电子产品结构材料塑料特性和选择方法

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电子产品结构材料,塑料特性和选择方法,塑料,3,塑料,3.1,塑料的基本成分、添加剂和填料,3.2,常用塑料的主要参数,3.3,各种电子产品中塑料的选择,3.4,几种塑料的知名生产厂商,3.5,案例：产品故障现象、原因和解决方法,塑料,引言：,为什么需要塑料？塑料与其它材料相比有什么优点？,以今天的眼光看，塑料有什么缺点？,塑料,3.1,塑料的基本成分、添加剂和填料,1.,基本成分,*塑料,(Plastic),包括天然塑料和合成塑料两大类。天然塑料是指植物树脂如虫胶、松香等组成的材料。由于天然塑料的产量和性能远不能满足生产的需要，因此发展了合成塑料。,*现在广泛应用的塑料均是指合成塑料。它是一种能流动、成型及固化的人造材料，是从石油、煤、空气、水和农副产品等物质中提炼出的化合物。塑料的基本成分是人工合成的高分子有机化合物，也称为树脂。,塑料,2,.,添加剂,为了改变和提高塑料在机械性能、电气性能、耐气候性、环保性能、阻燃性能和工艺成形等方面的特性，在树脂中加入一些添加剂，制成实用的塑料。常用的添加剂如表,3-1,所示。,塑料,表,3-1,塑料常用的添加剂,塑料,续表,3-1,塑料,3.,填料,*塑料的填料与添加剂不同，添加剂是为了改善塑料某些方面的,特性，是提高塑料某些方面的性能，而填料主要是为了降低成,本，增加体积和重量。填料的加入不可避免地会降低塑料的性,能。,*主要的填料有：,木粉、石粉、陶土等。填料也有改善某些塑料物理性能的作,用，适当的填料是容许的，填料过多会严重影响塑料的性能。,市场上以次充好的塑料产品主要有两种，一种是加过多的填,料，一种是用回收料，这两个因素都是要充分注意的。,塑料,3.2,常用塑料的主要参数,更多的参数见参考书表,3-3,。下面是部分参数。,1,比重,塑料的比重一般在,0.9,1.5,之间，特别的比重达到,2.0,，它大约是铝材比重的,1/2,，钢材比重的,1/5,。不同的塑料原料品种，有不同的比重，除了影响机械等性能，还有是实际材料成本不同。,例如,ABS,的比重,1.04,，聚丙烯的密度是,0.9,，仅比重就差,14%,做同样的体积零件，聚丙烯材料用量就省,14%,。所以选择塑料要,在保证功能、性能的基础上选择比重轻的品种。,塑料,2,弯曲模量,弯曲模量是指材料在弹性极限内抵抗弯曲变形的能力,单位为,N/m2,或,Pa,。由于塑料在机械性能上与金属最大的区别是弯曲模量相差大，易变形，所以结构件的设计要特别关注这个参数。,在塑料零件常用的卡扣连接中，弯曲模量也是重要的设计依据。材料的弯曲模量越大，表示材料越不易变形，做出的零件刚度就越好。,3,热变形温度,塑料的热变形温度,(Heat deflection temperature,HDT),是指对塑料,试样施加一定的负荷，以一定的速度升温，当达到规定形变时所对,应的温度。是塑料的短期耐热性指标。塑料的热变形温度测试有专,门的标准，如国家标准,GB/T1633,一,2000,热塑性塑料软化温度,(VST),的测定。,塑料的热变形温度对于在高温下工作的产品显得特别重要，同时电子产品的高温、高湿试验也是对塑料零件的考验。塑料的热变形会导致零件位移产品功能的实效，如微动开关、按键的实效、壳体的缝隙、传动的不灵活等故障。所以选择塑料要使塑料的热变形温度高于工作和试验温度,10,以上。常用塑料的热变形温度如表,3-2,所示。,塑料,塑料,表,3-2,塑料的热变形温度,塑料,4,玻璃化转变温度,玻璃化转变温度（,Glass transition temperature,）特指无定型塑料,（也包括结晶型塑料中的非结晶部分）由高弹性态转变为玻璃态的,温度，通常用,Tg,表示，是塑料的一种重要的工艺指标。,当塑料到达玻璃化转变温度时，其弹性模量、比重、比热、硬度、介电常数和介电损耗等均发生突变，做出这些物理量随温度变化的曲线，其突变处的温度就是玻璃化转变温度,Tg,。结晶型塑料则没有玻璃化转变温度，它到达一定高温即融化。,提示：,HDT,是给结构设计用的；,Tg,主要是给注塑工艺用的。,塑料,5,介电常数,介电常数（,Dielectric constant,）是以某塑料为介质时的电容,与以真空为介质的电容之比。又称电容率或相对电容率,是表,征介质储电能力大小的一个物理量，常用,表示。介电常数,愈小绝缘性愈好。空气的介电常数为,1.0006,而水的介电常数,特别大,10,时的水介电常数为,83.83,。在印制板的基材和高,速电路接插件壳体中介电常数是重要的参数。,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,。两种塑料能否混合使用，取决于塑料的溶解度、结晶、,极化和氢链等。,即使是可以混合使用的塑料，其比例组成也是有限定的，超过一,定比例，反而相容性不好。在近百种塑料中能混合使用的塑料也,就十几种。,提示：将不能混合的塑料混合使用会导致零件的表面粗糙、脱皮,和分层现象。