产品造型设计专业知识
·9·第1章 工业产品造型设计专业知识第1章 工业产品造型设计专业知识知识要点& 工业产品材料基础& 工业产品造型设计工艺要求& 学习回顾& 练习题本章重点介绍工业产品造型设计专业知识，包括工业产品材料基础和工业产品造型设计工艺要求等。1.1 工业产品材料基础工业产品所使用的结构材料有很多种，这里主要讲塑料产品。由于塑料产品的用途很广泛，不同行业的塑料产品的工作性能和产品外观会有所不同，所以设计师在进行工业产品造型设计之前，应进行科学地分析，选择合适的材料，以保证塑料件在使用期限内不失去所需的工作性能，符合产品的使用要求。1.1.1 塑料分类塑料是指以高分子合成树脂为主要成分，大多含有添加剂（如增强剂、填充剂、润滑剂、防紫外线剂以及颜料）且在一定温度和压力下具有塑性和流动性，可被塑制成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的高分子材料。通常有以下几种分类方法。1按物理化学性能分（1）热塑性塑料 在特定的温度范围内能反复加热熔融或冷却硬化的一类塑料。如聚乙烯塑料、ABS塑料、聚碳酸酯塑料、聚酰胺塑料和聚甲醛塑料等。（2）热固性塑料 在受热或其他条件作用下能固化成不溶性物料的一类塑料。如酚醛塑料、环氧塑料、DAP塑料、氨基塑料以及不饱和聚酯塑料等。2按用途分（1）通用塑料 一般指产量大、用途广、成形性好、价廉的一类塑料。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和酚醛塑料等。（2）工程塑料 一般指能承受一定的外力作用、有良好的力学性能和尺寸稳定性、在高低温下仍能保持优良性能，可作为工程结构件的一类塑料。如尼龙、聚砜、聚甲醛、聚苯硫醚和耐热环氧等。（3）特种塑料 一般指具有特种功能（如耐热、自润滑等），应用于特殊领域的一类塑料。如氟塑料、有机硅塑料、聚酰亚氨塑料等。3按成形方法分（1）模压塑料 供压缩成形的树脂混合料。如常用热固性塑料。（2）层压塑料 指浸渍有树脂的纤维织物，可经叠合、热压结合而成为整体材料的一类塑料。如SMC塑料等。（3）注射、挤出和吹塑塑料 一般指能在料筒温度下熔融、流动，并在模具中能迅速硬化的一类树脂混合物。如一般的热塑性塑料。（4）浇注塑料 指在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合物。如MC尼龙。（5）反应注射模塑料 一般特指液态原材料加压注入型腔内使其发生化学反应经交链而固化成制品的一类高聚物。如聚氨酯等。4按半成品和制品分（1）模塑粉 俗称塑料粉，主要由热固性树脂（如酚醛等）和填料（如木粉等）经充分混合、滚压、粉碎而得的一类塑料。如酚醛塑料粉等。（2）增强塑料 加有增强剂、使其某些力学性能比原树脂有较大提高的一类塑料。如玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料和硅纤维增强塑料等。（3）泡沫塑料 整体内含有无数微孔的一类塑料。如聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、低发泡结构塑料等。（4）薄膜 一般指厚度在0.25mm以下的平整而柔软的一类塑料制品。如聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚酯薄膜等。1.1.2 塑料的特性通常将塑料的使用性能、加工性能和技术性能统称为塑料特性。塑料技术性能包括物理性能、热性能、力学性能、电气性能和化学性能。不同的塑料品种有其不同的特性，在设计时应注意区分。表1-1为热塑性塑料缩写代号与中文对照。