吸尘器零部件材料特性的认识

1. 吸尘器零部件材料特性的认识 材料选用规则及塑料着色

2. 吸尘器零部件材料特性的认识 • 一 塑料选用规则 • 二 塑料着色简介

3. 材料选用规则 • 公司的产品--吸尘器所涉及的材料种类有十几种 ,PE,PP,ABS,HIPS,AS,PS,POM,PA,PC,PMMA • ,PVC,TPE,PU,各种橡胶。什么是塑料？ • 一 透明塑料 • 塑料的光学特征包括两类：一类为传递特性，包括光的透过，反射，折射等；另一类为光的转换特性。常用的可表征光的传递性指标有：透光率，雾度，折射率，双折射及色散等，透光率，雾度表征材料的透光性，折射率，双折射及色散表征材料的透光质量。一种好的透明材料要求上述性能指标优异且均衡。塑料制品透明的条件有两个：一为非结晶体；二为虽部分结晶但颗粒细小，小于可见光波长范围，不妨碍太阳光谱中可见光和近红外光的透过。任何一种透明材料的透光率都达不到100%，即使透明性最好的光学玻璃的透光率一般也难以超过95%。 • 透光率是透过材料的光通量与入射到材料表面上的光通量之百分数，透明类塑料的透光率越高，其透明性越好。由于反射，吸收和散射的原因，任何材料的透光率都达不到100%，光学玻璃的透光率也只有95%左右，以PMMA为例，其透光率为93%，剩余4%为反射光，3%为吸收和散射光。还有一个雾度是塑料散射光通量与透过光通量之比百分数，它是衡量透明或半透明材料不清晰或浑浊的程度；雾度越大，材料的清晰度越小。

4. 材料选用规则 • 透明材料的可见光的透光率在80%以上；半透明的可见光的透光率在50—80%之间，不透明材料的可见光的透光率在50%以下。按此类的分类方法可将树脂分成如下几类。 • 1 透明类树脂：决大部分树脂都属于透明类主要有：PVC、PMMA、PC、PS、PET、PES（聚醚砜）、J.D系列（PES衍生物）、CR-39（双烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物）,SAN(又称AS)、TPX、HEMA（聚甲基丙烯酸羟乙酯）、F4、F3、EFP、PVF、PVDF、EP、PF、UP、乙酸纤维素，硝酸纤维素，EVA及BS(K树脂)。 • 2 半透明树脂：主要包括PP、PE、PA、PVB（聚乙烯缩丁醛）。 • 3 不透明树脂：主要有ABS、POM。 • 硬质镜体：最适宜的硬质镜体用透明材料为CR-39和J.D两种，并以CR-39为主，这两种材料的共同点是透明性好，高折射率，低双折射，耐冲击，表面硬度高。CR-39是双烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物，属热固性塑料，主要缺点是耐磨差，所以我们配制眼镜时都要表面涂层才可提高其耐磨性。J.D 聚醚砜衍生共聚物。 • 隐形眼镜比硬质眼镜材料要求更苛刻：高透光率，90%以上，低雾度，低双折射，高折射率，一般生理盐水的吸收率不低于30%，柔软而有弹性，透氧性好，生理相容性好，卫生，无毒。最适宜的隐形眼镜用材料为HEMA（聚甲基丙烯酸羟乙酯）。 • 现在还有一种透明PP，可直接购买，也可以填加透明成核剂使结晶微化均质化，提高PP的透明性和表面光泽度，现在的微波炉食盒等。

5. 几种透明类树脂的性能 树脂 性能 PMMA PC PS PET CR-39 SAN 光学玻璃 HEMA PES J.D 相对密度 1.19 1.30 1.06 1.3- 1.38 1.32 1.05 3.12 1.16- 1.17 1.37 1 吸水率% 0.4 0.13 0.05 0.13 0.2 570 39-60 热变形温度℃ 92 90 98 140 93 180 洛氏硬度（M） 101 82 70-90 50 70-90 93 88 透光率% 93 93 88-92 90 91 90 97 雾度 0.9 0.9 3