,塑料,3.3,各种电子产品中塑料的选择,图,3-1,塑料的性能等级,1,结构件最常用的,ABS,塑料,*家电内外部结构件，零件形状复杂、没有特殊的受力要求和环境要求时首选,ABS,塑料。比如,LCD,电视、台式电脑面板、摄像头壳体等。,*特别注意,ABS,有几十种,要仔细选择。,图,3-2 ABS,塑料 家用摄像头,塑料,塑料,2.PS,、,HIPS,塑料,*一般的电子产品内部结构件，并且形状简单，可以用,PS,、,HIPS,。这两种材料的脆性比,ABS,大，注塑时外表面容易有溶接痕，不适合做外观件，并且受力容易开裂。,*其价格低于,ABS,约,20%,，比重也比,ABS 10%,，也能节省材料成本。所以采用高抗冲聚苯乙烯材料与,ABS,塑料,相比，零件价格约可降,30%,。,塑料,3.,薄壁零件的塑料,PBT,、,PET,*,薄壁零件的外观塑料件可选聚对苯二甲酸丁二醇酯（,PBT,）和聚对苯二甲酸乙二酯,(PET),，这些塑料的壁厚，采用注塑工艺都可以做成壁薄至,10.5mm,的零件。,*,PBT,耐高温工作环境、比较硬；,PET,不耐高温，零件可以做的,更薄一些。主要用于制作手机中薄膜按键、电子琴键及电脑,键盘按键等薄壁零件、也是饮料瓶壳体材料，,PBT,是纯净水,桶的用料。,第三讲 塑料,图,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，这些材料主要是折光率、硬度、脆性有很大差异。由此价格也差异几倍。聚苯乙烯（,PS,）是最便宜的透明塑料，但也最脆，易开裂，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（,PMMA,）是机械性能比较好的材料（俗称有机玻璃、基材,MMA,俗称压克力），零件可以受一定的力。,*,PC,是透明材料中机械性能很好的材料，用于中等受力的场合。其中折光率好的牌号的,PC,塑料还能用来做数码相机的镜头和眼镜的镜片。,塑料,图,3-4,透明塑料,ABS,、,PMMA,、,PC,零件,塑料,5.,高刚度和强度零件用的塑料（工程塑料）,有些结构件需要承受高载荷，但不能变形。比如塑料齿轮、轴类零件和支撑架等，可以用聚碳酸脂（,PC,）、聚酰胺,PA,、聚甲醛（,POM,）、聚苯醚（,PPO,）、聚对苯二甲酰对苯二胺,(PPA),和它们加了玻纤的增强料。,图,3-5,工程塑料做的齿轮,塑料,6,.,弹性零件的塑料,弹性零件如扎线扣和柔软的垫片，可采用聚丙烯（,PP,）和聚乙烯（,PE,）塑料。,图,3-6,塑料线扣,塑料,7.,接插件用的塑料,*,DIP,焊接和压接的接插件可以采用增强聚碳酸酯（,PC,）、聚酰胺（,PA,）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（,PBT,）。,*需要过,SMT,的接插件可以用增强,PCT,（聚对苯二甲酸环己基乙二酯）、聚砜,(PSU),、聚对苯二酰对苯二胺（,PPA,）和聚酰亚胺（,PI,）等塑料。,*除了机械性能，接插件塑料选择的重要参数是介电常数和耐温性能。,塑料,压接 接插件 焊接接插件,图,3-7,塑料接插件,塑料,3.4,几种塑料的知名生产厂商,塑料品种有很多都是美国杜邦（,Du Pont,）公司和德国拜尔（,(Bayer),）公司发明的。今天在塑料材料技术上美国和德国仍然是领先者，而日本则紧随其后。国内塑料大公司基本是这些公司产品的制造生产基地。有些中小公司是改性塑料的制造商。,1,.,ABS,塑料著名制造商,德国拜尔（,Bayer,）、美国通用电气（,GE,）公司、德国巴斯夫（,BASF,）公司、台湾奇美公司和韩国,LG,化学公司。其中拜尔和通用电气的,ABS,产品种类覆盖面广，其产品性能稳定。而台湾奇美的,ABS,塑料产品产量全球最大，产品性能满足一般需求，价格也有相对优势。,塑料,2,.,聚碳酸酯塑料著名制造商,全球最大的聚碳酸酯生产商是美国通用电气公司，全球第二大聚碳酸酯生产商是德国拜尔公司，美国陶氏（,DOW,）化学公司位居第三。,ABS/PC,混合料这三大公司也均有生产。台湾奇美和日本三菱工程公司也大量生产聚碳酸酯。,3,.,聚酰胺塑料（尼龙）著名制造商,美国杜邦、德国巴斯夫、美国通用电气、法国罗地亚（,Rhodia,）和日本东丽公司。以尼龙的发明者杜邦公司的产品性能为最好,塑料,3.5,案例：产品故障现象、原因和解决方法,*,产品描述：,ABS,塑料面板,360mm,高，下面是两个刚性卡勾，上面是两个弹性卡扣。,*故障现象：,按有效公式计算，卡扣处过盈双边取,1.5mm,。实际产品过盈从,1.50.5mm,变化。,故使用时面板会被碰掉。来回改过几次，卡扣不是紧就是松问题不能根治。,图,3-8 ABS,面板卡扣装配,塑料,小结：,塑料的以次充好是常见的现象，了解填料可以增加辨别力。,塑料的牌号细分也是重要的，这与价格和性能相关。,透明材料和染料色母的应用可以得到高质量的塑料外观件。,通过了解知名厂商的材料规格书可以比较国内厂商的差距。,塑料的拉伸强度、热变形温度是重要的机械参数。,