塑料性能数据及产品设计

塑料性能数据和产品性能数据说明了什么 所有这些材料数据值都是通过使用符合最佳测试要求的样本进行采集的. 实际塑料件的性能很少能够达到数据中所给出的性能数据值. 性能数据值不能直接用于产品设计,除非此产品的应用条件与性能测试条件在尺寸,形状,应变能力和温度等方面都近似的情况下. 性能数据值可以用于对不同材料的性能进行应用前的预先的比较. 为在尽可能全面地使用材料各种性能,设计师必须理解性能数据值的局限性,塑料的种类和最终使用条件.典型性能数据表典型性能数据表主要性能包括以下几种类型: 流变性能 机械性能 热性能 电性能 其他性能典型性能数据表流变性能SPIRAL-FLOW螺旋流动Cavityhalfofspiral-flowmold.螺旋流动的长度表示材料在规定的壁厚和加工条件的情况下的流动长度.MELTFLOWRATE熔融指数Schematicofmeltflowratetestapparatus熔融指数(质量或体积)是指10分钟内树脂在一定载荷的作用下通过标准口模的量. 试验是在单一的温度和载荷下进行的. 不考虑剪切应力和温度对粘度的影响. 无法准确预测在实际模具中的流动性. 是检验各批产品质量一致性或快速检验材料产品是否降解的良好途径.VISCOSITY粘度 材料的粘度是材料流动的内部阻力,决定了模具充填率. 溶解在溶剂里聚合物的粘度间接提供了测量基本树脂分子量和相关熔融流动性能的可能性. 相对粘度是指按特定浓度稀释的聚合物溶液与溶剂粘度的比值,通常作为树脂生产时的品质控制标准.VISCOSITYVERSUSSHEAR-RATE粘度与剪切应力的关系粘度与剪切应力的关系曲线在热塑性材料成型性比较方面比熔融指数更实用,但是很少被用于材料的选择上.这些数据主要用于模具充填计算机仿真程序中.SHRINKAGE收缩塑料在热成型加工的冷却阶段会有明显的收缩.模具设计师必须使用材料收缩率来补偿热成型加工阶段的产品收缩. [(模具尺寸)-(产品尺寸)] (模具尺寸)收缩率=*这些值通常用百分比或长度/单位长度来表示.典型性能数据表机械性能TENSILEPROPERTIES拉伸性能试验装置和标准试样用于测试绝大部分塑料的拉伸强度. 拉伸性能可以用来比较不同材料的强度和刚性. 刚性热塑性塑料拉伸测试的标准是ASTMD638和ISO527.对于玻纤增强材料的拉伸速度为5mm/min,非增强材料为50mm/min.TENSILEPROPERTIES拉伸性能STRAINSTRESS屈服应力指在应变应力曲线上斜率为0时,对应的应力值.断裂应力指拉伸试样在恒定的拉伸速度下发生断裂时,所对应的应力.拉伸模量指在应力应变曲线上比例极限下,应力应变的比值.其用于测量材料的刚性.典型非增强塑料的应力应变曲线.屈服点延伸率指屈服点的应变值.它决定了材料在不发生屈服的情况下所能承受的小且持久载荷下变形的上限值.断裂延伸率指材料在断裂时伸长的百分比.脆性材料会在低应变水平下发生断裂.韧性材料和弹性材料在断裂前可以承受较高的应变.STRAINSTRESSTENSILEPROPERTIES拉伸性能典型非增强塑料的应力应变曲线.TENSILEPROPERTIES拉伸性能这些典型曲线说明不同的材料具有不同的应力应变性能.FLEXURALPROPERTIES弯曲性能 弯曲性能体现了塑料在负载下的弯曲或抗弯曲性能。 弯曲性能的标准测试方法使用ASTMD790或ISO178. 对于玻纤增强材料弯曲速度通常为2mm/min。对于非增强材料弯曲速度通常为20mm/min。 弯曲模量是应力－应变曲线上塑性段的应力对应变的比例。弯曲试验的设定和样条在负载下的应力分布。IMPACTPROPERTIES冲击性能冲击强度，塑料产品吸收和消耗能量的能力，它因产品的形状，厚度和所处温度的不同而不同。当冲击性能用于某些应用时，测试结果因产品的实际特性而很难直接应用。通常，冲击强度和拉伸模量提供了塑料的基本机械性能。 高冲击强度＋高拉伸模量=坚韧材料 高冲击强度＋低拉伸模量=韧性材料 低冲击强度＋高拉伸模量=脆性材料IMPACTPROPERTIES冲击性能IzodandCharpy冲击试验。试验方法: Izod-ASTMD256,ISO180 Charpy-ISO179聚碳酸酯的Izod冲击强度受缺口半径的影响。从对比数据可以看出聚碳酸酯PC是典型的缺口敏感材料，缺口尖锐，冲击强度下降明显。这就是为什么PC制品如存在裂纹很容易沿着裂纹处发生断裂。-郭善科典型性能数据表热性能负载下的热变型温度(DTUL) DTUL或HDT用于预测在规定的测试条件下材料在负载下的温度特性。 该值不代表某一特定材料或应用的上限温度。 成型条件，样条的制备和样品厚度极大地影响着DTUL/HDT值。 谨慎比较来自不同和供应商提供的数据。负载下的热变型温度(DTUL) 样条承受的外部纤维应力为66或264psi(0.455或1.82Mpa). 