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工程材料概论


塑料在工业设计中的应用

摘要: 工业设计是一项专门的服务型工作,为使用者和生产者双方的利益而对产 品和产品系列的外型, 功能和使用价值进行优选。 在工业设计中难免要使用材料, 说到材料, 塑料就是一种应用很好的工业设计中所用的材料,塑料在工业设计中 应用还是很广泛的。 关键词:塑料;使用价值;工业设计;广泛应用

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>前言
塑料是重要的高分子材料,始创于 1907 年。经过百年的发展,从人们的日

常生活到国家的国防建设, 到处都能看到塑料的身影。这种人工合成材料在人类 发展历史上扮演了重要的角色, 不仅极大地丰富了人们的物质需求,也潜移默化 地影响着人们的消费观念。毫不夸张地说,当今世界就是一个塑料的世界。塑料 的种类很多, 按照用途可分为通用塑料和工程塑料;按照加热时的表现则可分为 热固性塑料和热塑性塑料。与其它材料相比,塑料容易成形、强度高、质量轻、 性能稳定、有多种表现形式、适合批量生产,因此成为备受设计师青睐的造型材 料。

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塑料的分类
塑料的种类很多, 到目前为止世界上投入生产的塑料大约有三百多种。塑料

的分类方法较多,常用的有两种: (1) 根据塑料受热后的性质不同分为热塑性塑料和热固性塑料。 例如: 聚氯乙烯、 聚乙烯、聚苯乙烯等是热塑性塑料;热固性塑料有酚醛塑料、氨基塑料、环 氧树脂等。 (2) 根据塑料的用途不同分为通用塑料和工程塑料。例如:聚烯烃、聚苯乙烯、 酚醛塑料、氨基塑料五大品种都是通用塑料;聚酰胺、聚碳酸酯、ABS 树脂、 聚四氟乙烯等都是工程塑料。

2.1 塑料在工业中的价值特性
2.1.1 各种塑料在产品中的应用及应用范围 (1) ABS

丙烯腈-- 丁二烯 --苯二烯(ABS)共聚物 性质:丙烯腈提供耐热及抗化性,丁二烯提供韧性及耐冲击性,苯乙烯提供 延展性及加工性。 优点:坚硬,易压出、易染色、难燃、耐冲击、表面性佳。 缺点:耐溶剂性差、低介电强度、低拉伸率。 用途:机械工业领域:用来制造齿轮、轴承、把手、管道、机器外壳等; 电子电器领域:利用良好的电绝缘性能,制作电讯器材和电动机器等。如用 ABS 塑料制造各种电话机、听柄、指孔盘、手持话筒、手柄等,还可以制造吸尘 器、洗衣机、打字机、计算机、仪器表、电风扇、电吹风的外壳和零部件。另外 ABS 塑料具有耐冷冻剂的腐蚀性能,并且无毒、无味,而且耐低温,非常适合于 制造冷冻机、冷冻汽车、电冰箱、冷藏库上的许多部件和制品,如作电冰箱、冷 冻汽车上的门、壁板、衬里等; 汽车工业领域:制作方向盘、手柄、仪表盘、汽车外壳等; 航空工业领域:ABS 塑料在飞机上应用正逐渐增加,如用 ABS 塑料做机舱的 花纹装饰、仪表盘、机罩等,可以减轻飞机重量; 其他方面:可以制造各种用途的管材、容器、乐器、文具、玩具、家具、自 行车等。 (2) PP(聚丙烯) 塑胶分类标志中,代码是 5 性质:极轻之塑料,密度仅为 0.9g/cm3 加工性质毋须预热干燥 优点:易染色、耐湿性佳、耐化性佳、高铰链特性、耐冲击性 缺点:复杂之异形押出不易、易被紫外线分解、不易接合、易氧化 用途: 包装领域:聚丙稀薄膜、纺织袋和注塑、吹塑制品是重要的包装产品,广泛 用于食品、烟草、纺织品、医疗用品、运输、日用品的包装上。聚丙烯中空包装 制品的透明性、力学性能和空气阻隔性良好。

