工业设计材料与工艺-塑料
产品设计材料与工艺
压缩空气如何成型
压缩空气成型也成气压成型或加压成型。它是依靠空气压缩机将受热软化的塑料板(片)材加压、拉伸
，使其紧贴在模具表面，冷却定型后成为制品的成型方法。1.单阳模成型将已预热好的板(片)材快速压 紧后，由9通人压缩空气，将板(片)材预成型．并使成型深度超过阳模6的高度．再用柱塞8从预成型板( 片)材下面升起阳模。冷却后，预成型板(片)材便紧包在阳模上．成为最后形状。这种办法可减少壁厚
⑹、带皮纹、喷砂等外观处理的塑件侧壁应根据具体情况取2°～5°的脱模斜度，视具体的皮纹深度
而定。皮纹深度越深，脱模斜度应越大。 ⑺、结构设计成对插时，插穿面斜度一般为1°～3°。 ⑻、取斜度的方向，一般内孔以小端为准，符合图样，斜度由扩大方向取得，外形以大端为准，符合
图样，斜度由缩小方向取得。
⑼、一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内。 ⑽、外壳面脱模斜度大于等于3°。除外壳面外，壳体其余特征的脱模斜度以1°为标准脱模斜度。特 别的也可以按照下面的原则来取:低于3mm高的加强筋的脱模斜度取0.5°，3～5mm取1°，其余取 1.5°；低于3mm高的腔体的脱模斜度取0.5°，3～5mm取1°，其余取1.5°。
注射成型如何成型
注射成形也称注塑成形，是利用注射机将熔化的塑料快速注入模具中，并固化得
到各种塑料制品的方法。几乎所有的热塑性塑料（氟塑料除外）均可采用此法，也 可用于某些热固性塑料的成形。注射成形占塑料件生产的 30%左右，它具有能一次 成形形状复杂件、尺寸精确、生产率高等优点；但设备和模具费用较高，主要用于 大批量塑料件的生产。 注射成形机常用的有柱塞式和螺杆式两种，右图为螺杆式注射成形示意图。注射成 形原理:将粉粒状原料从料斗加入料筒，柱塞推进时，原料被推入加热区，继而经过 分流梭，通过喷嘴将熔融塑料注入模腔中，冷却后开模即得塑料制品。注塑料制件 从模腔中取出后通常需进行适当的后处理，以消除塑料制件在成形时产生的应力、 稳定尺寸和性能。此外，还有切除毛边和浇口、抛光、表面涂饰等。
05 建筑装饰材料与施工工艺(塑料)
常见PVC塑料地板的种类
1.单色PVC块材地板
以PVC为主要材料，硬质或半硬质塑料地板。 其中常用的填充料为碳酸钙、硅灰石、石膏。 PVC单色块材地板的特点为：硬度较大，脚感略有弹性，行走无噪声；单
层型的不翘曲，但多层型翘曲性稍大；耐凹陷、耐沾污 。
PVC单色块材地板按其结构可分为以下三个品种: (1)单层均质型 (2)复合多层型 (3)石英加强型
（4）异型管材主要用作塑料门窗及楼梯扶手等。 （5）管材主要用作给排水管道系统。 （6）泡沫塑料主要用作绝热材料。 （7）模制品主要用作建筑五金、卫生洁具及管道配件。
塑料概述
塑料的应用
（8）复合板材主要用作墙体、屋面、吊顶材料。 （9）盒子结构主要由塑料部件及装饰面层组合而成，用作卫生间、
厨房或移动式房屋。
塑料概述
塑料的组成
塑料是以合成树脂为基本材料，再按一定比例加入填料、增塑剂、 固化剂、着色剂及其他助剂等经加工而成的材料。 合成树脂主要是由碳、氢和少量的氧、氮、硫等原子以某种化学键
结合而成的有机化合物。合成树脂是塑料的主要组成材料，其质量占塑
料的30%～60%。它决定塑料的硬化性质和工程性质。 合成树脂按生成时化学反应的不同，可分为聚合树脂和缩聚树脂； 按受热时性能变化的不同，又可分为热塑性树脂和热固性树脂。
超强防滑 防火阻燃 防水防潮
花色品种繁多
导热保暖 保养方便 绿色环保
塑料地板
塑料地板的结构
PVC印花发泡卷材地板结构
1- pvc透明面层； 2- 印刷油墨；
3- 发泡pvc;
4- 底层； 5- pvc打底层； 6- 玻璃纤维毡
塑料地板
塑料地板的结构
超轻超薄 超强耐磨
高弹性和抗冲击
