基礎知識：了解不同的塑料

魔猴君  知識堂   182天前

在 1967年的美國電影《畢業生》中，達斯汀·霍夫曼飾演的男主被告知塑料是一個很有前途的行業。 男主是否認同這個看法我們無從得知，但五十多年過去了，我們現在已經知道制造行業肯定是認同了此看法，現在塑料在制造業被廣泛使用，包括多種類型的塑料及類塑料，覆蓋了幾乎所有的工業類別，而且已經變為我們的生活中不可分割的一部分。

對于新手外行來說，塑料有很多不同類型，到底不同塑料之間有什么區別和聯系呢？這種困惑通常是因為以下幾個原因：

? 對材料結構和性能之間的關系沒有概念。

? 產品材料的性能通常沒有被足夠的重視，沒有被分配足夠的時間和精力。

? 即使克服了上述兩個障礙，也很難找到準確的材料屬性數據。

為您的產品選擇合適的材料會涉及到將各種來源的數據，每個來源的數據有可能不完整，有重疊有沖突，您需要把這些各不完整，甚至相互毛肚的材料性能數據整合在一起。 對一種材料，最主要應該看它的材料數據表（MDS，Material Data Sheet），一個中肯的建議是您應該盡可能從該表中獲取盡可能多的信息。 有時也可以從各個材料供應商發布的設計手冊和應用說明中獲得更詳細的信息，用來可以填補材料數據表中的空白。 完整詳盡的材料信息一般是高性能工程和特種材料才會有（為顯示性能的優越性），而常見的一些商品材料可能會有信息缺失。 如果您真的需要了解一個材料，你除了查找資料之外，可能還需要做一些試驗和測試工作。

熱塑性塑料

熱塑性塑料是一種在一定溫度以上變軟，變得可模塑，然后在冷卻時固化，并且這一過程往返重復，所以熱塑性塑料通常用于注塑成型，也一般都可以再次回收利用。

熱塑性塑料在加熱時發生的情況用專業術語講就是是相變。 材料經歷相變的一個非常常見的例子是水在零度以下會變成冰，冰在零度以上會變為水。 低于這個相變溫度，材料是固態，高于這個溫度，材料是液態。

一些常見的熱塑性塑料

?乙縮醛 Acetal，也稱為 Delrin

? 亞克力(Acrylic,PMMA,Polymethyl methacrylate）

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

? 尼龍 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)，也稱為 Teflon

? 聚氯乙烯 (PVC,Polyvinyl chloride )

熱固性塑料

熱固性這個名稱可能看起來有點令人困惑，尤其是與熱塑性塑料相比（參見上一節）。 熱固性材料是一種不可逆固化的材料，而不是加熱可以重新軟化的材料。 記住這兩種塑料區別最簡單方法可能是，熱塑性塑料加熱可逆，而熱固性塑料則是永久變形。

熱固性材料根據材料的成分不同，可以通過化學反應固化或輻射固化。 液態硅膠是一種常見得可模塑的熱固性材料。

熱固性材料通常比熱塑性材料更強固，也可以用于各種成型工藝。

常見的熱固性塑料有：

?電木

? 環氧樹脂

? 三聚氰胺

? 聚氨酯（也存在于熱塑性塑料中，但較少見）

? RTV 硅膠

? 硅橡膠

光敏聚合物

光敏聚合物是一種塑料，液態未固化前多稱為光敏樹脂，光敏樹脂在光照時會改變其特性，發生固化反應。 這些塑料通常使用紫外線固化，并且固化速度非常快。 光敏樹脂通常用于3D 打印及類似工藝（如UV打印等）。光敏聚合物往往比其他類型的塑料更脆，并且在暴露于陽光或高濕度時通常不穩定。與熱固性材料一樣，光敏聚合物也經歷了一個不可逆的固化過程，一旦固化就不能再軟化。 當用于3D打印等工藝時，光敏樹脂會逐層固化。 通常通過一個UV 激光頭在樹脂上繪制（和固化）一層零件，然后將工作臺下降一層的高度， 然后再繪制下一層并固化，該過程不斷進行，直到整個零件形成。

光敏樹脂是數字制造中的重要的原材料之一，人們開發了很多光敏樹脂用來制作具有一定特性的光聚合物。

比較塑料和類塑料

從技術角度來看，并非所有看似塑料的東西就都是塑料。 熱固性塑料和光敏聚合物的性能行為與真正的“塑料”不同，雖然對普通人來說分不清楚很正常。但如果您想成為一個專家，又或者只是有興趣稍微多了解一些，比較塑料和類似塑料還是很有趣的。

立體光刻（一種常用的增材制造工藝，可以簡稱為 SLA）原材料是光敏樹脂而不是熱塑性塑料，因此在一些關鍵特性上是不同于普通的工程級樹脂。 盡管如此，這些類塑料對設計師和工程師來說仍然非常有用，只要它們在某些維度上與預期的最終生產材料相匹配，那么它們還是可以用于外觀、裝配和有限的功能測試。 通常，設計師和工程師最看重的屬性是剛度（技術術語拉伸模量）， 因此，如果原材料是類 ABS 材料時，它通常指該材料與ABS的剛度類似，而其他材料屬性有可能會差別很大。

光敏材料與工程級熱塑性塑料最常見的性能不同是斷裂伸長率（斷裂前的拉伸程度，以百分比衡量）和耐溫能力（軟化前的溫度）。光敏聚合物的斷裂伸長率和耐溫能力都遠不如對應的工程塑料。

所有光敏聚合物都對氧氣具有長期敏感性，也就是長期暴露在氧氣環境各項性能會老化而退化，并且這種敏感性隨著溫度的增高會增加。 衡量老化的將能指標為相對熱指數 (Relative Thermal Index, RTI)。 這是目前測量老化對光敏聚合物機的械和電氣性能的長期影響的最佳方法。 RTI 從測量關鍵基線屬性開始， 然后測試樣品在多個溫度下的老化，監測其基線屬性，直到它們下降到原始值的 50%。 達到 50% 性能所需的時間稱為失效時間。

選擇合適的塑料

如果不了解一個零件的完整的應用性能要求，就不能做出完全準確的材料選擇。但如果提前為選材料做太多的工程計算有時候又不太劃算，那么我們該如何為產品選一個合適的材料呢？下面我們提供一些快速選擇塑料的經驗法則：

? 試試 ABS。 ABS 適用于很多很多應用。它價格合理，堅固，相對堅韌，外觀不錯，即使您不遵循塑料零件的所有標準設計規則，它也很寬容。不過它的熔點確實相對較低。

? 如果需要更便宜和更剛強，并且外觀不是很重要，請嘗試聚丙烯 (PP)。

? 如果您需要比 ABS 更堅固或能夠承受更高溫度的東西，請嘗試使用聚碳酸酯 (PC)，PC不如ABS那么可以容錯設計規則，需要了解塑料零件的設計規則。。

? 如果需要美觀和透明，請嘗試亞克力（PMMA）。 PMMA 可能有點脆。

透明的 PC 會比 PMMA 更堅固，但在美觀上會少一些。

? 如果這些規則沒有選出合適的材料，那么你需要做數學和工程分析。

如果您打算使用注塑成型來制作零件，您可以制作模具之前，先用不同的候選目標材料機加工幾個零件，確定最終材料后再制作模具。這是模具在設計時是需要匹配了特定材料的屬性，樹脂在固化時會收縮，不同樹脂收縮率不一樣，因此可能無法在同一模具中使用多種樹脂，不同樹脂可能會對零件尺寸、公差和精度造成風險。