塑料材质产品设计（深度塑胶材料的选择）

塑料材质产品设计（深度塑胶材料的选择）产品使用环境包括环境温度和接触介质。塑胶材料只能在一定的温度范围内保持性能，低于或者超过该温度范围，塑胶件在机械应力或化学攻击下非常容易变得脆弱而发生失效；而不同塑胶材料工作温度范围不一样。 ▲ 典型的载荷条件及应考虑的塑胶材料特性

关于作者：钟元，2011年出版书籍《面向制造和装配的产品设计指南》（DFMA）。 2020年即将出版《面向成本的产品设计：降本设计之道》（DFC）。

在选择塑胶材料之前，首先需要明确产品应用环境的各种要求。

1. 塑胶件载荷状况

塑胶材料选取时，产品设计工程师应当仔细分析零件在实际应用场合承受载荷的情况，包括载荷的大小、类型和时间，然后对比塑胶材料的物理特性，选取合适的材料。五种典型的载荷条件及工程师应考虑的塑胶材料特性，如下表所示。

▲ 典型的载荷条件及应考虑的塑胶材料特性

2.产品使用环境

产品使用环境包括环境温度和接触介质。塑胶材料只能在一定的温度范围内保持性能，低于或者超过该温度范围，塑胶件在机械应力或化学攻击下非常容易变得脆弱而发生失效；而不同塑胶材料工作温度范围不一样。

如图所示，相对于23°C的环境温度，在80°C 环境温度下某品牌POM的拉伸强度大幅下降。因此必须明确产品使用环境的温度，包括最高和最低的工作温度、以及长期的工作温度等。在考虑温度时，还需要考虑产品在装配、后处理、运输时的环境温度。

塑胶材料的选取也要考虑产品在制造和使用环境中所可能接触的各种化学介质，例如脱模剂、冲压油、脱脂剂、润滑油、清洗剂、润滑油、印刷染料、粘合剂等，另外还需考虑水、雨水、紫外线、砂对塑胶材料的影响。合理的选择塑胶材料确保与环境兼容。

▲ POM在不同温度下的拉伸应力-应变曲线

3.价格

在产品设计中，成本永远都是非常重要的一个因素之一，塑胶材料的选取需要考虑到材料的价格，在满足产品应用的条件下，选取价格比较便宜的塑胶材料。需要注意的是，由于塑胶材料的密度不同，在对比塑胶件成本时不仅仅是对比原材料价格，还需要对比密度。

▲ 部分塑料在2019年的价格趋势

4 . 装配要求

塑胶材料选取需要考虑到零件是通过什么方式装配到产品之中，根据产品的装配要求选用合适的材料。有的塑胶材料适合于胶粘连接，有的适合超声波焊接，而卡勾的连接则要求塑胶材料具有足够的强度、弹性和尺寸稳定性。

例如，某产品的上下盖的装配要求是超声波焊接装，上盖的塑胶材料已经选定为ABS，那么下盖的塑胶材料应当与ABS具有较好的超声波焊接熔合性能，可以为ABS或PMMA等。

▲ 塑料之间的超声波焊接兼容性

▲ 塑料之间的激光焊接兼容性

5.尺寸稳定性

在选择塑胶材料时，应根据零件和产品的尺寸稳定性要求来选取合适的塑胶材料。无定形塑料的尺寸稳定性好，如PC；半结晶塑料由于收缩率大、易翘曲等原因造成尺寸稳定性差，如PBT、PA66等。

▲ 非填充PBT塑料（壁厚6.35mm）在模具中顶出后因为收缩而造成的尺寸变化

6.外观

零件是否有透明度的要求，是否需要咬花、是否需要电镀、表面光泽度是否有要求等，这些外观要求都会影响到塑胶材料的选择。

7.安规

塑胶材料选择时考虑产品是否需要满足某种安规或某种认证的要求，比如3C认证、FDA、USDA、UL等；同时也要考虑产品是否需要满足UL94阻燃等级的要求，阻燃等级分为5VA、5VB、V-0、V-1、V-2、HB。不同的塑胶材料具有不同的阻燃等级，甚至同一种塑胶材料因为材料等级不同，其阻燃等级也不同。

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关于作者：

钟元，2011年出版书籍《面向制造和装配的产品设计指南》（DFMA）。

2020年即将出版《面向成本的产品设计：降本设计之道》（DFC）。

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