1、设计塑料制品时设计塑料制品时应考虑的因素应考虑的因素北京化工大学材料科学与工程学院2005.11.28苑会林目 录n（一）绪论（一）绪论n（二）实际使用条件对塑料物理性能的影响（二）实际使用条件对塑料物理性能的影响n（三）产品抛光与组装操作（三）产品抛光与组装操作n（四）考虑连接处的热胀冷缩（四）考虑连接处的热胀冷缩n（五）运输对制品的影响（五）运输对制品的影响 n（六）化学药品对塑料材料的影响（六）化学药品对塑料材料的影响n（七）环境因素对制品的影响（七）环境因素对制品的影响 目 录n（八）装配对制品的影响（八）装配对制品的影响 n（二）装饰对制品影响（二）装饰对制品影响 n（三）细菌与真菌
2、对塑料制品的影响（三）细菌与真菌对塑料制品的影响 n（四）透明塑料（四）透明塑料（一）绪论（一）绪论n塑性材料的应力应变曲线所代表的塑性材料的性质是非线性或各向异性的。这就表明一种塑性材料在应变超过0.05时即使撤销外力也不可能总是能恢复到它原来的尺寸。这时候，塑性材料就会发生一定程度的蠕变或伸长。n而温度的微小变化对塑性材料的性质却有很大的影响。n一种塑料在受到持续性的负荷作用时会经历某一程度的应变；适度的升高510度的温度会使材料发生更大的蠕变。n蠕变的大小与温度及作用在制品上的力成比例关系。塑料的粘弹性（二）实际使用条件对塑料物理性（二）实际使用条件对塑料物理性能的影响能的影响n产品的能
3、承受的最高温度；n产品所受力的类型及位置以及受力是一次作用的还是连续性的或者交变的；n冲击负荷的大小及其冲击的频率；n使用的寿命；n实际使用的条件的恶劣性（三）产品抛光与组装操作（三）产品抛光与组装操作n产品修饰前的准备 装饰溶剂和刻蚀性的溶液 n产品组装受力 震动性的焊接 安装螺丝钉、搭扣、压配合时产生的机械力、超声波焊接（四）考虑连接处的热胀冷缩（四）考虑连接处的热胀冷缩 n不相似材料间的热胀冷缩可能会引起一些产品质量问题。当塑料暴露于温差极大的环境下，塑料制品与金属制品模塑在一起的时候，必须要附带有膨胀或冷缩的槽，或者设计与这些力相抗衡；否则它们可能会发生扭曲、剪切和受到损伤。（五）运输
4、对制品的影响（五）运输对制品的影响 n运输和储存到仓库的过程 n极度的温度 n装卸应力（六）化学药品对塑料材料的影响（六）化学药品对塑料材料的影响 n无论使用何种浓度，化学药品都能影响塑料产品的一些性能。塑料有良好的抗化学腐蚀性，除了强酸与强碱溶剂之外能抗绝大多数化学药品的腐蚀。化合物、燃料油类及清洗溶剂对塑料制品的影响相当复杂 浸入浸入 n材料的浸泡测试法就是在规定的时间和温度下把标准成型测试样条放在某一种化学溶剂里，随后将测试样条从溶剂中取出来、洗涤、测量并测试样条的物理性能、尺寸与重量的变化。应力式浸泡应力式浸泡 n在一负载作用下，测试样条浸泡在某一化学试剂里会加速在材料上的反应效果气弹
5、法气弹法 n这种方法就是通过在压力容器里来加速测试材料在燃油中的相溶性的方法。在高压与高温下，把测试样条放入测试溶剂或燃油中。可以是带应力的也可以无应力方式；随后将样条取出，记录它们的尺寸与重量的变化，并且测试它们此时的物理性能情况 n通过这种测试方法，设计者可以知道某一种塑料的化学相溶性，但这并不是设计目的所要求的性质。只有在一定的时间、温度与化学环境下进行的蠕变开裂试验才能提供设计者所需要的正确信息。但是这些试验花费昂贵且操作起来很困难，因而设计者一般很少进行此类试验。所以，通常推荐进行产品实际使用条件测试 塑料耐化学性能分级塑料耐化学性能分级塑料耐化学性能分级化学试剂对塑料制品的进攻机理
6、化学试剂对塑料制品的进攻机理 n化学试剂相互作用的方式主要有三种：反应、溶解和增塑。n反应就是一种化学试剂进攻该聚合物的分子链。通过破坏分子链，使分子链的长度极大地变短，这样就降低了聚合物的分子量 n溶解就是塑料溶在化学试剂里 n增塑是当某一种化学试剂易跟某一塑料相混合或易被塑料吸收时才会发生 化学试剂对塑料制品的进攻机理化学试剂对塑料制品的进攻机理n吸湿性塑料会随吸湿的程度产品尺寸的发生变化，体积膨胀增大 n一些增强级树脂的性能一般优于非增强的本体树脂。这是因为加入树脂中与增强材料发生偶联作用。根据树脂里添加剂与增强剂的量，添加剂与增强剂能减少化学试剂的影响，也就使树脂受影响的程度减少，树脂
