1、電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)材料 塑料特性和選擇方法,2020/9/1,塑料,3塑料 3.1塑料的基本成分、添加劑和填料 3.2常用塑料的主要參數(shù) 3.3各種電子產(chǎn)品中塑料的選擇 3.4幾種塑料的知名生產(chǎn)廠商 3.5 案例：產(chǎn)品故障現(xiàn)象、原因和解決方法,塑料,引言： 為什么需要塑料？塑料與其它材料相比有什么優(yōu)點(diǎn)？ 以今天的眼光看，塑料有什么缺點(diǎn)？,塑料,3.1塑料的基本成分、添加劑和填料 1.基本成分 * 塑料(Plastic)包括天然塑料和合成塑料兩大類(lèi)。天然塑料是指植物樹(shù)脂如蟲(chóng)膠、松香等組成的材料。由于天然塑料的產(chǎn)量和性能遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要，因此發(fā)展了合成塑料。 * 現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的塑料均是指合成塑料。它

2、是一種能流動(dòng)、成型及固化的人造材料，是從石油、煤、空氣、水和農(nóng)副產(chǎn)品等物質(zhì)中提煉出的化合物。塑料的基本成分是人工合成的高分子有機(jī)化合物，也稱(chēng)為樹(shù)脂。,塑料,2. 添加劑 為了改變和提高塑料在機(jī)械性能、電氣性能、耐氣候性、環(huán)保性能、阻燃性能和工藝成形等方面的特性，在樹(shù)脂中加入一些添加劑，制成實(shí)用的塑料。常用的添加劑如表3-1所示。,塑料,表3-1 塑料常用的添加劑,塑料,續(xù)表3-1,塑料,3.填料 * 塑料的填料與添加劑不同，添加劑是為了改善塑料某些方面的 特性，是提高塑料某些方面的性能，而填料主要是為了降低成 本，增加體積和重量。填料的加入不可避免地會(huì)降低塑料的性 能。 * 主要的填料有： 木

3、粉、石粉、陶土等。填料也有改善某些塑料物理性能的作 用，適當(dāng)?shù)奶盍鲜侨菰S的，填料過(guò)多會(huì)嚴(yán)重影響塑料的性能。 市場(chǎng)上以次充好的塑料產(chǎn)品主要有兩種，一種是加過(guò)多的填 料，一種是用回收料，這兩個(gè)因素都是要充分注意的。,塑料,3.2常用塑料的主要參數(shù) 更多的參數(shù)見(jiàn)參考書(shū)表3-3。下面是部分參數(shù)。 1 比重 塑料的比重一般在0.9 1.5之間，特別的比重達(dá)到2.0，它大約是鋁材比重的1/2，鋼材比重的1/5。不同的塑料原料品種，有不同的比重，除了影響機(jī)械等性能，還有是實(shí)際材料成本不同。 例如ABS的比重1.04，聚丙烯的密度是0.9，僅比重就差14% 做同樣的體積零件，聚丙烯材料用量就省14% 。所以選

4、擇塑料要 在保證功能、性能的基礎(chǔ)上選擇比重輕的品種。,塑料,2 彎曲模量 彎曲模量是指材料在彈性極限內(nèi)抵抗彎曲變形的能力,單位為N/m2或Pa 。由于塑料在機(jī)械性能上與金屬最大的區(qū)別是彎曲模量相差大，易變形，所以結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)要特別關(guān)注這個(gè)參數(shù)。 在塑料零件常用的卡扣連接中，彎曲模量也是重要的設(shè)計(jì)依據(jù)。材料的彎曲模量越大，表示材料越不易變形，做出的零件剛度就越好。,3 熱變形溫度 塑料的熱變形溫度(Heat deflection temperature, HDT)是指對(duì)塑料 試樣施加一定的負(fù)荷，以一定的速度升溫，當(dāng)達(dá)到規(guī)定形變時(shí)所對(duì) 應(yīng)的溫度。是塑料的短期耐熱性指標(biāo)。塑料的熱變形溫度測(cè)試有專(zhuān) 門(mén)