汽车领域:在汽车中使用的塑料品种多样,主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙 烯、聚酰胺等,而聚丙烯的使用量占第一位,其中 80%-90%为注塑制品。聚丙烯 用于制造汽车的内、外装件,如方向盘、座椅靠背、行李架、窗框和灯罩等; 电器和电子领域:用于制作各种家用电器外壳、电器设备零件; 建筑领域:用于制造模板、饮水管、暖气管等; 用于制造塑料家具、玩具、餐具、灯具等; 用于制作新兴的纺织品聚丙烯无纺布。 聚丙烯无纺布应用于室内装饰 (桌布、 窗帘等),医疗用品(手术衣,口罩等),还可以制成衣服、毯子、蚊帐、运动 用品、滤布、防水布等。 (3)PA(聚酰胺、尼龙 Nylon) 性质: 结晶性热可塑性塑料, 有明显熔点, Nylon6 Tm 为 220~230℃, Nylon66 则为 260~270℃,Nylon 本身具吸水基故有吸水性,成形前须干燥,温度过高干 燥则尼龙粒变色。 优点:具高抗张强度、耐韧、耐冲击性特优、自润性、耐磨性佳、耐药性优、 低温特性佳、具自熄性。 缺点:尼龙吸湿性高、长期尺寸精密度及物性受影响。 用途:电子电器:连接器、卷线轴、定时器、护盖断路器、开关壳座。 汽车:散热风扇、门把、油箱盖、进气隔栅、水箱护盖、灯座。 工业零件:椅座、自行车框、溜冰鞋底座、纺织梭、踏板、滑轮。 (4) PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯 雅克力有机玻璃) 性质:非晶体聚合物,92%光线穿透率,热变性温度介于 74℃~102℃间 收 缩率 0.4-0.7% 合适的薄厚 1.5-4mm 优点:高光学透明性在光的加速老化 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%、耐候性佳、刚性佳、易染色机械强度较高,

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,易熔 于有机溶剂 缺点:耐化性差、长期时用温度最高 93℃、应力集中处,较易碎化、表面 硬度不够,易擦毛 用途:灯罩、窗玻璃、标示牌、光学透镜、硬式隐形眼镜、汽车零件。 2.1.2 塑料在工业设计中的应用实例 (1)产品名称: “生态”垃圾桶

设计者:劳尔·巴别利 分析:设计师设计这款垃圾桶是想使其成为一个清洁、小巧、有亲和力的产 品。它分为三个部分:最大的是废料桶,小的是生态桶,可以放在大桶的里面, 以及外沿。使用了不透明的 ABS 塑料,内壁经过了抛光处理,光滑的表面更加易 于清理。

(2)产品名称:爱国者 V1000 数码相机

制造商:爱国者 分析:这款国产的 1000 万像素的数码相机,给人的第一感觉比较厚重,不 同于其他国外生产的 1000 万像素的卡片机。机身采用工程塑料,经过磨砂处理 以减少塑料的感觉。 整个机身除了镜头周围的一圈是金属材质外,其余都是电镀 了金属层的塑料部件。从它的材质来看,与它 1000 万像素的配置有些不符。

(3)产品名称:镜球灯

设计者:汤姆·迪克森 分析:镜球灯看起来像是金属做的,实际上它的材质是塑料,只是它们被进 行了金属工艺的处理,形成了镜子般的效果。这样的表面是灯的外观具有了反射 的效果,具有强烈的太空感。该系列灯具分为吊灯、落地灯、桌面灯和地面灯好 几种。 (4)产品名称: “Bombori”吊灯

设计师:爱德华.凡.费莱特(荷兰) 分析:单从设计造型来说,这款灯并不简洁。带子和副翼控制灯光从这个极 不寻常的织物做的灯笼中发射出来的。 也可以透过两个彩色或白色的耐热有机玻 璃盘投射出来。灯罩的上半部分和下摆是用涂银的尼龙(也有彩色的、白色的) 制作而成。 (5)产品名称:"E.T.A 外太空提案天使"落地灯

设计师:古利艾尔莫.伯奇西(意大利) 分析:这款灯具通过各种手工的生产方法,如:注塑成型、焊接、激光切割 等,用树脂模具制成。产生的结果是迷人的、细长、高挑的灯具。有各种明亮的 色彩。可拆卸的中央电缆柱心,使维护工作变得容易。生产中要在灯体上涂饰两 层保护性的烘干漆,对树脂灯体作特殊的无毒处理。

3 结论
塑料虽然是廉价的人造物, 但是它所带来的价值一点都不廉价。经过不同的 表面处理,它能体现出丰富多彩的变化,能够模仿其它材质,从而减少不必要的 浪费,为产品带来更高的附加值。科技是在不断进步的,关于塑料表面处理的技 术在不断地发展。 同时设计是无止境的,富于创意的设计师会利用不断更新的技 术, 把塑料的特性发挥地更加淋漓尽致,使塑料在工业设计中的应用范围更加的 广泛而有价值。

参考文献

[1] 刘亚青,刘亚群.工程塑料配方设计与配方实例.化学工业出版社.2006,6 [2] 陈祥宝.塑料工业手册.化学工业出版社 2001,1 [3] 张佐光.新材料与应用技术丛书——功能复合材料 .化学工业出版 社.2004,9 [4] 布赖恩·哈里斯[著].陈祥宝张宝艳[译]工程复合材料(原著第二版).化 学工业出版社,材料科学与工程出版中心.2004,6 [5] (奥)J.谢尔斯, (美)D.B.普里迪[著]高明智[译].现代苯乙烯系聚合物. 化学工业出版社.2004,1


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