beplay体育下载ios注塑材料选择指南

• 标准材料数据表
• 了解短期使用的最高温度
• 屈服和抗拉强度
• 理解压力和温度之间的关系
• 理解温度与老化的关系
• 模量
• 应力开裂:塑料零件现场失效的最常见原因
• 应变速率对模量和屈服应力的影响
• 模量随温度的变化
• 耐冲击
• 熔体流动速率
• 其他材料特性
• 别逼我算账!

本热塑性塑料和注射成型材料选择指南针对计划定量分析零件，确定载荷、beplay体育下载ios应力、应变和环境，并根据分析做出最佳材料决策的工程师。如果涉及生命安全，或绝对要求可靠性或有效性，则每个部件都应进行相应的设计和材料选择。如果你通读这篇论文，了解涉及的诸多因素，以及环境和应用如何影响材料的选择，你就能理解为什么工程师会非常不愿意为别人的零件推荐一种特定的材料。

然而，Protolabs的许多设计部件的客户都不是工程师，Protolabs制造的部件的许多应用都是相当良性的，预计将在普通塑料的性能范围内保持良好。如果您的应用程序在室温下运行，它没有明显的负载，并且您愿意制作一些部件，用锤子敲打它们，看看它们是否足够坚固，以供您使用，请查看底部关于选择材料的简化建议，称为“Don 't make Me Do the Math”。

材料的选择可以是一个猜谜游戏。首先，在理解材料内部结构与其特性之间的基本关系方面存在普遍的差距。其次，准确定义应用程序需求通常没有给予足够的时间和精力。最后，即使克服了前两个障碍，也很难找到准确的材料性能数据。