6. 材料选用规则 • 二 耐热类塑料的选用 • 与金属，陶瓷，玻璃等传统材料相比，塑料的缺点之一为耐热性不高，这往往限制了其在高温场合的使用，耐热性塑料指的是热变形温度在200℃以上的一类塑料制品。衡量塑料制品耐热性能好坏的指标有热变形温度、马丁耐热温度和维卡软化点，其中以热变形温度最为常用，同一种塑料着三种性能指标的关系如下：维卡软化点›热变形温度›马丁耐热温度，对ABS而言，三种耐热温度的相应值分别为160℃，86℃，75℃。 • 热变形温度主要测量高温状态下塑料的刚性。热变形温度高，意味着在较高温度时其刚性仍然优秀，热变形温度低意味着在较高温度时柔软性仍然优秀。热变形温度与融点密切相关，大致上融点高的材料其热变形温度也高。

7. 材料选用规则 • 按耐热性大小将塑料分为四类 • ①低耐热类塑料 热变形温度小于100℃的一类树脂，具体：PE、PS、PVC、PET、PBT、ABS、PMMA。 • ②中耐热类塑料 热变形温度在100-200℃之间的一类树脂具体：PP、PVF、PPO、PC。 • ③高耐热类塑料 热变形温度在200-300℃之间一类树脂具体：PPS、PAR、EP、PF。 • ④超高温耐热塑料 热变形温度大于300℃的一类树脂PBI（聚苯并咪唑）PI等。 • 但塑料的耐热性能可以通过适当的改性方法加以提高。 • ①塑料的填充改性，在填料中大部分的无机填料都可以明显提高塑料的耐热温度，常用的耐热填料有：碳酸钙，滑石粉，硅灰石，云母，陶土石棉等，如云母的最高使用温度可达1000℃，填料的颗粒越小，效果越好。常规填料的例子 • PBT填充30%滑石粉，其变形温度可由55℃提高到150℃。 • PBT填充30%的云母，其变形温度可由55℃提高到162℃ • ②塑料的增强耐热改性。 • 用增强的方法提高塑料的耐热性效果比填充还要好，这主要是因为大部分纤维的耐热温度十分高，熔点超过1500℃。常用的纤维有：石棉纤维，玻璃纤维，碳纤维，晶须等。 • 下面是一些塑料在经30%玻璃纤维改性后热变形温度变化

8. 材料选用规则 • ①塑料添加耐热改性剂。胺类在塑料中每假如1%耐热剂可提高其耐热温度2℃。 • ②塑料共混改性。ABS/PC,耐热温度可达125℃ • ③交联改性 • ④塑料形态控制耐热改性。如双向拉伸可使温度提高。退火处理也可以使其热变形温度提高10℃左右。 • 耐热塑料的选用原则 • 1 考虑耐热高低 • ①满足耐热性即可，不要选择太高，太高会造成成本的提高。 • ②尽可能选用通用塑料改性。耐热类塑料大都属于特种塑料类，价格都高，而通用塑料的价格较低。 • 1考虑耐热环境因素 • ①瞬时耐热和长期耐热性。塑料的耐热性可分为瞬时耐热和长期耐热两种。 • ②干式耐热和湿式耐热。对于吸湿性塑料，在不同干湿状态下的耐热性不同。如PA类，在干燥条件下的耐热性高，而在潮湿条件下的耐热性低。 • ③耐介质腐蚀性。 • ④有氧耐热或无氧耐热 • ⑤有载耐热和无载耐热。ASTM D-648试验中测试热变形温度要加荷载的。

9. 结晶树脂 热变形温度 增强前℃ 热变形温度 增强后℃ 非结晶树脂 热变形温度 增强前℃ 热变形温度 增强后℃ PBT 66 210 PS 90 104 PET 70 238 PC 132 143 PP 102 149 AS 90 105 HDPE 80 127 ABS 86 100 PA6 70 215 PA66 71 255 POM 110 163 PEEK 230 310 下面是一些塑料在经30%玻璃纤维改性后热变形温度变化

