毕业设计（论文）聚丙烯的薄膜铰链应用与家具设计.doc

1 前言 工业设计的存在一方面是为了提高产品的市场竞争力，同时也为改善人类日常生活方式提供建议在工业设计的发展史中，可看到人类生活中的各类产品不断被改进，被完善，最终与我们的生活相互融合优秀的工业设计产品就像我们呼吸的空气一样，很自然地存在于我们的四周，但又发挥着不可或缺的作用 便携凳设计是一个具有挑战性的设计课题在我国凳椅的发展已有千年历史，然而便携凳却有着更悠久的发展历史，例如马扎、交椅都是典型的代表我国汉代以前的家具都属低面家具，无坐具，人们席地而坐，只有案几而无桌子而我们的马扎源自北方游牧民族的“胡床”，东汉始传入，见于文献记载胡床”这里的“床”是坐具的含意，与眠床的床是不同概念宋人高承在《事务纪原》中引《风俗通》的话说：“汉灵帝好胡服，景师作胡床，此盖其始也，今交椅是也胡床就是倍受他的钟爱而经常被提及的用具之一后来胡床也发展成交椅，因而交椅应是我国古代民族相互友好往来与不断融合的标志由于交椅可折叠，搬运方便，故在古代常为野外郊游、围猎、行军作战所用后逐渐演变成厅堂家具发展至今，便携凳被折叠结构原理几乎没有被改变，依然与交椅的折叠原理相一致――依靠轴与轴套的刚性铰链结构连接刚性支撑件，刚性支撑件通过多个三角形结构达到能够被折叠且展开后稳固凳椅的结构。

纵观便携凳发展史，唯一得以发展的是其材料的转变，由原来以木材为主要材料，转变为金属与布料为主使得便携凳的重量与体积进一步的减少但随着时代的发展，现代人对于便携设备提出了更高的要求，便携凳也在潮流当中本论文为便携凳提供一种突破以往历史的新的结构形式，进一步达到折合后体积小，折叠方便；展开时有足够的承重强度，重量轻，所用的材料便宜易取，生产加工工艺简单的要求，并为使用者提供更轻松的携带方式由于编者水平所限，对于文中不当之处，敬请读者批评指正2 设计的基础理论2.1 材料的特性 塑料与金属在产品的生产中有着举足轻重的地位，是大部分产品主要构成的基本元素在产品的生产与设计当中，材料的选用直接关系到产品的功用、成本、安全性等各方面的问题，因此，对材料的充分认识，是一个优秀产品诞生的基础2.1.1塑料材料 塑料具体可分为通用热塑性和热固性塑料、通用工程塑料、一般用途类塑料、特种用途类塑料4大类当中通用热塑性塑料在产品生产中应用广泛通用热塑性塑料是指综合性能好、耐热温度在100℃以下、力学性能一般、产量很大、应用范围很广泛、价格很低的一类树脂 针对本项目，我们在此只对聚丙烯与ABS两项塑料材料作出研究与分析。

2.1.1.1 聚丙烯聚丙烯是由丙稀单体经自由基聚合而成的聚合物，英文名称Polypropylene，简称PP PP的优点为电绝缘性和耐化学腐蚀性优良、力学性能和耐热性在通用热塑性塑料中最高、耐疲劳性好、价格在所有树脂中最低；经过玻璃纤维增强的PP，具有很高的强度，性能接近工程塑料PP的缺点为低温脆性大和耐老化性不好，不可粘贴2.1.1.2 聚丙烯的性能一般性能：PP树脂为白色蜡壮固体，外观视PE，单比PE更透明、更轻，为仅次于TPX的最轻品种PP易燃，离火继续燃烧，火焰上端黄、下端蓝，有少量黑烟，熔融落滴，有石油气味PP吸水性低，气体透过率低表1 PP的具体性能性 能数据性能数据相对密度吸水率/％成型收缩率/％拉伸强度/MPa断裂伸长率/％抗弯强度/ MPa压缩强度/ MPa缺口冲击强度/（kJ/㎡）洛氏硬度摩擦系数0.900.011～2.529>20050450.5R80～1100.51热变形温度（1.82MPa）/℃脆化温度/℃线膨胀系数/（×10-5K-1）热导率/〔W/（m·K）〕体积电阻率/（Ω·cm）介电常数(106Hz)介电强度/（kV/mm）耐电弧/s氧指数/％磨痕宽度/mm1028～-86～100.2410192.1524.61851810.4力学性能：PP的力学性能与分子量和结晶度有关，分子量低、结晶度高、球晶尺寸大时制品的刚性大而韧性低。

PP具有较好的力学性能，其拉伸屈服强度和拉伸强度都超过PE，其伸强度还超过PS和ABS，而且经增强和拉伸处理后还可以大幅度提升PP的力学性能受温度的影响比较小，在温度为100℃时，拉伸强度仍能保持一半 PP的冲击强度依赖与温度的大小，在室温以上PP的冲击性能较好；但在低温时，其冲击性能迅速变差PP的冲击强度还与分子量、结晶度、结晶尺寸等因素有关 PP制品的表面硬度和刚性较高，并有良好的表面光泽，但不如PS和ABS高 PP有突出的抗弯曲疲劳性能，用它制成的铰链经7000万次折叠弯曲不损坏PP的耐蠕变性较好，比HDPE要好，因此经过适当的增强改性处理可用作工程塑料热学性能：PP的耐热性能良好，制品可耐100℃热水煮沸，可在100～120℃下长期使用，用于热水管道；不受外力作用时，可在150℃使用不变形但PP的耐低温性不好，在-5～-20℃即脆化，不能用于低温 PP的线膨胀系数为（5.8～10.2）×10-5K－1，属较大者；热导率为0.12～0.24W/（m·K），属中等环境性能：PP的耐候性不好，叔碳原子上的氢易氧化，对紫外线很敏感，不改性难以用于户外，需加入抗氧剂和光稳定剂。