注塑材料比较beplay体育下载ios

树脂类型	好处	应用程序	注意事项
聚甲醛或缩醛(聚氧亚甲基)	坚韧，僵硬，坚硬，强壮。良好的润滑性和抗碳氢化合物和有机溶剂。弹性好，滑滑。低蠕变。良好的疲劳性能。	齿轮，泵和泵叶轮，输送环节，肥皂分配器，风扇和鼓风机叶片，汽车开关，电气开关组件，按钮和旋钮。	由于收缩，需要均匀的壁厚。油漆，涂层，并实现高美容完成困难。
PMMA或丙烯酸(聚甲基丙烯酸甲酯)	光学性能好，光泽度高，耐划伤。低收缩，在薄和厚截面的几何形状中下沉较少。	灯管，镜片，灯罩，光纤，标牌。	可能很脆弱。个人电脑是个不错的选择。总是需要草稿，有时是其他材料的两倍。耐化学性差。
ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)	坚韧，耐冲击和化学，低收缩，高尺寸稳定性，价格便宜	化妆品零件，手持设备，外壳，电动工具，遥控器，电脑，电话部件的模具	显示针织线，在较厚的区域可能有凹陷和空隙。你也许可以通过更换ABS/ pc混合物来减少碳汇。
高密度聚乙烯	坚韧，耐冲击和化学，高收缩，低尺寸稳定性，价格便宜，密度小于水(浮子)	草坪家具，手提袋，容器，玩具，煤气罐	高收缩，低表面能
PC(聚碳酸酯)	强度高，抗冲击，低收缩，良好的尺寸稳定性和耐热性，接受高化妆品表面处理	镜片、室内外照明、手机外壳、电器元件、医疗器械、防弹玻璃。	零件厚部分的可能敏感性可能会导致空隙、气泡和下沉。耐化学性差。对于有这些问题的不透明部件，ABS/PC混合是一个很好的选择。对于具有厚几何形状的部件，丙烯酸是另一个选择。
ABS / PC	强度高，耐热和耐低温，改进了加工工艺，	汽车、电子、电信	与ABS或PC相比，改进了厚模成型和机械性能。成本比PC低。
PP(聚丙烯)	价格便宜，在某些等级中具有较高的抗冲击性，PP均聚物在寒冷中会变脆。耐磨，柔韧，伸长率高。耐酸碱。密度小于水(浮子)	整体铰链或活动铰链，风扇，翻转盖(例如，洗发水瓶盖)，医用移液管	在部分几何结构中，厚的部分可能会空洞或出现下沉痕迹。可以收缩和翘曲。如果零件有活铰链，需要更高的刚度，k树脂是一个很好的选择。
聚苯乙烯(PS)	光学清晰度高，绝缘性好	塑料器皿、容器、光学仪器、玩具	易碎，耐紫外线性差，对碳氢化合物溶剂非常敏感
聚醚醚酮	高温、高性能、阻燃;优良的强度和尺寸稳定性，良好的耐化学性	轴承、活塞零件及泵;电缆绝缘;兼容超高真空应用。	高性能材料，非常昂贵。Ultem(如下所述)是一个成本稍低的选项，如果价格是一个问题，那么PPSU值得考虑。
PEI或Ultem(聚醚酰亚胺)	高温、高性能、阻燃、强度及尺寸稳定性好、耐化学性好。	医疗和化学仪器;餐具及餐饮;暖通空调和流体处理;电气和照明。	非常昂贵，但不像PEEK那么昂贵。考虑PPSU作为一个可能的替代方案。
PPSU (Polyphenylsulfone)	耐高温，尺寸稳定，韧性高。抗辐射杀菌，以及碱性和弱酸	医疗器械部件、灭菌托盘、汽车保险丝、飞机内饰部件、热水配件、插座、连接器。	厚的部分可能会导致空隙、气泡或下沉。有机溶剂和碳氢化合物也可以攻击PPSU。着色剂不能添加到protolabs提供的PPSU树脂中
PA(脂肪族聚酰胺)	各种各样。加固后强度高，耐高温。除强碱或强酸外，具有耐化学性质	薄壁功能，梳子，线轴，齿轮和轴承，螺丝，结构件(带玻璃)，泵部件，发动机罩下部件，相机。	由于非线性收缩，有些尼龙容易发生翘曲。吸收水分，导致问题。
半芳香族聚酰胺	比脂肪族聚酰胺更不易受潮	汽车外壳，模块，阀门，运动器材	易变形
聚对苯二甲酸丁二酯	良好的电力元件电气性能，并适用于汽车应用。中等到高强度取决于玻璃填充。未填充的等级是坚韧和灵活的。良好的耐燃料，油，脂肪和许多溶剂。不吸收味道。低蠕变。	滑动轴承、齿轮和凸轮;咖啡机和烤面包机;吹风机喷嘴;真空吸尘器;电饭煲的把手和旋钮。	玻璃填充PBT树脂容易变形，对酸、碱和碳氢化合物的耐受性差。薄的部分很难用PBT填充。尼龙是不错的选择。
PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)	与PBT类似，但硬度更高，熔点更高	类似于PBT	类似于PBT
连结控制协定	流动性好，耐化学性好，使用温度高，电气性能好，热膨胀率低	连接器，插头，pcb，运动器材	各向异性和收缩性，价格昂贵
PPO	良好的电绝缘体，耐热水/蒸汽	传感器外壳，泵，连接器	易发生应力开裂
PPS	耐化学性好，使用温度高，电气性能好	电气元件，汽车进气道/泵/阀门/传感器封装	理想的性能，如耐化学性在很大程度上依赖于成型过程中适当的结晶

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标准材料数据表

标准材料数据表几乎全部包括在室温下测量的性能特性。此外，性能特征与灾难性事件有关，这些事件被认为是工程塑料产品不可接受的结果。屈服时的抗拉强度和断裂伸长率代表了材料性能的标准指标，但屈服和断裂并不是塑料部件在负载下所期望的响应。

为您的应用程序确定合适的材料需要综合来自各种不完整来源的信息。数据表是信息的主要来源，您应该学会从这个来源中提取尽可能多的信息。附录A显示30%玻璃纤维增强PBT聚酯的数据表。这是一个相当详细的数据表的好例子。

材料数据库中列出了超过85,000种塑料材料的商业选择，而实际数字可能超过90,000种。这一系列广泛的选择可以分为大约45个聚合物家族或共混物，这45个家族可以进一步分为两大类:热固性和热塑性塑料。虽然热固性聚合物是最早的商业聚合物，但它们的使用已经减少到仅占某一年加工的所有材料的15%左右。因此，本文主要研究热塑性塑料。

更详细的信息有时可以从个别材料供应商发布的设计手册和应用说明中获得，并可以填补数据表中的空白。对于更高性能的工程材料和特殊材料，补充信息通常比商品材料更容易获得。如果你真的想了解一份材料，你需要准备好做一些侦探工作。