产品设计材料与工艺概述
产品设计材料与工艺概述产品设计是将创意和理念转化为实际产品的过程，其中材料选择和工艺应用是非常重要的环节。
本文将对产品设计中的材料与工艺进行概述。
一、材料选择材料选择是产品设计的基础，直接关系到产品的性能、外观、质量等方面。
在选择材料时，需要考虑以下几个因素：1.1 功能性材料的功能性是产品设计中最重要的因素之一。
不同的产品对材料的功能要求不同，如耐热、耐腐蚀、耐磨损等。
设计师需要根据产品的具体功能需求选择合适的材料。
1.2 可加工性材料的可加工性是指材料在生产加工过程中的可塑性、可变形性、可切割性等。
设计师需要选择易于加工的材料，以便在制造过程中实现设计的要求。
1.3 成本成本是产品设计中不可忽视的因素之一。
不同的材料价格差异很大，设计师需要在满足产品要求的前提下，选择成本适中的材料，以确保产品的竞争力。
1.4 环境友好性环境友好性是现代产品设计中越来越重要的考虑因素。
设计师需要选择对环境影响较小的材料，如可回收利用的材料、低污染的材料等。
二、工艺应用工艺应用是将设计理念转化为实际产品的过程，通过不同的工艺方法对材料进行加工，实现产品的制造。
以下是常见的工艺应用：2.1 注塑成型注塑成型是将熔融的塑料注入模具中，通过冷却固化得到所需形状的产品。
注塑成型工艺广泛应用于塑料制品的生产，具有生产效率高、产品质量稳定等优点。
2.2 铸造铸造是将熔融金属注入到铸型中，通过冷却凝固得到所需形状的产品。
铸造工艺适用于金属制品的生产，具有生产周期短、成本相对较低等优势。
2.3 焊接焊接是将两个或多个材料通过加热或施加压力使其熔合在一起的工艺。
焊接工艺广泛应用于金属制品的加工和制造，具有连接牢固、成本较低等特点。
2.4 喷涂喷涂是将涂料喷洒在产品表面的工艺，用于提供产品的外观装饰和保护。
喷涂工艺应用广泛，可实现丰富多样的外观效果，并能提供产品的耐腐蚀和耐磨损性能。
2.5 机械加工机械加工是通过机床对材料进行切削、成型等加工过程，实现产品的制造。
塑料-材料讲解
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超声波盲人拐杖UltraCane
• 一家英国企业Sound Foresight，专门为盲人开发 出一种创新旳全用塑料制成旳 拐杖，并命名为UltraCane。
这种拐杖能发射超声波，遇到 障碍物时会反射回来“告知” 装在拐杖上旳一种按钮，以提 醒盲人障碍物旳位置。
• 拐杖全部用塑料制造：主要构 造零件使用了ABS和PC混合 制造；拐杖手把使用了TPE材 料，为使用者提供了舒适旳手 感；而拐杖底部旳探测器则采 用PA材料。
本较低、耐热性好、材质透明、重 量轻、不易破损，环境保护适应性 好等优点。BOPP耐热性旳提升是 经过PP拉伸工艺，瓶口不需要特 殊设备处理，使阻氧性能大为提升； 贮存期较长，易回收，产品成本比 PET瓶便宜20%以上，已取得越来 越广泛旳应用。
Milliken设计旳Tampico热填充 瓶，在热填充旳条件下，瓶子 不变形，还缩短了运作周期， 提升了硬度。虽然在果汁里没 有使用防腐剂，但是内容物在 温度较高旳环境依然能保鲜。
PLEXIGLAS GS1002此前主要用于多种灯光信 号或广告板展示。它能够透过整个平面均匀柔和 地把光线射出，其对光线优异旳散射特征可根据 不同旳工程要求进行调整。在这一应用中结合3M 膜片旳特殊性能，光线得以按照设计均匀地直射 在号牌板上。
与其他塑料相比，这一材料旳尤其之处于于其出 众旳光学性能，而且数年汽车尾灯与转向灯应用 旳实践证明，其具有优异旳防黄变性能。