表1-1 热塑性塑料缩写代号与中文对照缩 写 代 号中 文缩 写 代 号中 文ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物MDPE中密度聚乙烯A / S丙烯腈-苯乙烯共聚物PA聚酰胺（尼龙）A / MMA丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物PAA聚丙烯酸A / S / A丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物PC聚碳酸脂CA乙酸纤维素（醋酸纤维素）PAN聚丙烯腈CN硝酸纤维素PCTFE聚三氟氯乙烯EC乙基纤维素PE聚乙烯FEP全氟（乙烯-丙烯）共聚物（聚全氟乙丙烯）PEC氯化聚乙烯GPS通用聚苯乙烯PI聚酰亚胺GRP玻璃纤维增强塑料PMMA聚甲基丙烯酸甲酯HDPE高密度聚乙烯POM聚甲醛HIPS高冲击强度聚苯乙烯PP聚丙烯LDPE低密度聚乙烯PPC氯化聚丙烯PPS聚苯硫醚PPO聚苯醚（聚2，6-二甲基苯醚），聚苯撑氧PPSU聚苯砜PVCC氯化聚氯乙烯PS聚苯乙烯PVDC聚偏二氯乙烯PSF聚砜PVDF聚偏二氟乙烯PTFE聚四氟乙烯RP增强塑料PVC聚氯乙烯S/AN苯乙烯-丙烯腈共聚物表1-2为塑料在工业领域中的应用。表1-2 塑料在工业领域中的应用塑 料 名 称工 业 应 用PVC聚氯乙烯硬聚氯乙烯用于制造棒、管、板、焊条、输油管及耐酸碱连接软聚氯乙烯用于制作薄板、薄膜、电线电缆绝缘层及密封件等PE聚乙烯低压聚乙烯用于制作耐腐蚀零件和绝缘零件高压聚乙烯用于制作薄膜等超高分子量聚乙烯用于制作减摩、耐磨及传动零件PP聚丙烯用于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件PS聚苯乙烯用于制作绝缘透明件、装饰件及化学仪器、光学仪器等的零件PA聚酰胺用于制作一般机械零件、减摩耐磨零件、传动零件及化工、电器、仪表等的零件POM聚甲醛用于制作减摩零件、传动零件、化工容器及仪器仪表外壳PC聚碳酸脂用于制作仪表小零件、绝缘透明件和耐冲击零件PSF聚砜用于制作耐热件、绝缘件、减摩耐磨传动件、仪器仪表零件、计算机零件及抗蠕变结构零件。聚芳砜还可用于低温下工作零件氟塑料用于制作耐腐蚀、减摩耐磨件、密封件、绝缘件和医疗器械零件醋酸纤维素用于制作汽车、飞机、建筑用品，机械、工具用品，化妆品器具，照片、电影胶卷聚酰亚胺用于制作减摩耐磨零件、转动零件、绝缘零件、耐热零件，用作防辐射材料、涂料和绝缘薄膜ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物用于制作汽车零件、家电零件、大强度工具零件、日常用品等PMMA聚甲基丙稀酸甲脂汽车工业（信号灯设备、仪表盘等）、医药行业（储血容器等）、工业应用（影碟、灯光散射器）、日用消费品（饮料杯、文具等）表1-3为常用塑料的特性及识别。表1-3 常用塑料的特性及识别塑 料 名 称使 用 特 性识 别ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物综合性能较好，耐化学性、电性能良好，具有超强的易加工性、外观特性、低蠕变性、优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度燃烧时的火焰颜色为黄色黑烟，燃烧气味为橡胶味PA聚酰胺（尼龙）坚韧、耐磨、耐疲劳、耐油、耐水、抗霉菌，但吸水性强尼龙6 弹性好、冲击强度高、吸水性较强尼龙66 强度高、耐磨性好尼龙610 强度高、耐磨性好，但吸水性和刚性都较弱尼龙1010 半透明，吸水性较弱，耐寒性较好燃烧时的火焰颜色为上端黄色，燃烧气味为特殊味续表塑 料 名 称使 用 特 性识 别PC聚碳酸脂具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性，抗蠕变和电绝缘性较好，并且收缩率很低，一般为0.1%0.2%，有很好的机械特性，但流动特性较差燃烧时的火焰颜色为黄色黑烟，燃烧气味为特殊味PE聚乙烯高压聚乙烯的柔软性、透明性、伸长率、冲击强度较好低压聚乙烯的熔点、刚性、硬度和强度较高，吸水性弱，有突出的电气性能和良好的耐辐射性燃烧时的火焰颜色为上端黄色，下端青色，燃烧气味为石蜡味POM聚甲醛有较好的抗蠕变性、几何稳定性和抗冲击性，具有很好的延展强度、抗疲劳强度，吸水性弱，具有很低的摩擦系数，但热稳定性差，易燃烧，长期在大气中曝晒会老化燃烧时的火焰颜色为上端黄色，下端蓝色。