5、的標(biāo)準(zhǔn)，如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1633一2000熱塑性塑料軟化溫度 (VST)的測(cè)定。 塑料的熱變形溫度對(duì)于在高溫下工作的產(chǎn)品顯得特別重要，同時(shí)電子產(chǎn)品的高溫、高濕試驗(yàn)也是對(duì)塑料零件的考驗(yàn)。塑料的熱變形會(huì)導(dǎo)致零件位移產(chǎn)品功能的實(shí)效，如微動(dòng)開(kāi)關(guān)、按鍵的實(shí)效、殼體的縫隙、傳動(dòng)的不靈活等故障。所以選擇塑料要使塑料的熱變形溫度高于工作和試驗(yàn)溫度10以上。常用塑料的熱變形溫度如表3-2所示。,塑料,塑料,表3-2 塑料的熱變形溫度,塑料,4 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Glass transition temperature）特指無(wú)定型塑料 （也包括結(jié)晶型塑料中的非結(jié)晶部分）由高彈性態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的 溫

6、度，通常用Tg表示，是塑料的一種重要的工藝指標(biāo)。 當(dāng)塑料到達(dá)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，其彈性模量、比重、比熱、硬度、介電常數(shù)和介電損耗等均發(fā)生突變，做出這些物理量隨溫度變化的曲線，其突變處的溫度就是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。結(jié)晶型塑料則沒(méi)有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，它到達(dá)一定高溫即融化。 提示：HDT是給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用的；Tg主要是給注塑工藝用的。,塑料,5 介電常數(shù) 介電常數(shù)（Dielectric constant）是以某塑料為介質(zhì)時(shí)的電容 與以真空為介質(zhì)的電容之比。又稱(chēng)電容率或相對(duì)電容率, 是表 征介質(zhì)儲(chǔ)電能力大小的一個(gè)物理量，常用表示。介電常數(shù) 愈小絕緣性愈好。空氣的介電常數(shù)為1.0006而水的介電常數(shù) 特別大,1

7、0時(shí)的水介電常數(shù)為83.83。在印制板的基材和高 速電路接插件殼體中介電常數(shù)是重要的參數(shù)。,塑料,ttu,6 混合特性 有些塑料可以混合使用，比如ABS和PC，有些塑料不可以混用如 ABS和PS。兩種塑料能否混合使用，取決于塑料的溶解度、結(jié)晶、 極化和氫鏈等。 即使是可以混合使用的塑料，其比例組成也是有限定的，超過(guò)一 定比例，反而相容性不好。在近百種塑料中能混合使用的塑料也 就十幾種。 提示：將不能混合的塑料混合使用會(huì)導(dǎo)致零件的表面粗糙、脫皮 和分層現(xiàn)象。,塑料,3.3各種電子產(chǎn)品中塑料的選擇,圖3-1 塑料的性能等級(jí),1結(jié)構(gòu)件最常用的ABS塑料 * 家電內(nèi)外部結(jié)構(gòu)件，零件形狀復(fù)雜、沒(méi)有特殊的

8、受力要求和環(huán)境要求時(shí)首選ABS塑料。比如LCD電視、臺(tái)式電腦面板、攝像頭殼體等。 * 特別注意ABS有幾十種 要仔細(xì)選擇。 圖3-2 ABS塑料 家用攝像頭,塑料,塑料,2. PS、HIPS塑料 * 一般的電子產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，并且形狀簡(jiǎn)單，可以用PS、HIPS。這兩種材料的脆性比ABS大，注塑時(shí)外表面容易有溶接痕，不適合做外觀件，并且受力容易開(kāi)裂。 * 其價(jià)格低于ABS約20%，比重也比ABS 10% ，也能節(jié)省材料成本。所以采用高抗沖聚苯乙烯材料與ABS塑料 相比，零件價(jià)格約可降30%。,塑料,3. 薄壁零件的塑料 PBT、PET * 薄壁零件的外觀塑料件可選聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和

9、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)，這些塑料的壁厚，采用注塑工藝都可以做成壁薄至10.5mm的零件。 * PBT耐高溫工作環(huán)境、比較硬；PET不耐高溫，零件可以做的 更薄一些。主要用于制作手機(jī)中薄膜按鍵、電子琴鍵及電腦 鍵盤(pán)按鍵等薄壁零件、也是飲料瓶殼體材料 ，PBT是純凈水 桶的用料。,第三講 塑料,圖3-3 PBT做的RJ45 插座,塑料,4.透明零件的塑料 * 很多塑料都可以做成透明的，這些材料主要是折光率、硬度、脆性有很大差異。由此價(jià)格也差異幾倍。聚苯乙烯（PS）是最便宜的透明塑料，但也最脆，易開(kāi)裂，注射容易有“水痕”，用于不受力的零件。 * AS和ABS塑料是稍好的材料，聚甲基丙烯酸甲酯（

