基础知识：了解不同的塑料

魔猴君  知识堂   12天前

在 1967年的美国电影《毕业生》中，达斯汀·霍夫曼饰演的男主被告知塑料是一个很有前途的行业。 男主是否认同这个看法我们无从得知，但五十多年过去了，我们现在已经知道制造行业肯定是认同了此看法，现在塑料在制造业被广泛使用，包括多种类型的塑料及类塑料，覆盖了几乎所有的工业类别，而且已经变为我们的生活中不可分割的一部分。

对于新手外行来说，塑料有很多不同类型，到底不同塑料之间有什么区别和联系呢？这种困惑通常是因为以下几个原因：

✓ 对材料结构和性能之间的关系没有概念。

✓ 产品材料的性能通常没有被足够的重视，没有被分配足够的时间和精力。

✓ 即使克服了上述两个障碍，也很难找到准确的材料属性数据。

为您的产品选择合适的材料会涉及到将各种来源的数据，每个来源的数据有可能不完整，有重叠有冲突，您需要把这些各不完整，甚至相互毛肚的材料性能数据整合在一起。 对一种材料，最主要应该看它的材料数据表（MDS，Material Data Sheet），一个中肯的建议是您应该尽可能从该表中获取尽可能多的信息。 有时也可以从各个材料供应商发布的设计手册和应用说明中获得更详细的信息，用来可以填补材料数据表中的空白。 完整详尽的材料信息一般是高性能工程和特种材料才会有（为显示性能的优越性），而常见的一些商品材料可能会有信息缺失。 如果您真的需要了解一个材料，你除了查找资料之外，可能还需要做一些试验和测试工作。

热塑性塑料

热塑性塑料是一种在一定温度以上变软，变得可模塑，然后在冷却时固化，并且这一过程往返重复，所以热塑性塑料通常用于注塑成型，也一般都可以再次回收利用。

热塑性塑料在加热时发生的情况用专业术语讲就是是相变。 材料经历相变的一个非常常见的例子是水在零度以下会变成冰，冰在零度以上会变为水。 低于这个相变温度，材料是固态，高于这个温度，材料是液态。

一些常见的热塑性塑料

✓乙缩醛 Acetal，也称为 Delrin

✓ 亚克力(Acrylic,PMMA,Polymethyl methacrylate）

✓ 丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS，Acrylonitrile butadiene styrene)

✓ 尼龙 Nylon (PA,Polyamide)

✓ 聚碳酸酯 (PC Polycarbonate )

✓ 聚乙烯 (PE Polyethylene )

✓ 聚乳酸 (PLA, Polylactic acid )

✓ 聚丙烯 (PP, Polypropylene )

✓ 聚苯乙烯 (PS,Polystyrene )

✓ 聚四氟乙烯 (PTE,Polytetrafluoroethylene)，也称为 Teflon

✓ 聚氯乙烯 (PVC,Polyvinyl chloride )

热固性塑料

热固性这个名称可能看起来有点令人困惑，尤其是与热塑性塑料相比（参见上一节）。 热固性材料是一种不可逆固化的材料，而不是加热可以重新软化的材料。 记住这两种塑料区别最简单方法可能是，热塑性塑料加热可逆，而热固性塑料则是永久变形。

热固性材料根据材料的成分不同，可以通过化学反应固化或辐射固化。 液态硅胶是一种常见得可模塑的热固性材料。

热固性材料通常比热塑性材料更强固，也可以用于各种成型工艺。

常见的热固性塑料有：

✓电木

✓ 环氧树脂

✓ 三聚氰胺

✓ 聚氨酯（也存在于热塑性塑料中，但较少见）

✓ RTV 硅胶

✓ 硅橡胶

光敏聚合物

光敏聚合物是一种塑料，液态未固化前多称为光敏树脂，光敏树脂在光照时会改变其特性，发生固化反应。 这些塑料通常使用紫外线固化，并且固化速度非常快。 光敏树脂通常用于3D 打印及类似工艺（如UV打印等）。光敏聚合物往往比其他类型的塑料更脆，并且在暴露于阳光或高湿度时通常不稳定。与热固性材料一样，光敏聚合物也经历了一个不可逆的固化过程，一旦固化就不能再软化。 当用于3D打印等工艺时，光敏树脂会逐层固化。 通常通过一个UV 激光头在树脂上绘制（和固化）一层零件，然后将工作台下降一层的高度， 然后再绘制下一层并固化，该过程不断进行，直到整个零件形成。