了解短期使用的最高温度

最高短期使用温度可能是最重要的数据表参数。传统上，这是荷载作用下的挠度温度(DTUL)，也称为热挠度温度(HDT)。另一个相关参数是维卡软化温度。由于DTUL测量机械偏转，维卡点更接近聚合物的实际熔点或软化点，维卡数通常会更高。用于玻璃等材料的增强PBT附录A这是一种半结晶材料，所有这些值将非常接近聚合物的结晶熔点，223°C(435°F)。任何应用，即使是在此温度之上的短暂波动，都将排除这种聚合物。

填充或未填充的无定形聚合物的高温上限也可以通过观察HDT或DTUL来找到。例如，对于未填充的聚碳酸酯，HDT值根据等级的不同在130-140°C之间。维卡软化点，如有规定，会高几度。无定形聚合物凝固时不表现出明显的晶体结构，因此它们没有熔点。然而，它们确实表现出一种叫做“玻璃转变”的东西。从实际的角度来看，这是无定形聚合物失去其承重性能的温度。

对于聚碳酸酯，当用动态力学方法测量时，该值约为153°C，仅比维卡软化点高几度，比DTUL高10-20°C，这取决于试样的几何形状和测量DTUL的方式。维卡软化温度和DTUL值绝不可用作长期性能特征。然而，当短期以分钟为单位定义时，它们可用于测量短期耐热性。在任何应用环境中，如果温度超过这些特性，那么无论该材料可能具有任何其他特性，都将将其排除在考虑范围之外。

屈服和抗拉强度

当材料在恒定应力下的长期性能涉及一种称为“抗蠕变”的特性;如果应力是周期性的，那么抗疲劳性就成为主要考虑因素。应力、时间和温度之间的关系是复杂的，通常情况下，对材料在载荷下的长期行为做出良好决策所需的数据是不可用的。在这里，数据表可以提供一个上限。韧性材料的上限是材料的屈服强度，脆性材料的上限是断裂时的应力。这两个值都定义了材料灾难性失效的临界点。任何涉及应力和应变高于这些值的环境使材料从短期考虑。除了这个简单的过滤器，你接下来需要看看长期的温度影响。

理解压力和温度之间的关系

预测长期高温性能需要访问多个数据点。随着温度的升高或产品期望寿命的增加，材料可以使用的许用应力水平根据依赖于特定材料的热性能和机械性能的功能而降低。短期和长期性能之间的相关性表明，热塑性塑料的长期工作应力水平通常在屈服或断裂时短期强度的20-40%之间。未填充的材料往往落在这个范围的低端，而高度填充的化合物往往落在这个范围的高端。给定产品的安全系数会降低这些值，如果应用环境的温度接近DTUL值，则可持续工作压力可能仅为数据表上提供的值的3-5%。一些数据表将给出多种温度下的抗拉强度和模量值。如果可用，这些数据可以消除许多猜测。表1给出了玻璃纤维增强尼龙6/6在多种温度下的抗拉强度值的例子。

理解温度与老化的关系

所有的聚合物对氧都有长期的敏感性，这种敏感性在较高的温度下会增加。与老化相关的退化被称为“相对热指数”(RTI)的性质所捕获。此值来自由保险商实验室强制和管理的测试。它是目前测量老化对聚合物机械和电学性能的长期影响的最佳标尺。RTI测试首先测量关键的基线性能，如抗拉强度、缺口Izod抗冲击性和抗电弧性。然后在多个温度下老化测试样品，并监测基线性能，直到它们下降到原始值的50%。达到50%性能所需的时间称为“失效时间”。如果使用三到四个老化温度，并将失效时间的对数绘制为温度倒数的函数，则数据点可以拟合成一条直线。然后将这条线外推到一个标准时间(通常是8年左右)，并预测在标准时间会导致故障的温度是相对热指数。对于大多数热塑性塑料，RTI值低于DTUL和维卡软化值。 This is the case for the glass-filled PBT in our附录ADTUL和维卡值均高于200°C(392°F)，而RTI值为140°C(284°F)的样本数据表。然而，对于具有良好氧化稳定性的软柔性材料，如PTFE，其RTI值可能高于其DTUL值。RTI值可用于预测主要考虑老化的长期性能。

老化过程遵循一个与温度有关的退化的经验法则。温度每升高10°C，降解速度就翻一番。这是一个指数关系，因此20°C的变化将使降解率增加2^2或4倍，而30°C的增加将使降解率增加2^3或8倍。由于RTI的时间范围约为8年，因此可以估计，一种材料在高于RTI 10°C的温度下可以存活4年，在高于RTI 20°C的温度下可以存活2年，在高于RTI 30°C的温度下可以存活1年。安全系数应该纳入计算，因为研究表明，实际的加速度系数，名义上是2，可能低至1.8，高至2.5。