PP的耐应力开裂性较好，好于HDPE和PS除应用在腐蚀性介质中如浓硫酸、浓酸及王水中例外2.1.1.3 聚丙烯的改良品种共聚PP（PP－C）：PP－C为丙稀与乙烯的共聚物，可分为无规共聚物（PP－R）和嵌段共聚物（PP－B）两种 PP－R的含乙烯量为1％～7％，与普通PP相比，其结晶度和熔点低、柔软透明、温度低于0℃时仍具有良好的冲击强度，-20℃时才达到应用极限，但其硬度、刚度、耐蠕变性等要比普通PP低10％～15％，具体性能如表2所示主要用于上水管和供暖管表2 PP、PP－C、和PP－B的性能性 能PPPP－CPP-B热变形温度/℃脆化温度/℃悬臂梁冲击强度/（kJ/m2）落球冲击强度/（kJ/m2）拉伸强度/MPa硬度/R100～110-8～80.01～0.020.0530～319090-250.05～0.11.4～1.623～2560～7010510～150.02～0.050.1～0.1526～2880～85 PP－B的含乙烯量为5％～20％，它既有较好的刚性，又有好的低温韧性主要用于大型容器、周转箱、中空吹塑容器、机械零件、电线电缆包裹制品等增强PP：增强PP常被用玻璃纤维为增强材料，增强不仅保留了PP原有的优良性能，还使拉伸强度、耐热性、刚性、硬度、耐蠕变性、线性膨胀系数及成型收缩率等性能明显改善，如可使拉伸强度提高一倍。

热变形温度提高50％，线性膨胀系数降低一倍，具体参见表3所示表3 PP与增强PP的性能性 能PP20％GF-PP30％GF-PP相对密度成型收缩率/％拉伸强度/MPa断裂伸长率/％弯曲强度/MPa剪切强度/MPa压缩强度/MPa弹性模量/MPa缺口冲击强度/（kJ/m2）洛氏硬度热变形温度（1.82MPa）/℃线膨胀系数/（×10-5K-1）0.9-29200～70050-41.31378-R80～1001026～101.040.004522.29834.544.857687R1071492.41.130.003552.112041.348.262019R1101522.42.1.1.4 ABS塑料 ABS为丙烯腈（23％～41％）、丁二烯（10％～30％）和苯乙烯（29％～60％）三种单体共聚而成的聚合物，英文名称Acrylonitrile-Butadinene-Styrene,简称ABSABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上上百种不同品质的ABS材料这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。

ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度2.1.1.5 ABS的性能一般性能：ABS的外观为不透明呈象牙色的粒料，其制品可着成五颜六色，并具有90％的高光泽度ABS的相对密度为1.05，吸水率低ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理力学性能：ABS具有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；即使ABS制品被破坏也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏，这是ABS高度韧的写实ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的ABS的力学性能受温度的影响较大热学性能：ABS的热变形温度为93～118℃，制品经退火处理后还可以提高10℃左右ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40～-100℃的温度范围内使用环境性能：ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半表4 ABS的性能性 能高抗冲型耐热型中抗冲型相对密度吸水率/％成型收缩率/％拉伸强度/MPa断裂伸长率/％弯曲强度/MPa压缩强度/MPa悬壁梁缺口冲击强度/（J/m）洛氏硬度热变形温度（1.82MPa）/℃线膨胀系数/（×10-5K-1）热导率/〔W/（m·K）〕体积电阻率/（Ω·cm）介电常数（106Hz）介电强度/（kV/mm）耐电弧/s氧指数/％1.02～1.050.2～0.450.3～0.835～445～6052～8149～6416～44R65～10993～1039.5～10.50.16～0.291～4.8×10162.4～3.813～2066～82201.06～1.080.2～0.450.3～0.845～573～2070～8565～7111～25R105～115104～1186.0～9.00.16～0.291～5×10162.4～3.813～2066～82201.05～1.070.2～0.450.3～0.842～625～2569～7273～886～22R108～11593～1075～8.50.16～0.292.7×10162.4～3.813～2066～82202.1.2 金属材料 在机械工业中，金属材料得到及其广泛的应用，它是现代工业产品造型设计中最重要的一种工程材料。

在产品生产中，我们最常见到的金属是铝和不锈钢，这两类金属被广泛应用于日常生活当中，并且各自均有不同的特点2.1.2.1 铝及铝合金 铝及铝合金是工业中用量最大的有色金属材料，由于它在物理的、机械的和工艺等方面的优异性能，使得铝、特别是铝合金，不仅广泛地用作工程结构材料和功能材料，而且也是一种重要的工业造型材料，它在构成现代工。