塑料選材的一般程序
泵用塑料也像金屬一樣，種類繁多，雖然已工業化的主要類別只有五十多種，但每類又有許多品級。如尼龍塑料則包括尼龍3、尼龍4、尼龍6、尼龍46、尼龍66、尼龍7、尼龍8、尼龍9、尼龍610、尼龍1010、尼龍11、尼龍12、尼龍13、尼龍612，尼龍9T，尼龍13，MC尼龍，尼龍MXD6 尼龍等品種。每一品種還可以通過改性，例如加入填料或增強材料和其它輔助材料，或通過共混制成"合金"；或通過加工工藝如定向拉伸、結晶、發泡等來獲得新的性能，以滿足使用要求。
泵用塑料的品種既然是如此繁多，它們的性能又具可變性，因此，塑料應用的選材常常要從塑料中許多性能的綜合平衡來考慮（包括工藝與成本），而且某些性能數據如磨損性、沖擊性尚不能*預測其使用性，有時又缺乏準確可靠的設計公式，因此，大多數塑料的選材過程是比較復雜的。為了能選擇出性能和加工工藝均符合使用要求的、又盡量能恰如其分地量材使用的品種就要求采用系統、綜合的分析方法來選材。
一個完整的設計過程，應從構思、草圖開始。選材在設計過程中是個關鍵步驟，對于部件的選材，zui主要的是考慮部件的功能和決定部件功能的有關材料性能，同時還要考慮諸如部件的特點和禁忌、使用時的外界條件、臨界條件、使用壽命和使用方式、維修方法、制品尺寸和尺寸精度、成型加工工藝、生產數量、生產速度、成本、原料來源和經濟效益等等。這些因素包括兩方面，一方面是使用環境介質和環境條件，如構件承受的負荷和自重，沖擊和振動等機械作用的影響；接觸的氣體、液體、固體及化學藥品；曝露的大氣環境 （氣溫、濕度、降雨、陽光、冰雪以及有害氣體等）的影響；貯存環境條件和長期貯存的的影響；此外，除靜態破壞影響外，還要考慮摩擦升溫、蠕變、成型收縮等引起的變形、應力松弛以及反復應變而引起的疲勞，高應變率引起的力學性能變化等等。另一方面是搬運、勤務處理或操作時，制品可能遭到外力作用，甚至是意外的外力作用的影響。充分考慮這些因素才能明確所要求的綜合性能。
了解生產數量是為了從經濟上考慮恰當的成型加工方法。比如所需數量是幾個至幾十個，就不必要制造模具，可直接用板材或棒材加工；需要數量是幾百個左右時，可酌情采用簡易模具或樹脂-金屬模、低熔點合金模等；當需要量更多時則應采用正規的模具成型。比如，設計的部件要急于使用，則考慮材料貨源是主要的；如要設計宇航零件，則性能因素是zui重要的；如設計通用產品，則應綜合考慮性能和成本。下面列舉一個典型的選材程序：
（1）零部件的構思：進行初步的功能設計，即部件的形狀及其功能元件的形狀，并考慮選擇基本加工方法。
?。?）選材：根據在應力下與使用性能相關的塑料的工程性能和加工性來篩選候選材料，這些應力是部件工作時施加在制品上的。
?。?）初步分析設計：利用工程設計性能計算壁厚和零件的其它尺寸。并根據塑料的特點進行制品設計和模具設計。
（4）試制樣品：在部件實際使用條件下或模擬零部件的使用條件下進行考驗、考核。
（5）重新設計和重新試驗：當發現性能不能滿足使用要求時，要重新篩選材料或重新設計并試驗。
?。?）根據試制樣品的試驗情況和加工零部件的成本，確定zui終設計和選材。
?。?）確定材料的技術規格和檢驗方法。
有時上列步驟可以縮短，尤其是在零部件要求簡單，或新零件與舊零件的差別很小的時候。然而，有時選材步驟更為復雜，特別是在開發新應用時，或在塑料所承受的應力很復雜的情況下，系統、綜合的分析法不僅是可靠的成功辦法，而且是節省開發費用的途徑。
