塑料性能數(shù)據(jù)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)

1、塑料性能數(shù)據(jù)和產(chǎn)品設(shè)計(jì),性能數(shù)據(jù)說(shuō)明了什么,所有這些材料數(shù)據(jù)值都是通過(guò)使用符合最佳測(cè)試要求的樣本進(jìn)行采集的. 實(shí)際塑料件的性能很少能夠達(dá)到數(shù)據(jù)表中所給出的性能數(shù)據(jù)值. 性能數(shù)據(jù)值不能直接用于產(chǎn)品設(shè)計(jì), 除非此產(chǎn)品的應(yīng)用條件與性能測(cè)試條件在尺寸, 形狀, 應(yīng)變能力和溫度等方面都近似的情況下. 性能數(shù)據(jù)值可以用于對(duì)不同材料的性能進(jìn)行應(yīng)用前的預(yù)先的比較. 為在盡可能全面地使用材料各種性能, 設(shè)計(jì)師必須理解性能數(shù)據(jù)值的局限性,

2、塑料的種類(lèi)和最終使用條件.,典型性能數(shù)據(jù)表,典型性能數(shù)據(jù)表,主要性能包括以下幾種類(lèi)型: 流變性能 機(jī)械性能 熱性能 電性能 其他性能,典型性能數(shù)據(jù)表,流 變 性 能,SPIRAL-FLOW螺旋流動(dòng),Cavity half of spiral-flow mold.,螺旋流動(dòng)的長(zhǎng)度表示材料在規(guī)定的壁厚和加工條件的情況下的流動(dòng)長(zhǎng)度.,MELT FLOW RATE熔融指數(shù),Schematic of melt flow rat

3、e test apparatus,熔融指數(shù)( 質(zhì)量或體積 ) 是指10分鐘內(nèi)樹(shù)脂在一定載荷的作用下通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)口模的量. 試驗(yàn)是在單一的溫度和載荷下進(jìn)行的. 不考慮剪切應(yīng)力和溫度對(duì)粘度的影響. 無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)在實(shí)際模具中的流動(dòng)性. 是檢驗(yàn)各批產(chǎn)品質(zhì)量一致性或快速檢驗(yàn)材料產(chǎn)品是否降解的良好途徑.,VISCOSITY粘 度,材料的粘度是材料流動(dòng)的內(nèi)部阻力,決定了模具充填率. 溶解在溶劑里聚合物的粘度間接提供了測(cè)量基本樹(shù)脂分子量和相

4、關(guān)熔融流動(dòng)性能的可能性. 相對(duì)粘度是指按特定濃度稀釋的聚合物溶液與溶劑粘度的比值, 通常作為樹(shù)脂生產(chǎn)時(shí)的品質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn).,VISCOSITY VERSUS SHEAR-RATE粘度與剪切應(yīng)力的關(guān)系,粘度與剪切應(yīng)力的關(guān)系曲線(xiàn)在熱塑性材料成型性比較方面比熔融指數(shù)更實(shí)用, 但是很少被用于材料的選擇上. 這些數(shù)據(jù)主要用于模具充填計(jì)算機(jī)仿真程序中.,SHRINKAGE收 縮,塑料在熱成型加工的冷卻階段會(huì)有明顯的收縮. 模具設(shè)計(jì)師必須使

5、用材料收縮率來(lái)補(bǔ)償熱成型加工階段的產(chǎn)品收縮.,[ (模具尺寸) - (產(chǎn)品尺寸) ] (模具尺寸),,收縮率 =,*這些值通常用百分比或長(zhǎng)度/單位長(zhǎng)度來(lái)表示.,典型性能數(shù)據(jù)表,機(jī) 械 性 能,TENSILE PROPERTIES拉 伸 性 能,試驗(yàn)裝置和標(biāo)準(zhǔn)試樣用于測(cè)試絕大部分塑料的拉伸強(qiáng)度.,拉伸性能可以用來(lái)比較不同材料的強(qiáng)度和剛性. 剛性熱塑性塑料拉伸測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)是 ASTM D638 和 ISO52

6、7. 對(duì)于玻纖增強(qiáng)材料的拉伸速度為 5mm/min , 非增強(qiáng)材料為 50mm/min.,TENSILE PROPERTIES拉 伸 性 能,STRAIN,STRESS,屈 服 應(yīng) 力指在應(yīng)變應(yīng)力曲線(xiàn)上斜率為 0 時(shí), 對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值.斷 裂 應(yīng) 力指拉伸試樣在恒定的拉伸速度下發(fā)生斷裂時(shí), 所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力.拉 伸 模 量 指在應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)上比例極限下,應(yīng)力應(yīng)變的比值. 其用于測(cè)量材料的剛性.,典型非增強(qiáng)塑料的應(yīng)