7、的体积与重量的变化也会减少。（七）环境因素对制品的影响（七）环境因素对制品的影响 n太阳光、辐射、细菌及燃烧不会影响金属的性能。而塑料在某种程度上会受到环境因素的影响。当塑料遇到极度的气候、辐射、细菌、土壤真菌、非易燃性气体及烟气时反应不尽相同，因此，要对每一种环境因素加以分别评估气候条件对制品的影响气候条件对制品的影响 n气候条件通常是与受到太阳直接辐射时塑料抗紫外线辐射的能力n在制品的表面出现了银纹、褪色和粉化;或者通过试验可以发现表面受到影响丧失了一定的硬度 潮气对制品的影响潮气对制品的影响 n所有树脂在加工前必须烘干以减少它们所含的潮气；否则在加工过程中，因潮气的影响树脂的分子链会发生
8、断裂，它们的物理性能就会随之急剧下降。吸湿性材料，尤其是尼龙，在其成型前后必须选择一定的含湿度。成型后的尼龙制品吸收潮气后会降低该制品的拉伸性能而其尺寸变大韧性增加。当产品使用在湿环境下时，根据产品实际使用时所经受的条件，根据经验要调整设计得应力与性能数值。成型制品在它们工作环境下能保持一定时间的性能稳定，它们也能在极湿或极干的条件下使用，但在这两种条件下制品表现出不同的物理性能 湿度对制品的影响湿度对制品的影响 n对吸湿性塑料产品来说，必须要考虑其湿度。设计小组应该知道产品上的水及湿度会对产品有影响并且要从材料供应商那里获得这方面的物理性能数据以便在设计时候考虑这些影响 尼龙6的吸湿速率 湿
9、度对尼龙湿度对尼龙6的影响的影响 常用树常用树脂推荐脂推荐使用的使用的干燥湿干燥湿度度（八）装配对制品的影响（八）装配对制品的影响 n设计小组在装配之前增加一些程序以保护成型产品，以保证最终产品能满足消费者的要求。这些程序包括工序间的产品的传递方式。如果工厂的相对湿度比较高时，所有的塑料产品可能会因吸收了一定的潮气或因表面存在污染物而受到影响。当使用诸如焊接、熔接此类热学方法来装配产品时，潮气会影响到产品的装配操作。在这里，有许多焊接组装零件的方法，可以是摩擦式、超声波式、振动式等方法。制品在成型过程中一定要保持干燥；否则，在焊接处的潮气会因受热而蒸发，就会使连接处变得很脆弱并且出现微孔。设计
10、者可以尝试确定当制品成型后经过其最大DAM条件下处理后，迅速进行焊接装配操作。然而，如果装配的时间较长，就要把制品放入有干燥作用的防潮的袋里，以防潮气在制品的表面上聚集。设计初期注意到这些细节问题和生产工序可以节省时间与成本，并防止以后出现设计问题。（九）装饰对制品影响（九）装饰对制品影响 n装饰一件塑料制品可以使用不同的介质溶液。模内印刷、贴铂、贴标签、印刷、丝网印刷、电镀和油漆等装饰法都是装饰产品并赋予产品上必要的信息（十）细菌与真菌对塑料制品的影响（十）细菌与真菌对塑料制品的影响 n包括丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）、聚氯乙烯（PVC）、氯化聚氯乙烯（CPVC）和聚甲醛在内的许多塑料材料可
11、用在水管管线上。无论是在地上或地下，水管管线必须保持其完整性且不受周围环境的影响。自然卫生基金会列举了这些产品的不同使用用途。材料供应商们已经开发出了能抗化学腐蚀或能抗细菌、真菌或诸如白蚁此类引起的材料的腐败（十一）食品用产品（十一）食品用产品n要与食品接触的材料要求有FDA证明。食品容器或者微波炉加热烤箱里的碟子也必须符合FDA的规定。在平时储存的时候或在加热时，添加剂一定不能析出来；否则，这些添加剂就会污染食品。应该告知产品生产的工厂：注塑用的脱模剂也必须符合FDA要求（十二）塑料的消毒（十二）塑料的消毒 n塑料被广泛应用于医疗和食品的包装上，其中设计的产品60是一次性使用的。应用于医药产
12、品上的塑料必须加以消毒，塑料制品不含添加剂或不能渗透析出到表面。采用特殊配方将塑料树脂制成某些能在食品和医药上使用且能符合FDA标准的塑料制品。n用于食品包装的塑料通常要经过化学洗涤以减少材料内部的添加剂及其组分污染被包装物。医药产品在包装后，要对其进行消毒以防止发生各种污染及细菌进入包装里以保证产品能安全使用。对包装食品树脂消毒的一些方法也可广泛应用于对医药产品的消毒。消毒的类型消毒的类型 n热消毒干热或蒸汽（100度）（现在很少被采用）n气体消毒环氧乙烷消毒（应用在减少）n辐射消毒用射线或电子束辐射消毒（正在为人们所接受）热消毒热消毒 n热或者蒸汽消毒法用于产品需要反复使用的地方（如医院或