二、泵用塑料一般選材
設計者繪出零件圖后，要對零部件列出使用條件和重要選材因素、然后合理地選材。括以下三個步驟：
?。?）跟據應用目的，列出部件的全部功能要求（并不是材料的性能），并盡可能定量化。例如：
①在額定的連續載荷下允許的zui大變形量；
?、谑褂煤瓦\輸過程中所受的應力種類和大?。皇欠耖L期受力，是動態或是靜態應力；
?、踷ui高工作溫度；
?、茉诠ぷ鳒囟认略试S的尺寸變化；
?、萘悴考试S的尺寸公差；
?、蘖悴考氖褂眯阅芤?；
?、卟考欠褚笾⒄辰?、電鍍等；
⑧要求貯存期多長，是否在戶外使用；
⑨有無耐燃性要求，等等。
（2）根據部件的功能要求，考慮使用性能數值（工程性能）和設計數據，提出目標材料（部件材料）的性能數值，并通過這些性能要求來選定材料，即使這些性能估計是粗略的，也會大大方便候選材料的篩選，為zui終材料的選定提供有益的依據。
選擇恰當材料性能是很關鍵而又復雜的，因為零部件的某一功能常常包含幾種性能，例如在尺寸穩定性的要求中除尺寸精度外，還要考慮線脹系數、模塑收縮率、吸水性、蠕變性等等。零件的強度和剛度，除了從材料性能上考慮以外，還要從制品結構設計上（如厚度和加強筋等）加以考慮。材料的成型工藝性、耐久性、經濟性等也都是選材時應考慮的因素。有時候，某些使用要求不一定能明確對材料性能的定量要求，如電鍍性往往要通過實際試驗或已有的經驗來篩選。又如塑料炮彈彈帶，要求材料經受高速沖擊、壓縮、扭擰、剪切等復雜的外力作用和高速高溫高壓氣流的影響，很難直接提出材料的定量性能要求，因此，除了通過力學計算外，還可通過模擬試驗和探索試驗來推算受力情況，提出粗略的性能要求。
?。?）zui后通過部件工程性能要求與材料性能的比較來確定候選材料。
選擇塑料時應注意下面幾個問題：
①必須對選用塑料的性能有較全面的了解，然后根據使用條件去考慮配方、工藝和制品設計等。
②塑料一般導熱性低，選用和設計時要充分注意。
?、鬯芰系木€脹系數一般比金屬大，有的易吸水，因此尺寸變化較大，選用和設計時要考慮恰當的配合間隙和公差范圍。
?、苡械乃芰嫌袘﹂_裂的傾向，選用和設計時要盡量減少應力，制品設計要避免應力集中，或作適當的后處理，并要嚴格控制加工工藝。
⑤有的塑料有蠕變和后收縮或變形的傾向，選用和設計時應充分注意。
?、薷鞣N塑料有-一定的使用強度范圍和允許接觸的介質以及能承受的壓力和速度極限，選用和設計時應該考慮。
三、塑料選材的途徑
著手選材，可以*行初選，然后綜合評價后進行試驗。初選可通過兩個途徑，一是根據制品用途選材；二是根據制品要求性能選材（利用材料性能表和性能等級分類等）；同時還要考慮經濟成本和安全衛生等因素。
下面就以一些已工業化的塑料為對象，列舉幾種簡易的選材方法。
1、根據用途選材
用途主要是指制品應用域的歸類，此外還包括制品的使用環境、受力類型和作用方式、使用對象等等要素。
?。?）使用環境
所謂使用環境是指材料或制品使用時經受周圍環境的溫度、濕度、介質等，特別是溫度和濕度的條件。根據用途的不同，溫度條件可由南北極的低溫到赤道或沙漠地區的炎熱氣溫，或者是宇航環境的高低溫，甚至在火災時的高溫等；濕度條件從在水中長期或間歇浸泡與露天雨淋到冬天的干燥狀態（30％RH）；有的制品是在特殊氣體中使用或者用于接觸化學液體或溶液的場合；此外，自然曝露狀態下除了風、雨、霧等影響外還受太陽光的曝曬等等。因此，必須考慮待用塑料對使用環境的適應能力。