10. 材料选用规则 • 热变形温度在热变形温度测试中，先对样片施加一定的荷载，再缓慢升高温度，使样片发生一定变形（0.01inch，既0.25mm），并测定此时的温度值。主要用于测试高温状态下塑料的刚性。所谓热变形温度高，就是意味着在较高温度下，其刚性仍然优秀；热变形温度低，就是意味着，在较高温度时，柔软性仍然优秀。热变形温度与融点密切相关，大致融点高的材料，其热变形温度也高，不可能有相反的情况发生。施加的荷载越重，热变形温度也越低，一般有两种荷载18.6Kg/cm2(1.82Mpa)和4.6Kg/ cm2(0.45Mpa) • 一般而言，成型制品的温度升高时，热可塑性塑料会逐渐软化并最终融，材料受热力作用发生变形，其主要当然受温度变化的影响，具体的说，是一定温度下的持续时间、环境条件、形状、荷载（包括成型工序的残余应力）等条件综合作用的结果。因此要获得实用性数据，必须将物体放置于使用条件下测试。象我们做的球压试验，就是在具体的温度下观察其热变形。

11. 材料选用规则 • 三 韧性塑料的选用原则。 • 壳体类： • 要求材料除有优异的冲击性能外，还要求如下： • ①良好的加工流动性（MI），一适应壳体类制品壁薄的特点。 • ②制品表面光泽度和硬度要高，着色性能好。 • ③足够的力学强度，重点为常温或低温冲击要高，拉伸强度，弯曲强度要适当。 • ④耐热性适当。 • ⑤阻燃性好，氧指数应在30%以上。 • ⑥抗经典性，电磁屏蔽性，电绝缘性好。 • 最常用的壳体类塑料为ABS,HIPS,,改性PP及PVC/ABS，其中改性PP由于价格低廉， • 正在取代HIPS和ABS（公司的HIPS取代ABS工作刚开始），只有少数高档壳体选用PC,PPO等耐热类塑料。 • 四 高精度类型塑料的选用 • 塑料制品的精度是指塑料制品的实际尺寸或形状与设计者设计的尺寸或形状之间的差异，两者差异越小，说明其制品精度越高。塑料制品的精度可分为加工精度和使用精度： • 塑料制品的加工精度指由于加工过程的原因而产生的尺寸公差或形变，这是决定塑料制品精度高低的主要因素，分八个不同等级，1级最高精度，8级最低精度； • 塑料制品的使用精度是指其制品在加工以后所产生的尺寸公差或形变，与塑料本身因素，如二次结晶，吸水，热膨胀，及蠕变等因素有关，还与使用环境的关系很大

12. 常用的塑料的耐热性能 结晶类 塑料 收缩率 （%） 吸水率 （%） 热膨胀系数 X10-5K-1 非结晶类塑料 收缩率 （%） 吸水率 （%） 热膨胀系数 X10-5K-1 LDPE 1.5-5.0 0.03 10.0-20.0 PS 0.2-0.6 0.05 6.0-8.0 LLDPE 1.5-5.0 0.03 14.0-20.0 HIPS 0.2-0.6 0.1-0.3 3.4-21.0 HDPE 2.0-5.0 0.03 11.0-13.0 AS 0.2-0.7 3.6-3.8 PP 1.0-2.5 0.01-0.03 5.8-10 ABS 0.3-0.8 0.35 9.5-13.0 30%GFPP 0.4-0.8 0.05 2.9-5.2 PMMA 0.2-0.8 0.3-0.37 5.0-9.0 PA6 0.6-1.4 3.0 8.3 PC 0.5-0.7 0.18 6.6 30%GFPA6 0.3-0.7 0.9-1.3 1.2-3.2 PET 0.13 PA66 1.5 0.9-1.6 9.8 PPO 0.4-0.7 0.06 30%GFPA66 0.2-0.8 0.5-1.3 PI 0.3 0.11 3-5 POM 2.0-2.5 0.4-0.45 9.9

