第六章塑料的设计表现力

第六章塑料的设计表现力本章主要内容：•6.1塑料材性的概述•6.2产品设计中塑料的工艺特性•6.3塑料在设计中的应用6.1塑料材性概述塑料作为一种具有多种特性的现代材料，主要原因是塑料的原料广泛，性能优良，加工成型方便，具有装饰性和近现代质感。而且，塑料的品种繁多，价格比较低廉，在仪器、仪表家用电器、医疗器械、交通运输，农业轻工、包装日用杂货乃至生活领域的各个方面都获得广泛的应用。在工业设计中，合理使用塑料可获得事半功倍的效果。近年来，塑料工业发展很快，为适应这种发展趋势，设计人员需要熟悉掌握塑料的性能和用途，才能有助于研究材料应用的相适性。6.1塑料材性概述•6.1.1塑料的发展历史塑料是一类很重要的合成高分子材料。在20世纪初，塑料这个词最初是用来表示改性的天然聚合物，后来，很多合成法生产的聚合物都被称塑料，如图6–1所示。第一个能成功地耐高温的塑料是“贝克莱特”（即酚酣塑料）。1906年，美国的贝克兰首次合成了酚醛塑料，耐热性非常优良。可以应用于更多的生产领域，酚醛塑料的发现与使用是塑料材料应用的真正开端。到20世纪30年代，尼龙（图6–2）被制造出来，为此后各种塑料的发明和生产奠定了基础。图6–26.1.2塑料的组成与分类（1）塑料的组成塑料由合成树脂、填充剂、增塑剂、润滑剂、着色剂固化剂、稳定剂、阻燃剂等组成。总的说来其成分主要分为两类：合成树脂和添加剂。6.1塑料材性概述①合成树脂合成树脂是用人工合成的方法，将低分子的有机化合物（一般指从石油、天然气、煤或农副产品中提炼出的物质）作为原料，经过化学合成而制造出的与天然树脂某些性能相似的树脂状产物，是塑料中能起粘结作用的部分，也叫粘料，使塑料具有成型性能。②添加剂添加剂是添加在合成树脂中可以改善或调节塑料性能的辅助剂。常用的添加剂有填料、增强剂、增塑剂、润滑剂，着色剂、抗氧剂、光稳定剂、固化剂、阻燃剂等。（2）塑料的分类：塑料种类繁多，通常可以按如下四种方法分类：①按受热时的行为分类②按塑料中树脂合成的反应类型分类③按塑料中树脂大分子的有序状态分类④按性能特点和应用范围分类在设计领域以材料应用为主，因此多采用这种分法，见下表6–16.1.3塑料的基本特性（1）塑料的一般特性①质量轻、强度高②较好的化学稳定性③优异的电气绝缘性④优良的耐磨性、减摩性和自润滑性⑤良好的消声性和吸震性⑥优异的光学性能⑦多种防护性能6.1塑料材性概述图6–10聚氨酯PU制品图6–9Dandelion灯图6–8多功能螺丝刀图6–7聚四氟乙烯玻璃纤维漆布图6–5苹果笔记本ibook图6–6聚酯塑料工具箱6.1.3塑料的基本特性（2）塑料特性上的缺陷塑料虽然具有上述的优良性能，但也存在许多不足之处。在使用塑料时，还必须考虑以下几个问题：①塑料性质随外部条件变化的问题②塑料的老化问题③塑料的耐腐蚀问题④塑料的带电问题⑤塑料的降解与环境问题6.1.4塑料在设计中的特性（1）塑料的质感分析：塑料质硬且具有适当的弹性和柔度，给人以柔和、亲切、安全的触觉质感。在塑料原料中加入其它成分的原料，还可以获得各种意想不到的质感效果。6.1塑料材性概述图6–11彩色有机玻璃（2）塑料的造型特点塑料成型方便，易制作形状复杂的零件，因而产品的造型设计不受约束，可以比较自由地表达工业设计师构思的艺术形象.图6–14为“躺椅和脚凳”图6–15全塑料轻型汽车图6–14为“躺椅和脚凳”图6–15全塑料轻型汽车6.1.5产品设计中常用塑料（1）五大通用塑料①聚乙烯(PE)②聚氯乙烯(PVC)③聚丙烯(PP)④聚苯乙烯(PS)⑤ABS6.1塑料材性概述生活中的聚乙烯产品聚氯乙烯(PVC)材料聚丙烯(PP)食物盒聚苯乙烯(PS)材料ABS材料的电脑机箱（2）五大通用塑料①聚酰胺(PA，俗称尼龙，图6–24)②聚碳酸酯(PC，图6–26)③聚甲醛(POM)④聚苯醚(PPO，图6–29)⑤热塑性聚酯6.1塑料材性概述图6–24尼龙绳(聚酰胺PA)图6–26聚碳酸酯(PC)颗粒图6–28聚甲醛(POM)颗粒图6–29聚苯醚（PPO）材料图6–30聚酯橡胶(TPEE)沙发•6.1.6塑料产品设计内部因素塑料在产品设计中的应用还应注意其工艺上的设计原则，虽然这些规定看起来与塑料工艺的联系更为紧密，但在选材、用材过程中仍然要注意所设计的产品形态、结构与材料成型性方面的关系，以帮助设计师更好地进行选材。