图1:43%玻璃纤维增强尼龙6/6拉伸应力-应变曲线的初始部分。

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图2:43%玻璃纤维增强尼龙6/6的全应力应变曲线。

模量

模数提供在几乎每一个数据表。最常见的形式是拉伸模量或弯曲模量。模量将应力与应变联系起来，可以认为是刚度的度量。在大多数情况下，模量是在应力-应变曲线的线性区域内计算的。在极低的应变下，线性往往会丧失。图1显示了高度玻璃纤维增强尼龙6/6应力-应变曲线早期部分的放大视图。当该材料在室温下的模量为10600 MPa (1537,000 psi)时，该图显示应力-应变图在约0.4%时偏离线性。超过这一点，应力的每一次增加都会产生相应的逐渐增大的应变。图2显示，虽然模量线的斜率反映了数据表中提供的值，但连接原点到屈服点的线的有效斜率仅为该报告值的40%。因此，当使用模量作为选择属性时，了解应力在应力-应变曲线上的位置是很重要的。 As application stresses approach the yield point the expected lifetime of the product declines. Table 2 shows the maximum operating stress for a polycarbonate material as a function of time at two different temperatures. At very short times, less than an hour, the stress limit is nearly the same as the yield stress for the given temperature. As the time frame of the application increases under load, the maximum allowable working stress declines.

应力开裂-塑料零件现场失效的最常见原因

如果在应用环境中存在一种能够引起“应力开裂”现象的化学物质，则最大工作应力下降。表3显示了表2中相同聚碳酸酯的最大工作应力，其中恒定应力与作为应力裂纹剂的流体的存在相耦合。这表明，与不含该化学物质时的性能相比，机械性能下降。塑料在应力和化学剂共同作用下的失效被称为环境应力开裂(ESC)，它是塑料件现场失效的最常见原因。

图3:应变速率对聚丙烯应力应变特性的影响。

图4:无定形和半结晶聚合物的模量与温度的关系。

应变速率对模量和屈服应力的影响

有些材料的性质与应变率有关。材料的加载速率对模量和屈服应力都有影响，如图3所示。更高的应变速率产生更大的模量和屈服应力值。虽然在测试时，所有给定类型材料的供应商都希望使用相同的应变率，但情况并非总是如此，由于缺乏协调，数据表属性可能会有明显的差异。

模量随温度的变化

模量随温度变化。如表1所示，列出多种温度下的模量值的数据表将更全面地描述材料的行为。然而，很少能找到超过4个温度的数据，这些数据可以跨越150-200°C的范围，在这些点之间或这些点定义的范围之外，材料的行为存在很大的不确定性。动态力学分析(DMA)允许在较宽的温度范围内连续测量模量。图4显示模量与温度的曲线聚碳酸酯，一种非晶聚合物，尼龙6，一种半结晶聚合物。

这两种材料代表了它们各自结构的典型行为。两者都具有玻璃转变，代表分子运动的开始在非晶态区域的结构。在无定形聚碳酸酯中，这导致在相对狭窄的温度范围内完全丧失所有有用的力学性能。然而，在尼龙中，模量的下降虽然显著，但不是灾难性的，大约20%的室温性能仍然存在。这是对聚合物中晶体结构的贡献的测量。所有无定形聚合物都表现出类似于聚碳酸酯的温度依赖行为，所有半结晶材料都显示出类似于尼龙的性能-温度剖面。本质区别在于每种聚合物的确切转变温度。

耐冲击

根据典型的数据表值评估冲击性能具有挑战性，因为行业采用了许多不同的方法来测试抗冲击性能并报告结果。评估抗冲击性最常用的试验方法是缺口Izod试验。该试验采用一个在零件上加工有尖锐缺口的试样，并使用摆动的钟摆来传递产生失效所需的能量。

Izod缺口的最小半径往往夸大了延展性的差异，因为不同材料之间的缺口敏感性的差异。例如，聚碳酸酯和无定形PET聚酯都具有良好的实用韧性。PET聚酯比聚碳酸酯对缺口更敏感。因此，在室温下，聚碳酸酯的缺口Izod冲击值可能比某些等级的PET聚酯高得多，给人的印象是聚碳酸酯是一种更坚硬的材料。如果能够从不同类型的冲击试验中获得冲击结果，则可以更全面地了解冲击性能。