13. 成型材料 收缩率/% 热膨胀系数 X10-5K-1 树脂 增强材料 酚醛 木粉 0.4-0.9 3.0-4.5 玻璃纤维 0.01-0.4 0.8-1.6 脲醛 纤维素 0.6-1.4 2.2-3.6 环氧 玻璃纤维 0.1-0.5 1.1-3.5 热固性塑料收缩率及热膨胀系数

14. 材料选用规则 • 1.塑料的收缩率:塑料的收缩率对塑料制品的尺寸精度影响最大，塑料的收缩又分为成型收缩率和加工后收缩两类。 • 后收缩产生的第一个原因是刚性分子链从一种状态转变为另一种状态需要一个较长时间的重新排列过程，因而收缩时间长收缩率较大，另一方面刚性分子链易产生内应力，成型后会进行慢慢地应力松弛。如PS，在脱模三个月后还会发生0.005%的后收缩。第二个原因为继续结晶。 • 我们在实际应用中往往遇到这样的问题，收缩率不是一个固定的值，收缩率是一个范围 • 往往我们按一个数值去加工模具，而结果却不如人意。那如何避免呢？有人认为应该有一个平均值，例如 HDPE的收缩率是2%-5%之间，其平均收缩率是3.5%,在具体成型过程中，如果公司的各种成型条件可使收缩率增大可选4%为具体收缩率，如果具体条件有利于成型收缩率的减小，则可选2.5%为具体收缩率。这种选法要熟悉公司的工艺，比如公司的成型工艺影响收缩率的因素，如模温，成型周期和所生产产品的密实程度。还有一个方法，根据以前的产品,对某个牌号的原料收缩率有一个具体的值运用到以后的产品开发中，越来越对常用材料的收缩率有积累。

15. 材料选用规则 • 2.塑料的吸水性：塑料的吸水性与分子结构有关，分子中有酯基或酰胺基结构的聚合物吸水率偏大，具体如PA类，PC、POM、PMMA、PES、PPO。一般塑料的吸水性对尺寸精度的影响不如收缩影响大，但PA66的吸水率最大为1.6%，而每1%的吸水率会引起1/3—1/4的尺寸公差。 • 3.塑料的热膨胀性：热胀冷缩是物体的大致规律，衡量其可用热膨胀系数表示，同金属比，塑料的热膨胀系数大得多，但塑料的热膨胀只有在温度变化的环境才会影响其尺寸的精度。二温度不变时热膨胀对塑料的尺寸精度无影响。 • 4.塑料的蠕变：几种材料的蠕变大小顺序：LDPE、HDPE、PA、PET>POM、PC>PSF、ABS、PPO.

16. 材料选用规则 • 五 受力制品的原料的选用 • （一）一般原则 • 1 受力制件需要的相关性能 • ①拉伸强度，弯曲强度及模量。这几种性能较好的塑料品种有：POM、PA、PC、PPO,及相应的玻璃纤维增强材料和PET,PBT,PP等玻璃纤维增强材料。 • ②冲击强度。以PC为最好，POM、PPO、PSF等次之，PP、PA6、PA66等品种的低温脆性大。 • ③耐蠕变性。热变形温度。 • ④耐疲劳性几种塑料的耐疲劳性大小为：POM>PBT,PET>PA66>PA6>PP, • ⑤尺寸稳定性 • 2受力制品使用的环境 • （二）具体选用 • 1 一般结构零件用塑料的选用。 • 包括各类壳体，支架，管材，手柄，这类制品对材料的力学性呢功能要求不高，耐蠕变，耐疲劳耐磨性等一般即可。这类制品一般选用HIPS、PP、ABS、SAN、PMMA及热固性树脂，有特殊要求也可选用PA、POM、PC等通用工程塑料。ABS和HIPS常用做壳体类制品。 • 2 齿轮类啮合传动制品用塑料的选用 • 齿轮的具体要求：较高的弯曲接触疲劳强度、冲击强度和弹性，较低的摩擦系数、热膨胀系数，适当的自润滑性：PA6、PA9、PA66、PA1010、MC5（浇铸尼龙）、POM、PC等等，齿轮可以用注塑直接成型，也可先加工成坯料用机械加工方法加工成成品。用注塑加工的齿轮不如用机械加工的方法加工的齿轮精度高但成型效率高