（2）制品的受力類型和作用方式
根據制品的受力類型和受力狀態及其對材料產生的應變來篩選能滿足使用要求的材料是很必要的。也就是說，要考慮上述各種環境下的外力作用是拉伸、壓縮、彎曲、扭曲、剪切、沖擊或摩擦，或是幾種力的組合作用。此外，還要考慮外力的作用方式是快速的 （短暫）或是恒應力或恒應變的，是反復應力還是漸增應力等等。
用于沖擊負荷場合的制品，應選擇沖擊強度高的；用于恒定應力的場合而且必須防止變形時，應選擇蠕變小的材料；用于反應力作用的場合應選擇疲勞強度比較高的材料；
?。?）使用對象
使用對象是指使用塑料制品的國別、地區、民族和具體使用者的范圍。例如。國家不同，其標準規格也不同。如美國的電氣部件用的塑料，為保證其對熱和電氣的安全性，要求必須符合UL規格。另外，對色彩和圖案及形狀的要求也會因國家、民族的習慣和愛好而不同，應選擇合適的色彩和形狀。使用者不同，如兒童、老年、婦女用品也各有不同的要求在工業上使用也要考慮使用對象，而選擇不同的材料。
?。?）按用途進行分類。
按用途分類的方法有多種，有的按應用領域分類。如汽車運輸工業用的，家用電氣設備用的，機械工業用的，建筑材料用的，宇航和航空用的……等等；有的，按應用功能分類。如結構材料（外殼、容器等），低摩擦擦材料（軸承、滑桿、閥襯等），受力機械零件材料。耐熱、耐腐蝕材料（化工設備、耐熱設備和火箭導彈用材料），電絕緣材料（電氣結構制品）、透光材料……。表中列出一些機械部件采用工程盟梔料的情況。當有幾種材料同屬一類用途時，應根據其使用特點和材料性能進一步比較和篩選。選擇2-3種進行試驗比較。比如說外殼這類用途就包括動態外殼，靜態外殼，絕緣外殼等，因此要求使用不同特性的塑料。動態外殼是經常受到劇烈震動或輕微撞擊的容器，要求材料除有剛性和尺寸穩定性外，還要有較好的沖擊強度。在室內應用時可采用ABS塑料，在戶外使用的應考慮耐老化性能好的材料。如AAS（丙烯睛-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物）或MAAS，或用酚醛、環氧或聚的玻璃鋼等。靜態外殼是用在不活動或少活動的部位，如儀表殼、收音機和電視機外殼等。要求形狀和尺寸穩定、美觀，一般可采用高沖擊強度聚苯乙烯、ABS、聚丙烯等；如要求透明則可采用乙酸丁酸纖維素、聚甲基丙烯酸酯或聚碳酸酯。至于絕緣外殼，除要求絕緣外，有的還要求有高的機械強度和沖擊強度，如電動機罩、電動機械外殼等，則可采用玻璃纖維增強聚碳酸酯，玻璃纖維增強聚對苯二甲酸丁二酯（PBTP）或熱固性樹脂的玻璃鋼等。
四 按塑料應用范圍選材
（1）制造容器、外殼、蓋、導管的塑料 。
這類制品一般不要求承載很大負荷，但要求有良好甚至優良的沖擊強度和硬度、良好的或適中的拉伸強度和尺寸穩定性，以及良好的外觀和耐環境性，并要求材料的價格適中。對另有特殊性能要求的應專門考慮。如果采用金屬制造時，一般是采用鋼板、型鋼、鑄鋁或沖切鋁、輕合金或壓鑄金屬。這些材料強度較高，剛硬度也好。但是，當遇到下列情況和要求時，采用塑料更為合適。
a．必須防止共振而且要求傳聲??；
b．要求有一定的彈性變形以防止由于偶然碰撞而引起的凹痕；
c．制品形狀復雜，用金屬加工工藝生產有困難；
d．制品不希望后加工；
e.要求制品整體電絕緣（或部分絕緣）和絕熱，或整體著色或要求透明、半透明;
f.要求耐腐蝕和耐濕氣，不生銹;
