进阶篇：3.1.4）DFM塑胶-材料选择

按塑料加工固化后的特性,将塑料分成热塑性塑料和热固性塑料两类。

1.1.1 热塑性塑料

热塑性塑料( Thermoplastic)在注塑成型过程中只有物理变化。加热时变软,冷却后变硬,这个过程可重复进行,其废旧料可回收,但随着回收次数的增加其杋械性能越来越差。
常见的热塑性塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS塑料、有机玻璃、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、聚砜等。
由于这类塑料易于回收,可以重复使用,相对于热固性塑料是比较环保的塑料。就电子产品来说,大部分塑料结构件是用热塑性塑料,其中ABS塑料用量最大。

1.1.2 热固性塑料

热固性塑料( Thermoset)在成型过程中起化学变化,受热时可软化并具有一定的可塑性,达一定的温度即硬化定型,冷却后再加热也不会变软或变成其他形状。
热固性塑料的废旧物品不能回收复制,仅能粉碎后用于填料。
常见的热固性塑料有酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、有机硅树脂等。相对于热塑性塑料其机械强度高,绝缘佳,耐燃烧性、耐水性、耐酸性好。在电子产品中,热固性塑料的典型应用是基材的酚醛塑料和环氧树脂。

1.2 热塑性塑料按按结晶的类型分类

塑料都属高聚物,这些高聚物有独特的分子内部结构与分子外部结构。高分子内部结构决定了高聚物最基本的物理、化学性质,而高分子外部结构则决定高聚物的加工性能和物理、机械性能。

热塑性塑料可进一步进行分类，按照塑胶材料的分子结构分类分为两种:非结晶型[即无定型( Amorphous)塑料]和结晶型( Crystal)塑料。

1.2.1 结晶型塑料

结晶型塑料在凝固时,有晶核到晶粒的生成过程,且形成一定的体态,如PE、PP、PA、POM等均属结晶型。
结晶型塑料的结晶度与结晶形态影响到制品的物理、机械性能。若成型时的冷却速度慢,有利于结晶的进行,可以提高结晶度,从而提高机械性能。
这类材料的缺点是其分子结构的特性使其他材料的分子不易渗透,故涂覆、电镀性能和粘接性能较差。

结晶性塑料也不是完全结晶，大都是部分结晶。虽然聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、氯化聚醚、聚甲醛都属于结晶性塑料，但在不同的成型工艺条件下其结晶度也是不同的。

1.2.2 非结晶型塑料

非结晶型塑料又称为无定型塑料。在凝固时,没有晶核与晶粒的生长过程,只是自由的大分子链的“冻结”,如PS、ABS、PVC、PMMA、PC等。
非结晶型塑料表面能吸收其他分子,所以容易进行油墨、镀铬、喷涂等表面涂饰工艺,并容易粘接。

1.2.3 结晶塑料和非结晶塑料新能对比表格

1.3 热塑性塑料按照塑胶的应用领域进行分类

1.3.1 通用塑料

通用塑料(普通塑料)一般指产量大、用途广和价格低的塑料,其中主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙稀(PVC)、聚苯乙烯(PS)、酚醛塑料(PF)、氨基(MF)塑料,这些塑料用于低载荷的装饰件、绝缘垫和中小结构件，如薄膜、管材、鞋材、盆子、桶、包装材料等。

1.3.2 普通工程塑料

工程塑料是指机械强度比通用塑料好,能承受中等载荷,可代替薄板金属制成各种结枃件的塑料。这类塑料主要有丙烯腈一丁二烯腈一苯乙烯共聚(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,俗称有机玻璃,其基材丙烯酸称为亚克力)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA,俗称尼龙)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、聚醚砜(PES)和聚砜(PSU)等,广泛应用于各种产品的外壳和壳体类。

1.3.3 高性能工程塑料

高性能塑料是比工程塑料刚强度更好的塑料,能承载中等的载荷,可代替金属构件做传动件、支撑件、室外结构件等。其中有些是耐高温工程塑料，是其指在髙温条件下仍能保持较髙力学性能的塑料,耐高温和高刚度。

高性能塑料主要有聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、PSF、PAS、PAR、聚对苯二酰对苯二胺(PPA)、液晶聚合物(LCP)、聚己内酰胺(PCT)等,广泛应用于汽车发动机部件、油泵和气泵盖、电子电器仪表用高温插座等。

1.3.5 塑料合金

塑料合金是指利用物理共混或化学接枝的方法而获得的高性能、功能化、专用化的一类新材料,如PC/ABS、PC/PBT、 PC/PMMA等。广泛用于汽车、电子、精密仪器、办公设备、包装材料、建筑材料等领域,能改善或提高现有塑料的性能并降低成本,塑料合金已经成为塑料工业中最活跃的品种之一。

1.3.6 热塑性弹性体

热塑性弹性体( Thermoplastic Elastomer,TPE)也称热塑性橡胶( Thermoplastic Rubber TPR),是一种兼具橡胶和热塑性塑料特性,在常温呈现橡胶般的高弹性,高温下又能注射模塑成型的高分子材料。它也被称为继天然橡胶和合成橡胶之后的第三代橡胶。

热塑性弹性体具有硫化橡胶的物理、杋械性能和热塑性塑料的工艺加工性能。由于其不需经过热硫化,使用通用的塑料加工设备即可完成产品生产。这一特点使橡胶工业生产流程缩短了1/4工序,节约能耗25%~40%,提高效率10~20倍,堪称橡胶工业的又一次材料和工艺技术革命。

在室温条件下,这种材料可被反复拉伸至原来长度的2倍以上,并具有在应力消除后几乎完全恢复至其原来长度的能力。现在可注射模塑的热塑性弹性体正在取代传统的橡胶。除了以它的基本形式使用之外,热塑性弹性体还广泛地用于刚性热塑性塑料的改性,通常是用于改进塑料的抗冲击强度。对于板材和一般模塑级复合材料来说,这种应用是相当普遍的。
热塑性弹性体可以单独成型,也可以与PP、PE、PC、PS、ABS等基体材料混合成型。

常见的热塑性弹性体品种有:氯乙烯类(TPVC)、苯乙烯类(TPES)、聚氨酯类(TPU)、聚酰胺类(PEBA)、聚烯烃共混物(TPO)和聚丁二烯类(TPB)等

广义的热塑性弹性体也包括硅橡胶材料,如美国道康宁公司的一种硅橡胶热塑性弹性体TPSiV 。

1.3.7 改性塑料

改性塑料是指在塑胶原料中添加各种添加剂、填充料和增强剂(如玻璃纤维、导电纤维、阻燃剂、抗冲击剂、流动剂、光稳定剂等),使塑料具有高阻燃性、高机械强度、髙冲击性、耐高温性、髙耐磨性、导电性等性能,从而扩大塑料的使用范围。
玻璃纤维增强塑料( Fiberglass Reinforced Plastics,简称玻璃钢)就是一种典型的改性塑料,玻璃钢是在原有塑料(如PC、PP、PA、PET、PBT)的基础上,加入玻璃纤维,复合而成的一种具有高强度、高性能的工程结构塑料。玻璃钢材料质轻、不生锈、结构整体成型成本低、自由设计度大,广泛应用于汽车、机械、电器、轮船、航空航天等领域,是替代传统金属材料的最好选择。