测试箱内的温度以20C/分钟的速度上升直到样条弯曲达到0.010英寸。TestMethods: ASTMD648-样条厚度1/8～1/2英寸(3.2to12.7mm)支撑脚间距为4英寸。 ISO75-样条厚度110x10x4mm 支撑脚间距为100mm。 -样条厚度80x10x4mm 支撑脚间距为64mm。 热变型温度(DTUL)所用试验仪器维卡软化温度 通过一个带有轻微负载(10N或50N)的探针刺入塑料所达到的温度来显示塑料的热性能。 用于表征短期，高温性能。 对于样品的厚度和成型条件不象DTUL那么敏感。维卡软化温度用一根横截面为1mm2扁平探针接触塑料样条并浸入加热池中。在探针上加以规定负载(10N或50N)后,油浴箱以缓慢恒定的速度升温(50K/hor120K/h)。维卡软化温度是当探针刺入0.04英寸(1mm)深度时油浴箱的温度。测试方法: ASTMD1525 ISO306维卡软化点试验仪器不同产品选材的重点 以塑代钢以塑代钢的意义：降低重量增加设计自由度，整合零件增加加工效率降低原料成本（材料回用）降低加工成本降低运输成本降低成品维护成本降低综合成本连接器和车门把手以塑代钢案例。分别采用ZeniteLCP和MinlonPA66取代金属。-郭善科不同产品选材的重点 以塑代钢考虑：耐温结构受力状态耐磨性可装卸性环境:高低温耐化学性成本1X1.5X13.3X 27X30X不同加强筋结构带来不同刚性表现不同产品选材的重点 外观件考虑：强度光泽硬度透明性耐刮擦性成型性耐化学性着色性电镀/喷涂--免喷涂材料抗UV耐盐雾性成本密度 电子电器零件考虑：耐温绝缘性耐电弧性UL94CTI阻燃性UL94HBV2V1V0 功能件考虑：耐温强度尺寸稳定性抗冲击性耐磨性抗静电导热产品设计制品设计要求 功能要求 制造要求功能要求首先:  性能  结构  装配  外观其次:  成本产品制造要求 流动/充模 冷却 顶出 操作塑料制品设计人员的首要原则保持均匀一致的壁厚结晶型塑料在厚壁处具有更大收缩ThickThinShrinkage壁厚不均匀可能引起的后果内应力翘曲缩孔空洞尺寸偏差大壁厚不均匀可能引起的后果去除壁厚不一致的部分改良后的设计壁厚的不一致不可避免时采用逐步过渡尖角不良设计3t可以接受的设计,但有可能仍有问t最好是采用相同壁厚的设计尽量避免不一致的壁厚不好不好不好好好A=B好ABAB塑料制品设计的第二个原则避免尖角圆角半径对应力集中系数的影响54321P = 所施加的荷载R = 圆角半径T = 厚度StressConcentrationFactor(K)R/TRPT不良设计改进的设计外角内角 容易引起高应力集中,,充模流向乱,翘曲可能性大Partsmustfitsnugly尖角不良设计改进的设计肋与加强筋理想的肋结构Radius1/2t3tmax.1/2t-2/3tt1/4°Draft肋的设计对制品重量和强度的影响肋的使用可以大大提高产品刚性肋部增加刚性A边缘增加刚性B转角增加刚性C获得良好刚性的边缘设计12345肋好处 坏处更大的或 翘曲相当的刚性节约材料 缩孔成型周期短 脱模可能有问题有可能改善 更多的熔接痕充模流动性翘曲引起翘曲的原因 不一致的壁厚 各向异性的收缩行为 成型加工条件 模具设计应力集中缩痕翘曲合理的设计均匀壁厚或逐步过渡不良设计均匀一致的壁厚壁厚不一致尾部向内翘曲熔体充模流动方向浇口混乱的流向使玻纤在转角处不规则排布差好各向异性的收缩行为由于转角处的流向差异产生的翘曲现象各向异性的收缩行为非增强玻纤增强改性矿物增强改性Flow流动方向横向Transverse浇口浇口Gate聚合物取向玻纤取向MineralReinforcementOrientation模具收缩成型后收缩FlowTransverse各向异性的取向行为压缩拉伸Delrin®500Stress/StrainCurve0.2in/minstrainrateat70°FStrain(%)Stress,(psi)成型工艺条件 熔体温度 模具温度 注射保压时间不一致的冷却也会导致不一致的收缩行为底面收缩更大较低的温度较高的温度非增强的等级模具设计的影响熔接痕浇口位置所导致的变形因素CoreGateGateGate产生偏心现象易困气流动平衡无偏心现象侧浇口末端浇口由于浇口位置和浇口数量产生的翘曲对环形制品,由于浇口的形状不同,最终产品的圆度也会受影响EdgeGatePin-Point3-PinPointGate4-PointCrossGateFunnelGate强度承受荷载能力较弱的部位 浇口 熔接痕 肋 尖角 空洞一个项目成功的影响因素 制品设计 开模 材料选择 成型加工Thanks！Q&A?从对比数据可以看出聚碳酸酯PC是典型的缺口敏感材料，缺口尖锐，冲击强度下降明显。这就是为什么PC制品如存在裂纹很容易沿着裂纹处发生断裂。-郭善科连接器和车门把手以塑代钢案例。分别采用ZeniteLCP和MinlonPA66取代金属。-郭善科