17. 材料选用规则 • 3摩擦传动制品用塑料的选用 • 要求自润滑性好，耐磨性高，摩擦系数低，消音性好，常用的有 F4、PA6、PA66、PA1010、PA12、PI、POM、PPS、PF其中以F4（PTFE,聚四氟乙烯）、PA及PI最常用。 • 另对于常用的塑料，耐磨性POM>PA66>PA6>ABS>PS>PC • 六 阻燃类塑料的选用 • 1 选用氧指数大于30的塑料。塑料的阻燃性大小可用氧指数来表示，氧指数越大说明其阻燃性越好，一般认为OI<22属易燃性塑料；OI=22—27属自熄性塑料；OI>27属难燃塑料。

18. 材料选用规则 • 从表中可以看出，氧指数大于30的难燃塑料品种在要求阻燃性不高时这些塑料材料可直接使用。 • 2对易燃烧类塑料进行阻燃改性。 • 大多数塑料的氧指数都达不到30，而一般阻燃场合都要求塑料的氧指数达到30左右，在阻燃场合，要求塑料阻燃改性即填加阻燃剂，阻燃处理只是使物质不易燃烧或者燃烧时火焰不扩散而已，决不是说经过阻燃处理就可以彻底防止其燃烧。阻燃方式： • ①在塑料热分解热酸化中产生的自由分子会促进塑料的进一步分解，并导致易燃气体生成，阻燃处理是使其反应减弱，遏制连锁分解。 • ②促进非活化气体的生成，使其在树脂表面阻止氧气或其他易燃气体扩散，或者通过稀释易燃气体来达目的。 • ③在燃烧过程生成阻燃性薄膜，阻止热量传递到树脂表面，降低温度直至起火点以下。 • 阻燃剂分有机和无机两种。随着环保的要求，氮化物等其他环保阻燃剂将最终取代溴化物阻燃剂。

19. 材料选用规则 • 七：耐腐蚀类塑料选用：塑料的腐蚀机理不同于金属，金属是氧化腐蚀和电化学腐蚀，二塑料：氧化腐蚀、酸碱腐蚀及溶剂介质腐蚀。 • 1 氧化腐蚀，主要是强氧化剂的氧化作用，能对塑料形成氧化腐蚀的强氧化剂有，浓硝酸、浓硫酸及高锰酸，除氟塑料等少数几种塑料外，几乎所有树脂都不耐强氧化剂 • 2 酸、碱、水的腐蚀 对于一些分子中存在酯基酰胺基、醚基及硅氧基的树脂，在有酸碱及水存在的环境中，易发生水解反应。PET类塑料易发生村酸性或碱性水解或高温下水解。PVC,PE,PP及PS耐水解 • 3 溶剂腐蚀：当树脂的极性与环境介质的极性想一致或接近时，树脂易手环境介质的腐蚀。PE,PP,PS树脂耐酸碱不耐汽油、苯等。