6.1塑料材性概述内部因素：（1）易于模塑（2）斜度（3）壁厚（4）加强筋与其它防止变形的结构设计（5）支承面（6）圆角（7）孔的设计（8）嵌件设计6.1.7塑料产品设计的外部因素塑料在不同操作环境下，其基本性质会随着不同的外界因素而改变，如下图6-31所示。如果原材料在不适和的范围内加工，再好的设计也会失败。6.1塑料材性概述图6-316.2产品设计中塑料的工艺特性•6.2.1塑料工艺之发展历史研究•第一个半合成的高分子材料出现于1869年，Hyatt发明了硝酸纤维素用樟脑增塑后的赛璐路，然后通过挤出成型、注射成型实现各种制品的工业化，标志着热塑性塑料时代的到来。•现代的注射机和挤出机的原型由20世纪30年代确定•从20世纪30年代到70年代，这一时期不仅开发了多种塑料工艺，而且在中空吹塑成型、浇铸成型、压延成型等工艺技术和机械方面取得显著的进展，如聚乙烯工业的发展带动了中空吹塑技术的进步•6.2.2塑料的工艺特性根据加工时聚合物所处状态的不同，塑料成型加工的方法大体可分为三种：一.是处于玻璃态的塑料，可以采用车、铣、钻、刨等机械加工方法和电镀、喷涂等表面处理方法；二.是当塑料处于高弹态时，可以采用热压、弯曲、真空成型等加工方法；三.是把塑料加热到粘流态，可以注射成型、挤出成型、吹塑成型等加工类型。6.2产品设计中塑料的工艺特性•6.2.3塑料成型工艺之特性•（1）注塑成型工艺研究•注塑成型又称注射成型，是热塑性塑料的主要成型方法之一，也适应部分热固性塑料的成型。如图6–31为注射成型原理图6.2产品设计中塑料的工艺特性（2）挤出成型工艺挤出成型又称挤塑成型，主要适合热塑性塑料的成型，也适合部分流动性较好的热固性和增强塑料的成型.其成型过程是利用转动的螺杆，将被加热熔融的热塑性原料，从具有所需截面形状的机头挤出，然后由定型器定型，再通过冷却器使其冷硬固化，成为所需截面的产品。（3）压制成型工艺压制成型主要用于热固性塑料的成型，根据成型物料的性状和加工设备及工艺的特点，压制成型可分为模压成型和层压成型两种模压成型流程•（4）吹塑成型工艺（图6–33）（5）浇铸成型工艺浇铸成型又称铸塑成型，如图6–35所示（6）缠绕成型工艺缠绕成型是纤维增强塑料的成型方法之一，是将浸渍过树脂的连续纤维按一定方式缠绕在芯模上制成坯件，经固化而制成一定形状制品的方法，如图6–36所示。（7）发泡成型工艺发泡成型是先将塑料颗粒预发泡，经过一定的时间熟成后，把它填入铝合金做的模具中用蒸汽加热而成型。如图6–37为发泡成型过程示意图6.2.4塑料加工工艺之特性常用的塑料连接工艺①热熔粘接②机械方式连接③溶剂粘接④胶贴剂粘接•6.2.5塑料表面处理工艺之种类•（1）塑料电镀工艺•（2）塑料涂装工艺•（3）塑料印刷工艺•（4）塑料真空镀膜工艺•（5）塑料着色工艺研究•（6）塑料热喷涂工艺6.3塑料在设计中的应用6.3.1塑料产品制件之结构（1）型材结构（2）模具成型结构（3）塑料膜结构6.3.2产品设计中塑料工艺的选择设计所包含的因素较复杂，工艺技术的选择方式也多样，但无论选择哪种工艺技术，都要确保设计目标得以实现。（1）根据产品的材料来选择塑料工艺（2）根据产品的形态来选择塑料工艺（3）根据产品的表面要求来选择塑料工艺（4）根据产品的结构来选择塑料工艺（5）依据产品的功能要求来选择塑料工艺（6）依据市场与经济的因素来选择塑料工艺（7）依据社会的因素来选择塑料工艺（8）依据环境的因素来选择塑料工艺总之，合理选择加工工艺的途径涉及多方面，必须进行综合的评价，使其能与造型达到一个最佳的结合点。合理选择加工工艺还必须密切关注新出现的加工工艺，并且要尽快地加以熟悉和掌握。6.3.3设计中塑料运用的典型案例（1）表面机械加工处理“Tohot”盐和胡椒摇罐（2）表面镀覆处理①热喷涂②电镀③离子镀（3）表面装饰处理①涂饰②丝网印刷③贴膜法④热烫印法