10、PMMA）是機(jī)械性能比較好的材料（俗稱(chēng)有機(jī)玻璃、基材MMA俗稱(chēng)壓克力），零件可以受一定的力。 * PC是透明材料中機(jī)械性能很好的材料，用于中等受力的場(chǎng)合。其中折光率好的牌號(hào)的PC塑料還能用來(lái)做數(shù)碼相機(jī)的鏡頭和眼鏡的鏡片。,塑料,圖3-4 透明塑料 ABS 、 PMMA 、 PC 零件,塑料,5.高剛度和強(qiáng)度零件用的塑料（工程塑料） 有些結(jié)構(gòu)件需要承受高載荷，但不能變形。比如塑料齒輪、軸類(lèi)零件和支撐架等，可以用聚碳酸脂（PC）、聚酰胺PA、聚甲醛（POM）、聚苯醚（PPO）、聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺(PPA)和它們加了玻纖的增強(qiáng)料。,圖3-5工程塑料做的齒輪,塑料,6.彈性零件的塑料 彈性零件如扎線

11、扣和柔軟的墊片，可采用聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）塑料。,圖3-6 塑料線扣,塑料,7.接插件用的塑料 * DIP焊接和壓接的接插件可以采用增強(qiáng)聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（PA）、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）。 * 需要過(guò)SMT的接插件可以用增強(qiáng)PCT（聚對(duì)苯二甲酸環(huán)己基乙二酯）、聚砜(PSU)、聚對(duì)苯二酰對(duì)苯二胺（PPA）和聚酰亞胺（PI）等塑料。 * 除了機(jī)械性能，接插件塑料選擇的重要參數(shù)是介電常數(shù)和耐溫性能。,塑料,壓接 接插件 焊接接插件 圖3-7 塑料接插件,塑料,3.4幾種塑料的知名生產(chǎn)廠商 塑料品種有很多都是美國(guó)杜邦（Du Pont）公司和德國(guó)拜爾（(Bayer)）公司發(fā)明的。

12、今天在塑料材料技術(shù)上美國(guó)和德國(guó)仍然是領(lǐng)先者，而日本則緊隨其后。國(guó)內(nèi)塑料大公司基本是這些公司產(chǎn)品的制造生產(chǎn)基地。有些中小公司是改性塑料的制造商。 1. ABS塑料著名制造商 德國(guó)拜爾（Bayer）、美國(guó)通用電氣（GE）公司、德國(guó)巴斯夫（BASF）公司、臺(tái)灣奇美公司和韓國(guó)LG化學(xué)公司。其中拜爾和通用電氣的ABS產(chǎn)品種類(lèi)覆蓋面廣，其產(chǎn)品性能穩(wěn)定。而臺(tái)灣奇美的ABS塑料產(chǎn)品產(chǎn)量全球最大，產(chǎn)品性能滿足一般需求，價(jià)格也有相對(duì)優(yōu)勢(shì)。,塑料,2.聚碳酸酯塑料著名制造商 全球最大的聚碳酸酯生產(chǎn)商是美國(guó)通用電氣公司，全球第二大聚碳酸酯生產(chǎn)商是德國(guó)拜爾公司，美國(guó)陶氏（DOW）化學(xué)公司位居第三。ABS/PC混合料這三大公司也均有生產(chǎn)。臺(tái)灣奇美和日本三菱工程公司也大量生產(chǎn)聚碳酸酯。 3.聚酰胺塑料（尼龍）著名制造商 美國(guó)杜邦、德國(guó)巴斯夫 、美國(guó)通用電氣、法國(guó)羅地亞（Rhodia）和日本東麗公司。以尼龍的發(fā)明者杜邦公司的產(chǎn)品性能為最好,塑料,3.5 案例：產(chǎn)品故障現(xiàn)象、原因和解決方法,* 產(chǎn)品描述： ABS塑料面板360mm高，下面是兩個(gè)剛性卡勾，上面是兩個(gè)彈性卡扣。 * 故障現(xiàn)象： 按有效公式計(jì)算，卡扣處過(guò)盈雙邊取1.5mm。實(shí)際產(chǎn)