13、诊所里）。绝大多数医药产品供应商并不采用这种方法对产品进行消毒。蒸汽消毒由于温度过高而对树脂有选择性地使用，只适用于注射器之类的器械使用。用蒸汽消毒法也会使可重复使用产品的表面出现问题，例如，表面会出现银纹、变硬，这样的话有的材料就会变脆，它们被重复利用的次数就会被减少。只有那些经过认真选择的材料才适合用热或蒸汽消毒法。因而，从健康、可靠性及经济成本的角度出发，绝大多数医药用品是一次性使用的。这些产品也可用ETO消毒法或者辐射消毒法来进行消毒。环氧乙烷消毒法环氧乙烷消毒法 n环氧乙烷是一种无色、有毒气体。它只与惰性气体CO2混合起来对产品进行消毒。当产品用多孔薄膜包装的时候，ETO气体很容易进
14、入到薄膜里杀死产品上所有细菌或外表面的生物。必须把产品置于相对湿度为3060相对湿度下调整，可使ETO气体在消毒压力容器中很容易地渗透到制品的表面。用ETO气体给产品消毒的时间长短取决于产品的密度、所使用的材料及其厚度。在消毒后，产品必须一直放在容器里直至ETO气体全部散发完毕。这就是为什么ETO消毒法的应用迅速减少的一个主要缺点 辐射消毒法辐射消毒法 n医药用品广泛地采用塑料树脂材料。在采用辐射消毒这种消毒方法时必须知道如何消除在消毒过程中出现的任何有关产品方面的问题。当塑料受到原子辐射时，塑料的强度会增加；但是如果辐射的时间过长的话，塑料材料就会变脆而丧失一定的强度。射线辐射主要用于需要包
15、装的食品和消毒医药用品。对薄膜表面进行的研究表明该消毒方法会影响塑料的化学结构并且对塑料的物理性能有不利的影响。如果设计者设计出的产品实际是在有辐射的环境下使用时，设计者应该向自己的材料供应商咨询，以保证树脂受到的辐射的类型及时间是在该材料允许的范围内。射线辐射消毒法射线辐射消毒法 n射线辐射消毒是花费最小、工序最小的一种消毒方法。该消毒方法要求在消毒前将产品封闭使之不透气。射线辐射需要几个小时才能完成消毒全过程。可用钴60或者铯137产生的射线来辐射产品。射线很容易射入到薄厚不同的产品里，射入的方向是四面八方的。产品的辐射取向不会影响消毒的效果。消毒的时间与产品吸收的辐射剂量有关。射线消毒是
16、在低温下操作的，温度要低于100华氏度，这种消毒方法适用于所有塑料材料。电子束辐射消毒法电子束辐射消毒法 n电子束辐射杀毒的速度要快于射线杀毒。用一束简单的电子束集中投射在产品上，能使产品的温度升高1020度。消毒速度非常快，只要几分钟就可以对产品进行杀毒。因为它是直接对准产品，所以可以通过一定的控制手段使辐射的时间及产品受影响的程度降到最小。这种方法比ETO更容易控制。表6.4列举了一些在医药方面应用的材料受到辐射作用的情况。环氧乙烷、伽马射线和蒸汽消毒的比较环氧乙烷、伽马射线和蒸汽消毒的比较 基本特征基本特征环氧乙烷环氧乙烷伽马射线伽马射线加热加热/蒸汽蒸汽物理参数物理参数微生物控制微生物
17、控制产品混合产品混合构成材料构成材料包装包装照射照射成本成本可靠性可靠性时间、温度、湿度、时间、温度、湿度、压力和压力和ETO浓度浓度基本的基本的单一产品单一产品大多满足大多满足有孔有孔每批每批好好好好时间时间不要求不要求混合产品混合产品大多满足大多满足尽可能密封尽可能密封每批或连续每批或连续非常好非常好非常好非常好时间和温度时间和温度不要求不要求混合产品混合产品选择性选择性没有没有低低好好辐射对塑料的影响透明塑料 n透明塑料在结构上是无定形的；通过一定的改性，能增加透明材料的冲击强度、改善其高热变形性并且使其在高温下使用时具有更好的抗化学腐蚀能力。透明塑料产品设计需要考虑的因素 n二次加工所需的洞及开口都要在产品设计中体现出来。n产品厚度的突然改变会使产品的截面出现空穴。n在制品上留有浇口痕迹，所以要把这些痕迹放到远离人视线的位置。n在制品上可能会观察到类似与裂缝的流动线或熔接线。安装操作需要避免的事项n用自攻螺丝钉（如果有必要的话可在模内成型）；用嵌件插入作为连接；当采用超声波焊接时，在焊接的端面上由于熔化和固化的作用可能有看得到的云雾状；如果可能的话，可以跟材料供应商核实一下材料是否可以进行的溶剂粘接性；n正确选择一种透明的塑料是建立在项目的总体要求、产品的透明性、其使用功能、生产产品的能力、产品的装配和最终成本的综合基础上。ENDn2005.11.28