光敏树脂是数字制造中的重要的原材料之一，人们开发了很多光敏树脂用来制作具有一定特性的光聚合物。

比较塑料和类塑料

从技术角度来看，并非所有看似塑料的东西就都是塑料。 热固性塑料和光敏聚合物的性能行为与真正的“塑料”不同，虽然对普通人来说分不清楚很正常。但如果您想成为一个专家，又或者只是有兴趣稍微多了解一些，比较塑料和类似塑料还是很有趣的。

立体光刻（一种常用的增材制造工艺，可以简称为 SLA）原材料是光敏树脂而不是热塑性塑料，因此在一些关键特性上是不同于普通的工程级树脂。 尽管如此，这些类塑料对设计师和工程师来说仍然非常有用，只要它们在某些维度上与预期的最终生产材料相匹配，那么它们还是可以用于外观、装配和有限的功能测试。 通常，设计师和工程师最看重的属性是刚度（技术术语拉伸模量）， 因此，如果原材料是类 ABS 材料时，它通常指该材料与ABS的刚度类似，而其他材料属性有可能会差别很大。

光敏材料与工程级热塑性塑料最常见的性能不同是断裂伸长率（断裂前的拉伸程度，以百分比衡量）和耐温能力（软化前的温度）。光敏聚合物的断裂伸长率和耐温能力都远不如对应的工程塑料。

所有光敏聚合物都对氧气具有长期敏感性，也就是长期暴露在氧气环境各项性能会老化而退化，并且这种敏感性随着温度的增高会增加。 衡量老化的将能指标为相对热指数 (Relative Thermal Index, RTI)。 这是目前测量老化对光敏聚合物机的械和电气性能的长期影响的最佳方法。 RTI 从测量关键基线属性开始， 然后测试样品在多个温度下的老化，监测其基线属性，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。

选择合适的塑料

如果不了解一个零件的完整的应用性能要求，就不能做出完全准确的材料选择。但如果提前为选材料做太多的工程计算有时候又不太划算，那么我们该如何为产品选一个合适的材料呢？下面我们提供一些快速选择塑料的经验法则：

✓ 试试 ABS。 ABS 适用于很多很多应用。它价格合理，坚固，相对坚韧，外观不错，即使您不遵循塑料零件的所有标准设计规则，它也很宽容。不过它的熔点确实相对较低。

✓ 如果需要更便宜和更刚强，并且外观不是很重要，请尝试聚丙烯 (PP)。

✓ 如果您需要比 ABS 更坚固或能够承受更高温度的东西，请尝试使用聚碳酸酯 (PC)，PC不如ABS那么可以容错设计规则，需要了解塑料零件的设计规则。。

✓ 如果需要美观和透明，请尝试亚克力（PMMA）。 PMMA 可能有点脆。

透明的 PC 会比 PMMA 更坚固，但在美观上会少一些。

✓ 如果这些规则没有选出合适的材料，那么你需要做数学和工程分析。

如果您打算使用注塑成型来制作零件，您可以制作模具之前，先用不同的候选目标材料机加工几个零件，确定最终材料后再制作模具。这是模具在设计时是需要匹配了特定材料的属性，树脂在固化时会收缩，不同树脂收缩率不一样，因此可能无法在同一模具中使用多种树脂，不同树脂可能会对零件尺寸、公差和精度造成风险。