考慮以上的特點、比較適宜的材料見表（待補充）所示。有時，一種材料不能滿足要求，往往需要塑料和其它材料復合，例如需要控制蠕變或撓曲變形或特別耐磨耗時，可把帶螺紋的金屬嵌件嵌入塑料件中，如果要求結構殼體能經受碰撞和粗用時，可考慮采用金屬和塑料的復合板或在金屬表面上復合塑料。
?。?）低摩擦應用方面的塑料
這類應用要求的材料需具有低的摩擦系數甚至無潤滑時摩擦系數也低，耐磨蝕性好，并具有適中至良好的形穩性、耐熱性和耐腐蝕性。以往采用銅銻錫合金、青銅、鑄鐵、預潤滑的木材、石墨等。但是，當遇到下列情況和要求時，采用塑料更為合適。
a．有腐蝕或磨耗；
b．加工時，潤滑劑會污染產品；
c．組件必須在高于或低于普通潤滑劑的適用溫度下工作；
d．要求無保養操作；
e．用塑料可避免復雜的潤滑體系；
f．迫切要求減重時；
g. 要求電絕緣；
h. 要求減弱聲響、噪音；
I. 要求盡量減少擦傷和刻痕；
j．體系高負荷、低速運行會擠出普通潤滑劑;
k. 滑粘性不適宜時。
根據上述要求，作為軸承減摩零件的合適塑料見表（待補充）所示。但是，當工作溫度長期超過260℃或有很大的徑向負荷、止推負荷時，或是需要連續高速運轉，以及長期時間內要求軸的偏斜極小或要求軸的磨損先于軸承的磨損時，應考慮用其它材料。有時（尤其是遇到下列情況）可考慮用塑料和其它材料組合，如：a．需要盡快散發熱量，b．要求蠕變極??；c.僅用塑料不能承受太高負荷，等等。
（3）用作重應力機械零件的材料（如齒輪、凸輪、齒條、聯軸節、輥子等）
這類應用要求材料的機械強度高、尤其要求具有高的彎曲、拉伸和沖擊強度，在升高溫度時仍具有良好的耐疲勞性和穩定性，機械加工性良好，尺寸穩定、能模塑成型精密公差 制品。以往是采用鑄鐵、鋼、黃銅等，但是，當遇到下列情況和要求時，考慮用塑料更為合適。
a．迫切要求減重;
b．使用環境砂塵多，有磨蝕和腐蝕;
c．盡量減小聲響或振動；
d．希望有綜合效能。
根據上述要求，比較合適的塑料見表（有待補充）所示。但是，如果要求承受重負荷、工作溫度高、以及迫切要求降低材料成本時。應考慮用其它材料。如果要求高耐沖擊、耐彎曲而且要求成本低時，可以考慮采用塑料與其它材料（如金屬）組成的結構復合材料。
?。?）用作化工設備的塑料和耐熱塑料
這類應用要求材料耐化學腐蝕、吸濕性小有的還要求耐高低溫，具有一般到良好的機械強度。以往是采用不銹鋼、欽、鈮、和其它貴金屬。但是當遇到下列情況和要求時，可考慮用塑料更為合適。
a．特別要求耐腐蝕，而不銹鋼又不能滿足要求；
b. 要求既耐腐蝕又耐磨損；
c．迫切要求降低成本或延長化工設備的使用壽命；
d．要求減少保養，便于維修；
e．要求絕熱，隔熱以及耐瞬時高溫或燒蝕（為了選材方便，也可將耐熱塑料另分一類）
根據上述的要求，比較合適的塑料見表（有待補充）。此外，還有不飽和聚酯玻璃鋼用于大型手糊制品；酚醛或改性酚醛塑料用于耐高溫、耐燒蝕、或既耐熱又要求具有較高強度的制品。但是，如果要求的機械強度不高，工作溫度長期超過290℃，而且在高低溫變動范圍很寬的情況下要求尺寸穩定性良好時，應考慮新型復合材料或用其它材料。如果工作條件要求強度很高，而且要有*的耐腐蝕性，或者要求在升高溫度下極耐腐蝕，或者需要借助塑料在高溫下慢慢燒蝕來保護金屬免受損壞，則可考慮用塑料和其它材料組成的復合材料（ 如石墨、耐熱樹脂與填料或石棉、碳纖、Si02纖維等組成的復合材料）。
（5）用作電氣結構零件的塑料