图5:普通聚碳酸酯的分子量对DBTT的影响。

落镖测试，如加德纳测试或仪器落镖冲击测试，可以提供额外的数据点。这些测试使用的是没有应力集中加工到零件中的试样，并能更准确地反映设计良好的零件所能期望的性能。

冲击性能也受温度的影响。较低的温度更有可能在材料中产生脆性行为，从延展性到脆性性能的转变可能非常突然。很难找到这种行为的完整情况，因为材料供应商不愿意报告不利的性能特征。然而，搜索可以产生有价值的结果，即使这些结果不适用于所有材料。图5显示了不同等级聚碳酸酯的缺口Izod冲击行为随温度的变化规律。这些结果说明了从延性到脆性行为的快速变化，通常是温度下降的函数。该图还显示了从延展性到脆性性能的转变与聚合物的分子量有关。较低的熔体流动速率值与具有较高平均分子量的等级相关。此特性对冲击性能发生变化时的温度有重大影响。

熔体流动速率

熔体流动速率是出现在大多数性能数据表上的一个属性。它试图用一个数字来捕捉物质行为的一个重要方面。熔体流动速率通常被加工者用来衡量材料在成型过程中的流动情况。熔体流动速率值的意义在于它与聚合物平均分子量的关系。较低的熔体流动速率值与较高的平均分子量材料相关。更高的分子量反过来又提供了更好的性能，特别是在抗冲击性、蠕变和疲劳性能以及屏障性能方面。

基于熔体流动速率的材料比较只有在特定聚合物家族中才有效。此外，有些材料采用多种条件进行测试。例如，ABS可以在由温度和施加在材料上的负载所定义的不同条件下进行测试。这些测试条件显示在表4以及与每个条件相关的结果的典型差异。在比较两种等级的材料时，注意测试参数并相应地进行调整是很重要的。

其他材料特性

在特定的应用中，除了热和机械性能外，其他性能也很重要。这些包括电学性质，如介电常数和强度，表面和体积电阻率，以及热膨胀系数。热膨胀系数的标准测量在-30°C和+30°C之间进行。然而，一些供应商将提供跨多个温度范围的值，如表5所示。当这个更完整的图片可用时，它表明这些类型的性质也依赖于温度，值往往随着温度的升高而增加。

塑料通常被认为是优良的绝缘体，除非通过添加碳或不锈钢等成分，专门制造出一种化合物来消散静电或具有一定的导电性。因此，大多数材料的电阻率值都很高，表面电阻率和体积电阻率分别在10^10到10^16欧姆或欧姆-厘米之间。随着时间的推移，持续的电应力会导致材料的介电击穿。这种行为将取决于所施加的电压的大小，最有效地捕捉到的属性可能是标准数据表的一部分，但可能更容易在保险商实验室数据库中找到，作为其黄牌系统的一部分。该方法将数值应用于诸如高安培点火、电弧轨迹电阻和连续跟踪指数等特性，每个指标的最低值表明性能优越，较高的值与较低的性能水平相关。

别逼我算账!

如果不了解零件的完整应用需求，并且没有对零件的3D模型进行设计分析，顾问通常不会提出材料建议。有时，完全设计零件来提出材料选择是不划算的。如果你想跳过材料工程，在材料选择上碰碰运气，你可以使用以下几条经验法则:

1. 试试ABS。ABS适用于很多很多应用。它价格合理，坚固，相对坚韧，有一个体面的外观，即使你没有遵循所有的标准，也是宽容的塑料零件设计规则．它的熔点相对较低。我们演示模具中的所有部件都是ABS。
2. 如果它需要便宜，刚性和化妆品真的不重要，尝试一下聚丙烯(PP)．我们的设计立方体是由PP制成的。
3. 如果你需要比ABS更坚硬或者能承受更高温度的材料，可以试试聚碳酸酯(PC)。如果你不遵守标准，PC比ABS更不宽容塑料零件设计规则．
4. 如果它需要好看和透明，试试亚克力(PMMA)。PMMA可能有点脆。透明的PC会比PMMA更坚硬，但在美观上稍差一些。
5. 如果规则1-4没有指出你需要去哪里，那么你需要开始计算。

如果您要模具零件，您可以尝试在我们的CNC加工服务制造的目标材料中进行几个测试零件，然后再投入模具。模具的设计是为了匹配特定树脂的收缩率，因此在同一模具中运行多种树脂而不冒零件尺寸、公差和/或尺寸的风险是不可能的。