经过把油箱外部旳部件移到油箱内，不再 像过去设计一样需要容纳油箱外部部件，这么 油箱旳容量能够得以提升。另外，这种新工艺 还消除了装配油箱外部件旳繁琐工作，替代它 旳是在热成形中使用机械手完毕部件旳装配。 同步，两板工艺与吹塑法相比还具有明显旳成 本优势，尤其是热成形允许资本要求较低旳机 具。热成形也为有效地进行小批量生产奠定了 基础。另外，因为壁厚愈加均匀，真空成形油 箱使用旳原材料要比吹塑法低5-10%。
20种常见塑料的理化特性和加工工艺
1.ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物典型应用范围:汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。
注塑模工艺条件:干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。
建议干燥条件为80～90℃下最少干燥2小时。
材料温度应保证小于0.1%。
熔化温度：210～280℃；建议温度：245℃。
模具温度：25～70℃。
（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。
注射压力：500～1000bar。
注射速度：中高速度。
化学和物理特性:ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。
每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。
从形态上看，ABS是非结晶性材料。
三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。
ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。
这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。
这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。
ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。
2.PA6 聚酰胺6或尼龙6典型应用范围:由于有很好的机械强度和刚度被广泛用于结构部件。
由于有很好的耐磨损特性，还用于制造轴承。
注塑模工艺条件:干燥处理：由于PA6很容易吸收水分，因此加工前的干燥特别要注意。
如果材料是用防水材料包装供应的，则容器应保持密闭。
如果湿度大于0.2%，建议在80℃以上的热空气中干燥16小时。
如果材料已经在空气中暴露超过8小时，建议进行105℃，8小时以上的真空烘干。
熔化温度：230~280℃，对于增强品种为250~280℃。
产品的材料与工艺
塑料材质1. 丙稀晴——丁二烯－苯乙烯（ABS工程塑料）丙烯腈—丁二烯—苯乙烯(ABS)是一种热塑性塑料合成聚合物树脂，它的平衡性能很好，能被裁剪以适合特殊需求。
它的主要物理特性是：坚硬、牢固。
树脂等级的ASS能像人造橡胶(或橡胶)一样具有弯曲性能。
其中，聚丁二烯提供很好的抗压强度，非结晶苯乙烯热塑性塑料使ABS的加IT艺更为简单(在模具中更易流动)，而丙烯腈则增加了ABS的牢度、硬度与抗腐蚀性。
有效控制这3种成分使设计师能根据最终产品的需要设计其弹性程度。
可能也正因为这一点，ABS能广泛地应用于家用产品与白色产品之中。
尽管它不像其他工程聚合物那样坚韧，但它能有效控制成本。
材料特性：在低温下也能保持很好的抗压强度硬度高、机械强度高抗磨损性好、比重轻相对热量指数高达80c在高温下也能保持很好的尺寸稳定性防火、工艺简单光泽度好、易于上色，相对其他热塑性塑料来说成本较低。
低成本、多种生产方式，良好的抗化学物质性，表面硬度高、防划痕，结构稳定性好、高抗压性，优秀的结构强度和硬度。
典型用途：电子消费品、玩具、环保商品、汽车仪表板、门板、户外护栅。