燃烧气味为福尔马 林味PS聚苯乙烯电绝缘性优良，无色透明，透光率仅次于有机玻璃，着色性差，耐水性、化学稳定性良好，机械强度一般，但脆性大，易产生应力碎裂，不耐苯、汽油等有机溶剂燃烧时的火焰颜色为橙黄色黑烟，燃烧气味为苯乙烯味PSF聚砜耐热耐寒性、抗蠕变性及尺寸稳定性优良，耐酸，耐碱，耐高温，耐高温蒸汽聚砜的硬度和冲击强度高，可在-60150下长期使用，在水、湿空气或高温下仍能保持良好的绝缘性，但不耐芳香烃和卤化烃聚芳砜的耐热性和耐寒性好，可在-240260下使用，硬度高，耐辐射PP聚丙烯有较低的热扭曲温度（100）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有较强的抗冲击强度，具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性燃烧时的火焰颜色为蓝色，燃烧气味为柴 油味PVC聚氯乙烯硬质PVC机械强度高，电气性能优良，耐酸碱性极强，化学稳定性好，但软化点低软质PVC伸长率大，机械强度低，耐腐蚀性、电绝缘性均低于硬质PVC，且易老化燃烧时的火焰颜色为上端黄色，下端绿色，燃烧气味为氯气味PPE有较强的化学稳定性，吸湿性很弱，具有良好的几何稳定性、电绝缘特性和很低的热膨胀系数燃烧时的火焰颜色为黄色黑烟，燃烧气味为橡胶味氟塑料耐腐蚀性、耐老化及电绝缘性优越，吸水性很弱醋酸纤维素强韧性很好，耐油，耐稀酸，透明有光泽，尺寸稳定性好，易涂饰、染色、粘合、切削，低温情况下抗冲击性和抗拉强度减弱聚酰亚胺综合性能良好，强度高，抗蠕变性、耐热性好，可在-200+260下长期使用，减摩耐磨性、电绝缘性优良，耐辐射，耐电晕，耐稀酸，但不耐碱、强氧化剂和高压蒸汽PMMA聚甲基丙稀酸甲脂有优良的光学特性及耐气候变化特性，PMMA制品有很低的双折射，具有室温蠕变特性和抗冲击特性燃烧时的火焰颜色为上端黄色，下端青色 燃烧气味为巧克力味1.1.3 常用塑料工业产品中常用的塑料种类较多，下面列举一些常用材料进行介绍。表1-4所示为常用热塑性塑料的使用性能、工艺条件及用途。表1-4 常用热塑性塑料的使用性能、工艺条件及用途塑 料 名 称使 用 性 能工 艺 条 件用 途ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物综合性能较好，耐化学性、电性能良好，具有超强的易加工性、外观特性、低蠕变性、优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为在8090下最少干燥两小时；熔化温度为210280；模具温度为25 70；注射压力为500bar1000bar；注射速度为中高速汽车（仪表板、工具舱门、车轮盖、反光镜盒等）、家电（电冰箱、电视机、风筒、熨斗）、大强度工具（吹风机、搅拌器、食品加工机、割草机等）、电话机壳体、 打字机键盘、娱乐用车辆（如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等）PA聚酰胺（尼龙）坚韧、耐磨、耐疲劳、耐油、耐水、抗霉菌，但吸水性强尼龙6弹性好、冲击强度高、吸水性较强尼龙66强度高、耐磨性好尼龙610强度高、耐磨性好，但吸水性和刚性都较弱尼龙1010半透明，吸水性较弱，耐寒性较好在85的热空气中干燥处理，如果湿度大于0.2%，需要在105环境下进行12小时的真空干燥；熔化温度为260290，应避免高于300；模具温度为80；注射压力为750bar1250bar，取决于材料和产品设计；注射速度为高速，对于增强型材料可稍低一些；由于PA的凝固时间很短，因此浇口的位置非常重要，建议采用热流道