這類應用要求材料在低至中頻下電絕緣性優良，具有高的強度和抗沖擊性能，良好的耐疲勞性和耐熱性，在升高溫度情況下，尺寸穩定性良好。以往是用陶瓷、玻璃或云母，但是，當遇到下列情況和要求時，考慮用塑料更為合適。
a．有沖擊負荷；
b．迫切要求減重；
c．尺寸精度要求較嚴格，陶瓷、玻璃等無機絕緣材料加工達不到要求時；
d．要求制造形狀復雜的導體-絕緣體組合成整體的制品或零件（如印刷電路、集流環組件、灌封或封嵌件等）。
根據上述的要求，比較合適的塑料見表（待補充）此外，還有聚酯（PETP、PBTP）、氟塑料、聚苯醚、聚砜、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、酚醚樹脂（xylok-新型酚醚樹脂。聚對二甲苯也是較好的絕緣材料。作為一般絕緣材料還可采用聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯可用于制造一般電線電纜絕緣。其中聚碳酸酯用于要求高沖擊強度的透明零件；澆鑄環氧或模塑料可包封電子和電氣元件。適用于要求對環境有zui大抗耐能力的場合。組合電器組件的包封可以用有機硅橡膠和環氧組合封來獲得更佳的性能；模塑的環氧用于在寬廣的溫度范圍內要求尺寸穩定的零件；三聚氰胺甲醛塑料用于要求具有較大硬度的零件；有機硅聚合物用于要求耐高溫的場合；氨基塑料用于要求價格低廉的場合；酚醛層壓材料用于沖切和模沖零件等等。但是，如果工作溫度*，或壓縮負荷很高時，應考慮用其它材料。
（6）用作透光零件、透明板和模型的塑料這類透明或帶色的半透明材料要求透光性良好，具有良好至優良的二次成型性和成型加工性，不易碎（耐沖擊）、并有一般至良好的拉伸強度。過去大多數采用玻璃，但是玻璃存在一些缺點，特別是不能滿足下列使用要求：
a.制品要求耐沖擊、耐振動、不易擊碎；
b.要求具有一定的可彎的性；
c.要求有更高的比強度；
d．材料必須是天然半透明而不應通過表面處理來達到半透明；
e．要求易于成型形狀復雜的制品；等等。
根據上述的要求，比較合適的塑料見表（待補充）其中丙烯酸酯類塑料推薦作一般應用，特別適用于光學、裝飾和室外應用。澆鑄的丙烯酸酪板料，具有較高的強度和透明性，可制造中、低精度透鏡，擠壓成型用的丙烯酸酯塑料價格較低（尤其是制造薄的制品），并且有較好的二次成型性；在透明塑料中聚碳酸酯具有zui高的強度，可制作透明的面罩、防護眼鏡或防護板。乙酸丁酸纖維素具有優良的耐沖擊性，并可深延成型；透明聚氯乙烯具有*的二次成型性和印刷適應性；乙酸纖維素塑料可用作可彎曲的透明板和防護板；中等抗沖擊的聚苯乙烯和硬質聚氯乙烯塑料是價格低廉的透明和半透明材料；聚苯乙烯可制作的模塑透明部件。烯丙基二甘醇酯樹脂（CR-39）是目前光學上主要使用的熱固性塑料，其透明性，耐磨性，抗沖擊性及耐化學性都很好，采用表面鍍膜或涂有機硅酮膜來提高其表面硬度和耐磨性，能連續耐100℃，短期內耐150℃。但尚有吸濕性較大等問題，目前主要用于制作鏡片。但是，如果要求制品具有*的耐化學性或者要求適應高的工作溫度，或在工作條件下有磨損，在寬廣的溫度范圍內要求有*的尺寸穩定性，則應考慮對塑料進行表面處理或采用其它材料。隨著新材料的不斷出現，選材表也要不斷補充修改，以利于提高制品質量、降低成本。如軸承、軸瓦等低摩擦材料，以前一直使用布基酚醛層壓品，但近年來則采用尼龍和聚甲醛，要求摩擦系數更小和全耐熱時可即含氛塑料粉末或纖維的聚甲醛或聚酰亞胺。
五 根據要求的性能選材