主要工艺：钢模注铸、注射铸模、TPO注射铸模2. 最为廉价的塑料——聚丙烯（PP）设计工作并不仅限于创造美丽的形状和完善的功能，而常常是在避免大规模生产的同时寻找降低单品价格和加工成本的方法。
简单地说就是要寻找一种产品，它既适合大规模生产；利用规模生产降低单件成本，同时又无需的满足大规模生产而进行高额投资和高量产出。
它广泛应用于产品设计方方面面，从包装、照明设备到室内用品无所不包。
但是，人们还无法完全通过加热成型工艺来应用这种材料。
材料特性：透明度和颜色的多种选择,低密度、抗热性强,良好的硬度、牢度和强度平衡性,加工方式简单而灵活,优秀的抗化学物质性典型用途: 家具、包装、照明设备、食物包装、桌垫、文件夹、便签纸盒主要工艺：注塑成型3. 透明——有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）丙烯酸是于20世纪30年代开始得到发展的，当时它主要用于安全玻璃的顶部转动装置。
CMF工业设计必须知道的表面材料及表面处理工艺
材料及表面处理化学镀（自催化镀）autocalytic plating在经活化处理的基体表面上，镀液中金属离子被催化还原形成金属镀层的过程。
这是在我们的工艺过程中大多都要涉及到的一个工艺工程，通过这样的过程才能进行后期电镀等处理，多作为塑件的前处理过程。
电镀electroplating利用电解在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程，这种工艺过程比较烦杂，但是其具有很多优点，例如沉积的金属类型较多，可以得到的颜色多样，相比类同工艺较而言价格比较低廉。
电铸electroforming通过电解使金属沉积在铸模上制造或复制金属制品（能将铸模和金属沉积物分开）的过程。
这种处理方式是我们在要求最后的制件有特殊表面效果如清晰明显的抛光与蚀纹分隔线或特殊的锐角等情况下使用，一般采用铜材质作一个部件的形状后，通过电镀的工艺手段将合金沉积在其表面上，通常沉积厚度达到几十毫米，之后将形腔切开，分别镶拼到模具的形腔中，注射塑件，通过这样处理的制件在棱角和几个面的界限上会有特殊的效果，满足设计的需要，通常我们看到好多电镀后高光和蚀纹电镀效果界限分明的塑胶件质量要求较高的通常都采用这样的手段作设计。
棱角分明的按键板在制造上采用电铸工艺的话，会达到良好的外观效果。
真空镀vacuum plating真空镀主要包括真空蒸镀、溅射镀和离子镀几种类型，它们都是采用在真空条件下，通过蒸馏或溅射等方式在塑件表面沉积各种金属和非金属薄膜，通过这样的方式可以得到非常薄的表面镀层，同时具有速度快附着力好的突出优点，但是价格也较高，可以进行操作的金属类型较少，一般用来作较高档产品的功能性镀层，例如作为内部屏蔽层使用。
塑料电镀------塑料电镀的特点塑料电镀制品具有塑料和金属两者的特性。
它的比重小，耐腐蚀性能良好，成型简便，具有金属光泽和金属的质感，还有导电、导磁和焊接等特性。
它可以节省繁杂的机械加工工序、节省金属材料，而且美观，装饰性强，同时，它还提高了塑料伯的机械强度。
塑料产品工业设计基础1
建筑材料 汽车工业
塑料 ——工业设计的首选材料
1.3 塑料-工业设计的首选材料
对于产品设计者来说，设计材料的 实用性体现在以下几个方面。
基本物性以及可 选择范围
物理、化学、电学等
成型加工性
可设计性
可通过多种技术手段，
适用加工方法、成本、难 使性能得到加强、实
易程度、可否批量生产
现功能的拓展
经济性
来源丰富、成本低廉
1200 670
200
汽车 电气 建材 包装
1.需求大，产量高
产量地区分布集中在东南沿海 广东、浙江、江苏、山东产量位居全国前列
2.低端产品为主
高端的产品还比较缺乏，差别化的产品也比较少 更多依靠制造业产业，才带动整个材料行业产业 发展
2009年国内塑料需求量