20. 八 热塑性弹性体。 • 在常温下显示橡胶的弹性，在高温下又能塑化成型的一类高分子材料，简称TPE。热塑性弹性体兼有塑料和橡胶两者的特点，既具橡胶的高弹性又具塑料的热塑加工性。；提内同时存在橡胶和塑料链段，以嵌段形式共聚，在其分子内存在一种化学或物理式的交联，这种交联具有可逆性，它在高温下交联丧失，具有塑料的热塑性加工性能，在常温下恢复交联使其具有橡胶的高弹性。它分为几种： • 1苯乙烯类：SBS,SIS,SEPS • 2 烯烃类：TPO • 3 氯乙烯类：TPVC • 4 聚酯类：TPEE • 5 聚氨酯类：TPU

21. 材料选用规则 • 九 电绝缘制品塑料的选用。 • 下列情况宜选用塑料。制品要求质量轻，产品形状复杂；成本低；工作震动负荷大；使用温度不太高。下列情况不宜选用塑料。工作环境负荷太大；使用温度太高；工作电压太高，选用云母、陶瓷、玻璃及石棉。 • （一）电绝缘材料多所用材料的性能要求 • 主要为电学性能及耐热性能两项。 • 电学性能：体积电阻率，接点强度，介电常数，介电损耗角正切值，耐电晕性及耐电弧性等。 • 1 体积电阻率。大部分塑料的体积电阻率都可以达到绝缘材料的要求，除少数吸水性塑料的体积电阻率小于109Ω•cm,如聚乙烯醇，聚丙烯腈等。 • 2介电强度。塑料的介电强度与介质电阻率的平方成正比，体积电阻率大的塑料其介电强度也大，一般非电极性或低极性塑料如PE、PP、PS、PI、PC、PBT、PET、PA、PMMA、F4的介电强度高，可达20以上；极性塑料如PVC、PF、AF的介电强度在20以下，不过塑料材料的介电强度基本可以满足点绝缘材料的需要。 • 3介电常数。 • 4介电损耗角正切值。点绝缘材料要选用介电损耗尽可能小的塑料材料，以降低因发热而引起的能量损耗，严重会引起发热击穿。 • 5耐电晕性。对于高压应用场合，要求材料的耐电晕性要好，常用耐电晕的塑料材料：PE、XLPE、PI等只用这些塑料可用于高压场合。 • 6 耐电弧性。大部分塑料的耐电弧性都不好，只有氨基塑料、氟塑料及聚砜的耐电晕性一般。用于开关等绝缘材料则要求其耐电弧性一定要好。

22. 材料选用规则 • 塑料电绝缘制品用塑料选用的一般规则 • 电绝缘材料应用场合的电压越高，绝缘材料产生的热量越大，引起击穿的可能性越大，因此在高压场合，要选那些具有热量损失小的塑料材料，如介电损耗角正切值小，介电常数小的塑料品种，以尽可能降低热量损失，提高耐压性能。在我们公司，在同一电机及电器中，应选用介电常数相同或接近的塑料电介质，如塑料的电介质常数不同，会影响整个绝缘系统的电压分布，使介电常数小的塑料电介质承受较大的电压，介电常数大的塑料电介质承受较小的电压，从而降低整个系统的绝缘能力。 • 介绍了这些选用原则反而会问，到底怎么确定使用材料呢？要看在选材时候的着重点，往往在选材时需要强调几项突出的指标，。如在ABS,HIPS,PS三种材料中，如要求透明则选PS,如要综合性能好，选定ABS，要求价格低选用HIPS。方法有星型轮廓模具图，统计数量化、综合法、价值分析法等理论的方法，在实践中很少运用，接触的材料多了就摸透了材料的秉性，塑料材料和人一样，没有哪种材料是十全十美的，既有刚性又有韧性又透明又耐热耐低温，那还有待开发，运用材料的优点就要了解它的缺点是否影响对具体部位塑料件的客观要求，有主有次的选择。

23. 材料选用规则 • 下面是9901的基本BOM和材料性能之间的对比。材料选用规则

24. 塑料着色简介 • 吸尘器做为一个小型加电品种，不仅要有一定的使用功能，还要美观、漂亮，那么我们是通过什么方式达到良好的外观效果呢？下面简单介绍一下塑料着色剂。