塑胶产品结构设计 之 材料与厚度
3C电子产品工程师 结构件设计，开发，制造，FATP组装万名工程师聚集地！166篇原创内容公众号常用注塑材料一、塑料基本概念1．高分子高分子是由含有可反应功能团的一种或几种称为单体的小分子物质，按照某种规律通过化学键连接起来的巨型分子。由高分子所组成的物质叫做高分子化合物，又称为高聚物或聚合物，它与低分子化合物相比有如下特点：（1）它们都是由成千上万的原子以共价键相结合起来的大分子所组成的物质；（2）分子量很大，一般可自几万或几十万、几百万、甚至上千万。而普通低分子的分子量只有几十或几百；（3）分子量具有多分散性，即分子量是不匀一的。2．塑料塑料一般指以合成或天然的高分子化合物（树脂）为基本成分，可在一定条件下塑化成型，而产品最终形状能保持不变的材料。它的组成除了高聚物为主要成分外，还根据需要可能含有某些具有特定用途的助剂。助剂主要有填料、增塑剂、着色剂、稳定剂等。作为塑料基本成分的高聚物，习惯上成为树脂。二、塑料分类塑料有多种分类方法。一般说来，有以下两种。1．按照塑料的使用特性分类可分为通用塑料、工程塑料和功能塑料。（1）通用塑料 一般作为非结构材料，其产量大，价格低，但性能一般。主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料等。（2）工程塑料 一般是指可以作为结构材料，能在较广的温度范围内承受机械应力和较为苛刻的化学物理环境中使用的材料，如聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯、聚甲醛和聚苯醚等。它们与通用塑料相比，具有优异的机械性能、电性能、化学性能、耐热性、耐磨性和尺寸稳定性等。（3）功能塑料 是指用于特种环境下的具有特种功能的塑料。如医用塑料、光敏塑料等。2．按受热所呈现的基本行为分类可将塑料分为热固性塑料和热塑性塑料。（1）热塑性塑料在特定温度范围内，能反复加热软化和冷却硬化的塑料。类塑料基本是以聚合反应所得到的树脂为基础制成的，受热时不产生化学交联。因而当它再一次受热时仍具有可塑性，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等。（2）热固性塑料是指受热后能成为不熔性物质的塑料。这类塑料基本以缩聚反应所得到的树脂为基础制成，受热时发生化学变化使线型分子结构的树脂转变为体型结构的高分子化合物，当它再一次受热时就不再具有可塑性，如酚醛塑料、氨基塑料等。材料的选取a. ABS高流动性，便宜，适用于对强度要求不太高的部件（不直接受冲击，不承受可靠性测试中结构耐久性的部件），如内部支撑架（键板支架、LCD支架）等。还有就是普遍用在电镀的部件上（如按钮、侧键、导航键、电镀装饰件等）。目前常用奇美PA-757、PA-777D等 。ABS树脂采用乳液、本体或悬浮聚合法合成，也可用机械混炼接枝法生产。ABS共聚树脂表现出三种单体均聚物的协同性能。丙烯腈使聚合物耐油、耐热、耐化学腐蚀；丁二烯使聚合物具有卓越的柔性、韧性；苯乙烯赋予聚合物以良好的刚性和加工熔融流动性。ABS树脂有高的坚韧性、刚性和化学稳定性，兼有一定耐热性和耐油性。改变三种单体的比例和相互的组合方式，以及采用不同的聚合方法和工艺，可以较宽地适应产品性的变化，可获得各种产品以适应多方面用途的需要。ABS以突出的力学性能和综合性能，成为重要的工程塑料。例好制造汽车零件、电器外壳、电话机、旅行箱、安全帽等。ABS的表面电镀制品广泛地代替金属用于电器设备、日用制品。b. PC ABSPC/ABS，聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物，是由聚碳酸酯（Polycarbonate）和聚丙烯腈（ABS）合金而成的热可塑性塑胶，结合了两种材料的优异特性，ABS材料的成型性和PC的机械性、冲击强度和耐温、抗紫外线（UV）等性质，可广泛使用在汽车内部零件、商务机器、通信器材、家电用品及照明设备上。