小常识： 五大通用树脂-----聚氯乙烯（PVC）与聚乙烯（PE）、聚丙 烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和ABS
1930年，德国法本公司解决了 上述问题，在路德维希港用本 体聚合法进行工业生产。在对
聚苯乙烯改性的研究和生产过
程中，已逐渐形成以苯乙烯为 基础，与其他单体共聚的苯乙 烯系树脂，扩展了它的应用范 围。 1931年,美国罗姆-哈斯公司以
本体法生产聚甲基丙烯酸甲酯，
制造出有机玻璃。
1926年，美国W.L.西蒙把尚未 找到用途的聚氯乙烯粉料在加 热下溶于高沸点溶剂中,在冷却 后,意外地得到柔软、易于加工、 且富于弹性的增塑聚氯乙烯。 这一偶然发现打开了聚氯乙烯 得以工业生产的大门。
药用包装
2. 铝塑泡罩包装：聚偏二 氯乙烯（PVDC，对水蒸 气及某些气体的阻隔性能 均优于PVC）或其复合材 料代替PVC
3.口服液类塑料瓶包装：避光并 有计量刻度或计量杯的塑瓶（ PET、PC）代替低质落后的玻璃 瓶或塑料瓶
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高分子材料
一般性能：
高分子化合物一般有较好的弹性、塑性和强度， 低分子化合物这些性能较低。所以，高分子化合 物是相对分子量大到使其机械性能具有工程意义 的化合物。
高分子材料
几个概念： 单体
高分子化合物由低分子化合物体通过聚核反 应获得，组成高分子化合物的低分子化合物 称作单体。
链节
大分子链由许多结构相同的基本单元重复连 接构成，组成大分子链的这种结构单元称作 链节。
高分子材料
高分子材料
聚合反应：加（成）聚合反应
一种或几种单体相互加成而链结成聚合 物的反应。（应用80%以上）
例：聚乙烯的反应方程式
缩（合）聚（合）反应
一种或几种单体相互混合而连结成聚合物， 同时析出（缩去）某种低分子物质（如：水、 氨、醇、卤化氢等）的反应。反应生成物成 份与单体不同，反应较复杂。少用。
• 塑料的特点
– 比重小，比强度大；
易老化 耐热性差
– 耐腐蚀，耐磨，绝缘，减磨，消声，减震； 刚性差
– 易成型，易复合等优良的综合性能。
尺寸稳定性差
塑料生产
塑料工业 （树脂或半制品生产）
塑料制品的生产
（塑料成型工业 or 加工工业）
塑料制品的简单生产流程
原料
树脂
塑料生产
塑料
塑料制品
塑料制品生产
大分子链的化学组成、形态和聚合态
化学组成
组成大分子链的化学元素主要是碳、氢、氧， 另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等元素， 其中碳是形成大分子链的主要元素。
大分子链的原子以共价键结合，其组成元素 不同，原子间共价键力就不同，高分子材料 的性能亦不同。
大分子链的化学组成、形态和聚集态
形பைடு நூலகம்：
分子链的形态对聚合物性能有显著影响。 大分子链可呈现不同的几何形状，主要有线
例如：聚氯乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯, 可变为橡胶一样的软塑料。
塑料的组成
2．添加剂
(4)稳定剂 为了防止受热、光等的作用使塑料过早老化,加
入少量能起稳定化作用的物质。 例如：
能抗氧的物质有酚类和胺类等有机物; 炭黑则可作紫外线吸收剂。 其他一些添加剂,如润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静
塑料的组成
2．添加剂
(2)固化剂 它的作用在于通过交联使树脂具有体型网状
结构,成为较坚硬和稳定的塑料制品。 例如：
在酚醛树脂中加入六亚甲基四胺； 在环氧树脂中加入乙二氨、顺丁烯二酸酐等。
塑料的组成
2．添加剂
(3) 增塑剂
用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。常用的为 液态或低熔点的固体有机化合物。