7、力應(yīng)變曲線(xiàn).,屈服點(diǎn)延伸率指屈服點(diǎn)的應(yīng)變值. 它決定了材料在不發(fā)生屈服的情況下所能承受的小且持久載荷下變形的上限值.斷裂延伸率指材料在斷裂時(shí)伸長(zhǎng)的百分比.脆性材料會(huì)在低應(yīng)變水平下發(fā)生斷裂. 韌性材料和彈性材料在斷裂前可以承受較高的應(yīng)變.,STRAIN,STRESS,TENSILE PROPERTIES拉 伸 性 能,典型非增強(qiáng)塑料的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn).,TENSILE PROPERTIES拉 伸 性 能,這些典型曲線(xiàn)說(shuō)

8、明不同的材料具有不同的應(yīng)力應(yīng)變性能.,FLEXURAL PROPERTIES 彎曲性能,彎曲性能體現(xiàn)了塑料在負(fù)載下的彎曲或抗彎曲性能。 彎曲性能的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法使用ASTM D790 或 ISO 178. 對(duì)于玻纖增強(qiáng)材料彎曲速度通常為 2mm/min。 對(duì)于非增強(qiáng)材料彎曲速度通常為 20 mm/min。 彎曲模量是應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)上塑性段的應(yīng)力對(duì)應(yīng)變的比例。,彎曲試驗(yàn)的設(shè)定和樣條在負(fù)載下的應(yīng)力分布。,IMPACT PROPERTI

9、ES沖擊性能,沖擊強(qiáng)度，塑料產(chǎn)品吸收和消耗能量的能力，它因產(chǎn)品的形狀，厚度和所處溫度的不同而不同。當(dāng)沖擊性能用于某些應(yīng)用時(shí)，測(cè)試結(jié)果因產(chǎn)品的實(shí)際特性而很難直接應(yīng)用。 通常，沖擊強(qiáng)度和拉伸模量提供了塑料的基本機(jī)械性能。 高沖擊強(qiáng)度＋高拉伸模量 = 堅(jiān)韌材料 高沖擊強(qiáng)度＋低拉伸模量 = 韌性材料 低沖擊強(qiáng)度＋高拉伸模量 = 脆性材料,IMPACT PROPERTIES 沖擊性能,Izod and Charpy 沖擊試驗(yàn)。,試驗(yàn)

10、方法: Izod - ASTM D256, ISO 180 Charpy - ISO 179,聚碳酸酯的Izod沖擊強(qiáng)度受缺口半徑的影響。,典型性能數(shù)據(jù)表,熱性能,負(fù)載下的熱變型溫度(DTUL),DTUL 或 HDT 用于預(yù)測(cè)在規(guī)定的測(cè)試條件下材料在負(fù)載下的溫度特性。 該值不代表某一特定材料或應(yīng)用的上限溫度。 成型條件，樣條的制備和樣品厚度極大地影響著 DTUL/HDT 值。 謹(jǐn)慎比較來(lái)自不同實(shí)驗(yàn)室和供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)。,負(fù)載下

11、的熱變型溫度(DTUL),樣條承受的外部纖維應(yīng)力為66 或 264 psi (0.455或1.82Mpa ). 測(cè)試箱內(nèi)的溫度以 20 C /分鐘的速度上升直到樣條彎曲達(dá)到0.010英寸。Test Methods : ASTM D 648 -樣條厚度 1/8 ～ 1/2 英寸 ( 3.2 to 12.7mm ) 支撐腳間距為4 英寸。 ISO 75 -樣條厚

12、度 110 x 10 x 4 mm 支撐腳間距為 100 mm 。 -樣條厚度 80 x 10 x 4mm 支撐腳間距為 64mm 。,熱變型溫度(DTUL)所用試驗(yàn)儀器,維卡軟化溫度,通過(guò)一個(gè)帶有輕微負(fù)載(10N或50N)的探針刺入塑料所達(dá)到的溫度來(lái)顯示塑料的熱性能。 用于表征短期，高溫性能。 對(duì)于樣品的厚度和成型條件不象DTUL那么敏感。,維卡軟化溫度,用一根橫截面為1

13、mm2扁平探針接觸塑料樣條并浸入加熱池中。在探針上加以規(guī)定負(fù)載(10N或50N)后,油浴箱以緩慢恒定的速度升溫 ( 50 K/h or 120 K/h )。維卡軟化溫度是當(dāng)探針刺入0.04英寸(1mm)深度時(shí)油浴箱的溫度。測(cè)試方法: ASTM D 1525 ISO 306,維卡軟化點(diǎn)試驗(yàn)儀器,不同產(chǎn)品選材的重點(diǎn),以塑代鋼,以塑代鋼的意義：降低重量增加設(shè)計(jì)自由度，整合零件增加加工效率降低原料成本（材料回用）降低加工成本

14、降低運(yùn)輸成本降低成品維護(hù)成本降低綜合成本,不同產(chǎn)品選材的重點(diǎn),以塑代鋼,考慮：耐溫結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)耐磨性可裝卸性環(huán)境:高低溫耐化學(xué)性成本,1X 1.5X 13.3X 27X 30X,不同加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)帶來(lái)不同剛性表現(xiàn),不同產(chǎn)品選材的重點(diǎn),外觀(guān)件,考慮：強(qiáng)度光澤硬度透明性耐刮擦性成型性耐化學(xué)性著色性電鍍/噴涂--免噴涂材料抗UV 耐鹽霧性成本