流动性好，强度不错，价格适中。适用于作高刚性、高冲击韧性的制件，如框架、壳体等。常用材料代号：拜尔T85、T65。c. PC高强度，价格贵，流动性不好。适用于对强度要求较高的外壳、按键、传动机架、镜片等。常用材料代号如：帝人L1250Y、PC2405、PC2605。聚碳酸酯（PC）按结构可分为脂肪族、脂环族、芳香簇等多种类型的聚碳酸酯。目前的主要品种是双酚A型聚碳酸酯，属于芳香族碳酸酯。PC的成型加工性能优良，可用注塑、挤出等方法成型。在玻璃化温度与熔融温度之间，PC呈现高弹态；在170——220℃之间，可采用吹塑和辊压等方法成型。而在室温下，聚碳酸酯具有相当大的强迫高弹形变能力和很高的冲击韧性，因此可进行冷压、冷拉、冷辊压等冷成型加工。d. POM具有高的刚度和硬度、极佳的耐疲劳性和耐磨性、较小的蠕变性和吸水性、较好的尺寸稳定性和化学稳定性、良好的绝缘性等。常用于滑轮、传动齿轮、蜗轮、蜗杆、传动机构件等，常用材料代号如：M90-44。e. PA坚韧、吸水、但当水份完全挥发后会变得脆弱。常用于齿轮、滑轮等。受冲击力较大的关键齿轮，需添加填充物。材料代号如：CM3003G-30。f. PMMA聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA） 是丙烯酸类树脂中最重要的一种，俗称有机玻璃，相对分子质量为50万—100万。有极好的透光性，在光的加速老化240小时后仍可透过92%的太阳光，室外十年仍有89%，紫外线达78.5% 。机械强度较高，有一定的耐寒性、耐腐蚀，绝缘性能良好，尺寸稳定，易于成型，质较脆，常用于有一定强度要求的透明结构件，如镜片、遥控窗、导光件等。常用材料代号如：三菱VH001。壳体的厚度a. 壁厚要均匀，厚薄差别尽量控制在基本壁厚的25%以内，整个部件的最小壁厚不得小于0.4mm，且该处背面不是A级外观面，并要求面积不得大于100mm²。b. 在厚度方向上的壳体的厚度尽量在1.2~1.4mm，侧面厚度在1.5~1.7mm；外镜片支承面厚度0.8mm，内镜片支承面厚度最小0.6mm。c. 电池盖壁厚取0.8~1.0mm。d. 塑胶制品的最小壁厚及常见壁厚推荐值见下表。塑料料制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值(单位mm)工程塑料最小壁厚小型制品壁厚中型制品壁厚大型制品壁厚尼龙(PA)0.450.761.502.40~3.20聚乙烯(PE)0.601.251.602.40~3.20聚苯乙烯(PS)0.751.251.603.20~5.40有机玻璃(PMMA)0.801.502.204.00~6.50聚丙烯(PP)0.851.451.752.40~3.20聚碳酸酯(PC)0.951.802.303.00~4.50聚甲醛(POM)0.451.401.602.40~3.20聚砜(PSU)0.951.802.303.00~4.50ABS0.801.502.202.40~3.20PC ABS0.751.502.202.40~3.20厚度设计实例塑料的成型工艺及使用要求对塑件的壁厚都有重要的限制。塑件的壁厚过大，不仅会因用料过多而增加成本，且也给工艺带来一定的困难，如延长成型时间（硬化时间或冷却时间）。对提高生产效率不利，容易产生汽泡，缩孔，凹陷；塑件壁厚过小，则熔融塑料在模具型腔中的流动阻力就大，尤其是形状复杂或大型塑件，成型困难，同时因为壁厚过薄，塑件强度也差。塑件在保证壁厚的情况下，还要使壁厚均匀，否则在成型冷却过程中会造成收缩不均，不仅造成出现气泡，凹陷和翘曲现象，同时在塑件内部存在较大的内应力。设计塑件时要求壁厚与薄壁交界处避免有锐角，过渡要缓和，厚度应沿着塑料流动的方向逐渐减小。
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