以天然树脂或合成树脂（也称合成高分子化合物，因外 观似天然树脂如琥珀、松香、虫胶等而得名）为原料， 在一定温度和压力条件下，可以用模具使其成型为具有 一定形状和尺寸的塑料制件，当外力解除后，在常温下 其形状保持不变。多数以合成树脂为基本成分，一般含 有添加剂如：填料、稳定剂，增塑剂、色料或润化剂等。
(1)填料或增强材料
填料在塑料中主要起增强作用。有时也可改善或提高塑 料的某些特殊性能,以扩大其应用范围。填料的用量可 达20%~50%, 是塑料改性最重要的组成。
例如：
加入石墨、石棉纤维或玻璃纤维等,可以改善塑料的机械性能； 加人石棉粉可提高塑料的耐热性； 加入云母粉可提高塑料的电绝缘性； 加入二硫化钼等可提高塑料的自润滑性； 加入铝粉可提高塑料对光的反射能力等。
高分子材料分两类：
天然高分子材料
蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡胶、淀粉、蛋 白质等
人工合成高分子材料
塑料、合成橡胶、合成纤维、胶粘剂、涂料等
工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
高分子材料
高分子化合物——是指相对分子质量很 大的化合物（5000以上乃至几百万）
低分子化合物——相对分子质量在500 以下。
电剂和发泡剂等。
塑料的特性
塑料能自由成型并易加工。虽然塑料制品的性 能,根据其种类、成型条件及使用环境等变化 较大,但与其它材料相比较,塑料具有良好的综 合特性。
1 多数塑料制品有透明性,并富有光泽,能着鲜 艳色彩。
塑料的特性
2 质轻,耐振动与冲击,比强度高（按单位质量计算的强度）
塑料比金属轻,一般塑料比重在0.9~2.3之间(各种泡沫塑 料的比重在0.01~0.5之间)；
第三章 工程塑料及其加工技术塑料
本章主要内容
第一节 常用工程塑料及其性质 第二节 工程塑料的成型技术与工艺 第三节 表面处理与装饰技术
第一节 常用工程塑料及其性质
高分子材料
塑料属高分子材料，高分子材料又称高分子 化合物或高分子聚合物（高聚物），是以高 分子化合物为主要成份的有机材料。
减震消音，具有柔韧性和弹性
塑料的特性
3 塑料电绝缘性、热物理性能好。
几乎所有塑料都具有优异的电绝缘性能，如极小 的介电损耗和优良的耐电弧特性，可与陶瓷媲美
导热率极小,只有金属的1/600~1/200,泡沫塑料的 导热率与静态空气相当,因此被广泛用作绝热保温 材料或建筑节能、冷藏等绝热装置材料。
塑料制品生产系统组成 成型、机械加工、修饰三个过程组成。
塑料的组成
1 合成树脂（高聚物）
是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的 高分子化合物,如酚醛树脂、聚乙烯等,是塑料 的主要组成,也起粘接剂作用。合成树脂在塑料 中的含量约占40%~100%，对塑料的性能起决 定性作用。
塑料的组成
2．添加剂 为改善性能而加入的其他组分,主要有以下几种：
强度较高，有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材。例 如合金钢材，其单位质量的拉伸强度为160兆帕，而用玻 璃纤维增强的塑料可达到170 ~ 400兆帕。
大多数塑料具有优良的减摩、耐磨和自润滑特性。如工程 塑料制造的耐摩擦零件；在耐磨塑料中加入某些固体润滑 剂和填料时，可降低其摩擦系数或进一步提高其耐磨性能。
型、支化型、和体型（或网型）三类。
大分子链的化学组成、形态和聚合态
高分子材料的聚合态：
晶态 部分结晶态 非晶态（玻璃态）
高分子材料的性能
机械性能：高聚物的物理、力学状态
线性非晶态高聚物的三种力学状态： 线性非晶态高聚物在不同温度下表现出三种物
理状态，即玻璃态、高弹态和粘流态。
塑料概念