15、 密度,電子電器零件,考慮：耐溫絕緣性 耐電弧性 UL94 CTI阻燃性 UL94 HB V2 V1 V0,功能件考慮：耐溫強(qiáng)度尺寸穩(wěn)定性抗沖擊性耐磨性抗靜電 導(dǎo)熱,產(chǎn)品設(shè)計(jì),,制品設(shè)計(jì)要求,功能要求制造要求,功能要求,首先:?性能?結(jié)構(gòu)?裝配?外觀(guān)其次:?成本,產(chǎn)品制造要求,流動(dòng) / 充模冷卻頂出操作,塑料制品設(shè)計(jì)人員的首要原則,保持均勻一致的壁厚,結(jié)晶型塑料在厚壁處具有

16、更大收縮,,,Thick,Thin,,Shrinkage,,壁厚不均勻可能引起的后果,,,,,,,,,?,內(nèi)應(yīng)力翹曲縮孔空洞尺寸偏差大,壁厚不均勻可能引起的后果,去除壁厚不一致的部分,,改良后的設(shè)計(jì),壁厚的不一致不可避免時(shí)采用逐步過(guò)渡,,,,,尖角,不良設(shè)計(jì),,,3t,,可以接受的設(shè)計(jì),但有可能仍有問(wèn)題,,t,,,,最好是采用相同壁厚的設(shè)計(jì),盡量避免不一致的壁厚,,,,,,,,,,,,,,,,,,不好,不好,不好,好,好,

17、A = B,好,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,B,A,B,,,塑料制品設(shè)計(jì)的第二個(gè)原則 避免尖角,圓角半徑對(duì)應(yīng)力集中系數(shù)的影響,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,54321,P=所施加的荷載R=圓角半徑T=厚度,Stress Concentration Factor (K),R / T,,,,,,,R,P,T,不良設(shè)計(jì),改進(jìn)的設(shè)計(jì),,,,,,,外角,內(nèi)角,容易引

18、起高應(yīng)力集中,, 充模流向亂, 翹曲可能性大,Parts mustfit snugly,,尖角,不良設(shè)計(jì),改進(jìn)的設(shè)計(jì),肋與加強(qiáng)筋,理想的肋結(jié)構(gòu),,,,,,,,Radius 1/2t,3tmax.,1/2 t - 2/3 t,t,,1/4° Draft,,,,肋的設(shè)計(jì)對(duì)制品重量和強(qiáng)度的影響,肋的使用可以大大提高產(chǎn)品剛性,肋部增加剛性 A,邊緣增加剛性 B,轉(zhuǎn)角增加剛性 C,獲得良好剛性的邊緣設(shè)計(jì),,,,,,

19、,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,肋,好處壞處更大的或翹曲相當(dāng)?shù)膭傂怨?jié)約材料縮孔成型周期短脫?？赡苡袉?wèn)題有可能改善更多的熔接痕充模流動(dòng)性,,翹 曲,引起翹曲的原因,不一致的壁厚各向異性的收縮行為 成型加工條件模具設(shè)計(jì),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,應(yīng)力集中,縮痕,翹曲,,合理的設(shè)計(jì),,,,,,,,均勻壁厚或逐步過(guò)渡,,不良設(shè)計(jì),均勻一致的壁厚,壁厚不一致,,,,,,,,,,尾部向內(nèi)翹

20、曲,熔體充模流動(dòng)方向,,澆口,混亂的流向使玻纖在轉(zhuǎn)角處不規(guī)則排布,差,好,,各向異性的收縮行為,由于轉(zhuǎn)角處的流向差異產(chǎn)生的翹曲現(xiàn)象,各向異性的收縮行為,非增強(qiáng),玻纖增強(qiáng)改性,礦物增強(qiáng)改性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Flow,,,,,流動(dòng)方向,,,橫向,,Transverse,澆口,澆口,Gate,聚合物取向,玻纖取向,MineralReinforcementOrientation,模具收縮,成型后收縮,,,Fl

21、ow,,,Transverse,各向異性的取向行為,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,壓縮,拉伸,Delrin® 500Stress / Strain Curve 0.2 in / min strain rateat 70°F,,Strain (%),Stress, (psi),,,,,,,成型工藝條件,熔體溫度模具溫度注射保壓時(shí)間,不一致的冷卻也會(huì)導(dǎo)致不一致的收

22、縮行為,底面收縮更大,較低的溫度,較高的溫度,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,非增強(qiáng)的等級(jí),模具設(shè)計(jì)的影響,熔接痕,,,澆口位置所導(dǎo)致的變形因素,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Core,Gate,Gate,Gate,產(chǎn)生偏心現(xiàn)象,易困氣,,流動(dòng)平衡無(wú)偏心現(xiàn)象,側(cè)澆口,末端澆口,由于澆口位置和澆口數(shù)量產(chǎn)生的翹曲,對(duì)環(huán)形制品, 由于澆口的形狀不同,最終產(chǎn)品的圓度也會(huì)受影響,Edge GatePin-Po