聚合物材料在不同應用場合下，會經受各種外力和環境的綜合作用。因此首先要詳細了解使用條件及其對材料性能的要求，然后根據性能要求選材并進行設計。但是根據材料性能數據選材時，制品設計者應該注意，塑料和金屬之間有明顯的差別，對金屬而言，其性能數據基本上可用于材料的篩選和制品設計，然而，粘彈性的塑料卻不一樣，各種測試標準和文獻記載的聚合物性能數據是在許多特定條件下的，通常是短時期作用力或者溫度或低應變速率下的"，這些條件可能與實際工作狀態差別較大，尤其不適于預測塑料的使用強度和對升溫的耐力，因此，所有的塑料選材都要把全部功能要求轉換成與實際使用性能有關的工程性能，并根據要求的性能進行選材。通常根據性能選材的方法有：對塑料性能分項考慮、比較的選材；同時考慮多項性能綜合評價的選材。
?。?）對塑料性能分項考慮、比較的選材
①相對密度塑料基材的相對密度一般都在0.91（聚丙烯）到2.2（聚四氟乙烯）的范圍內。但若制成泡沫塑料，相對密度就會減少到0.04或更低；填充無機材料或金屬等材料能使相對密度達到3左右。塑料比金屬的相對密度小（鋁2.7，鋼7.8），這是塑料的優點之一。用它們來制造水上運輸船舶和漂浮物,飛機和宇宙飛行器、導彈等就是利用這一優異特性以及其它性能。
列出各種工業材料和各種塑料的相對密度比較。
?、谏珴膳c透明度塑料有可能在很廣的范圍內著色，而且有的塑料表面有光澤，不需機械加工就能得到成型制品，這對簡化工藝、降低成本是很有利的。此外，由于有些非結晶性的樹脂是透明的，所以適于在光學上和裝飾上應用。若使用填料摻混，則會失去透明性。對于層壓塑料，可用表面有光澤的樹脂制作塑料裝飾板；還可在塑料表面組合金屬箔和其它塑料膜或通過表面電鍍、噴鍍、蒸鍍、表面陶瓷化和表面涂飾、改質等技術來獲得各種用途的表面，改善表面性能。分別列出各種材料的折射率、透明塑料的光學性能以及各種塑料的光彈性常數；
?、塾捕?
塑料的硬度比-般金屬差得多，而且目前還沒有一種能通用于金屬和塑料的硬度測定計，所以不能作定量比較。一些材料的硬度的近似比較。盡管塑料表面比金屬軟，但對于許多方面的應用，塑料的耐磨損性還是令人滿意的，例如熱固性的三聚氰胺甲醛樹脂和酚醛樹脂層壓板可用作桌面，俞者的棉纖維增強塑料可用作軸承滾珠等。為了進一步提高塑料的表面硬度和耐磨性，以適應某些應用如光學材料和制品的需要，可以通過表面處理和改性技術，如有機與無機的表面涂層或表面鍍層，表面陶瓷化等，其表面性能將會大大改善。
?、軝C械性能
因為塑料與金屬的特性不同，設計受力的塑料零部件時，必須考慮塑料的特點，并認真進行結構設計和合理選材。一般塑料的特點是：
a．塑料受熱膨脹，線脹系數比金屬大很多；
b．一般塑料的剛度比金屬低一數量級；
c．塑料的力學性能在長時間受熱下會明顯下降；
d．一般塑料在常溫下和低于其屈服強度的應力下長期受力，會出現*形變；
e．塑料對缺口損壞很敏感;
f．塑料的力學性能通常比金屬低的多,但有的復合材料的比強度和比模量高于金屬,如果制品設計合理,會更能發揮起*性;
g．一般增強塑料力學性能是各項異性的;
h．有些塑料會吸濕,并引起尺寸和性能變化;
i．有些塑料是可燃的;
j．塑料的疲勞數據目前還很少,需根據使用要求加以考慮.
根據塑料的特性,不能簡單地直接代用金屬材料,必須按所選塑料的性能和特點, 重新設計。
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