如何为您的新产品选择生产塑料

了解塑料的不同特性,以及如何为您的特定项目选择最好的塑料。

在任何产品的设计中,都会有一个阶段需要您决定物理制造。除了电子产品之外,您将遇到的主要问题是为您的产品外壳选择制造技术。

大多数硬件企业家都在开发中小型电子产品,注塑成型几乎总是首选技术。

虽然近年来 3D 打印已经发展到现代制造业,但它尚未进入注塑的核心市场——大量相同的物品。

当然,随着注塑成型这个价值千亿美元的市场在一个世纪的大部分时间里一直在增长,所提供的材料种类几乎是无限的。

许多制造商会在订购时为您提供数百种塑料的选择。但是你怎么知道哪个是最好的选择呢?

在本文中,我们将介绍最普遍使用的类型,分为四大类塑料——大规模制造、质量、高性能和专业化。

大规模生产热塑性塑料

这些是最普遍的塑料,主要是由于它们的低成本(1,600 至 1,800 美元/吨)和易于成型。这意味着它们是体积重于复杂性和质量的产品的首选解决方案。

例如,您通常会看到这些塑料用于包装食品、大型电器和家居用品。

这些塑料的显着特点是有一个三箭头可回收标志,里面有一个数字,范围从 1 到 6。这些数字代表 PET、HDPE、PVC、LDPE、PP 和 PS。然而,由于有毒烟雾的排放,PVC 很少用于注塑成型部件。

PET、HDPE、LDPE

聚对苯二甲酸乙二醇酯在注塑塑料中是独一无二的,因为它的密度是可以控制的。

高密度和低密度变体各有特点,也有一些共性。它们都是灵活的、耐环境破坏、食品安全和可回收的。

LDPE 变体将更灵活,而 HDPE 将更难。然而,它们不是很耐热,并且不像这些组中的其他人那样容易成型。因此,可以模制的可能形状的复杂性受到更多限制。

聚丙烯

与 PET 一样,聚丙烯非常灵活且可回收。这种塑料最显着的特点是其极强的耐化学性。它将与很少的材料和化学品相互作用,这就是为什么它是胶水容器以及其他用途的首选解决方案。

这使得它非常安全,因为它不会向其内容物释放任何毒素。它也非常易于注射,因为它不会粘附在模具上。

然而,这也有另一面。PP很难与染料等添加剂复合,非专业涂料不会附着。另一个负面因素,它也是易燃的。

像这样的聚丙烯颗粒用于制造注塑成型零件

附言

聚苯乙烯在许多特性上与聚丙烯相反。这不是用于包装的膨胀泡沫。模压聚苯乙烯乍一看就像任何其他塑料一样。

然而,它保留了一些相同的特性:极端的化学反应性,这意味着它非常适合添加剂和染料,同时又轻巧且灵活。它很容易制造成复杂的形状。

这也意味着它非常容易受到化学损伤。特别是,任何石油基化合物都会溶解它。所得浆料通常称为“凝固汽油弹”。不用说,它会带来各种健康风险。

优质热塑性塑料

这些塑料的特点是成本高于批量生产的塑料,通常为每吨 2,200 至 3,000 美元。这是由它们的优越特性所证明的,这意味着它们通常用于较小的产品,对于这些产品来说,工具成本超过了材料成本。

与此列表中的先前塑料相比,它们更耐用且具有更好的视觉渲染效果。电子外壳并不总是由其中一种制成,但它们是迄今为止最常见的选择。

您应该将它们视为您的默认解决方案,除非您的产品需要更专业的材料。

ABS

丙烯腈丁二烯苯乙烯,谢天谢地总是被称为 ABS,在外观方面是最好的热塑性塑料,因此它被用于乐高积木。易于成型且相对便宜,它擅长渲染精细的细节和形状。

它拥有鲜艳的色彩和复杂的纹理,同时保持轻盈和耐冲击。最后,它是一种非常好的电气绝缘体,绝对是电气外壳的有用优势。

与此相反的是,它不擅长任何类型的抵抗。它很容易受到热、阳光、水和其他溶剂的影响。它燃烧时散发出臭名昭著的有毒烟雾,因此请记住,乐高积木和散热器不能混合使用。

这支 3D 笔利用 ABS 塑料线圈来渲染其创作

个人电脑

聚碳酸酯在许多方面可与 ABS 相媲美,但它是一种更坚硬、更环保的材料。它的美学品质也相当不错,并且具有潜在透明的额外优势。

另一方面,它比 ABS 更脆,更容易刮伤,同时是最不安全的食品塑料之一。

ABS/PC

制造中小型塑料外壳最广泛使用的解决方案是以不同比例混合 ABS 和 PC。

把它想象成一个滑块。一方面是 ABS 的轻便、廉价、抗冲击性和视觉特性。另一方面是PC的硬度和耐环境性。

使用的每种塑料的比例将决定混合物的最终特性,从而可以根据产品的使用情况对工艺进行微调。

值得注意的是,所有这些混合物都具有 ABS 和 PC 的共同缺陷——易受各种化学品和溶剂的影响。

高性能热塑性塑料

这些塑料是用于高技术情况的塑料。它们非常昂贵。

POM 成本为 3,000 美元/吨,而尼龙则高达 5,200 美元/吨。它们也很难制造。它们的卖点是专为极端环境和应用设计的机械性能。

聚酰胺,俗称尼龙,是一种高度耐用、耐热、电绝缘的塑料。它特别以耐摩擦性着称,这意味着它可用于制造性能接近某些金属的齿轮和机构。添加剂可以很容易地使其防火。

然而,它也可能是最难注塑成型的材料。这在很大程度上是由于它倾向于吸水。尼龙必须绝对在零湿度环境下储存和成型。

它对注塑成型反应很差,必须在高温高压下注塑。所有这些加上令人眼花缭乱的材料成本意味着尼龙很少用于大型部件。

聚甲醛

聚甲醛,也称为乙缩醛,是一种非常结晶的热塑性塑料。这意味着它的分子凝固成一个有组织的基质,而不是无形的物质。

反过来,这使得它变得非常困难。在质地方面,成品可能会被误认为是抛光石。

除了硬度之外,POM 还非常耐热和耐化学腐蚀。这使得它在军事、体育和建筑应用以及可能易碎的精细部件(如眼镜)中非​​常受欢迎。

POM的主要难点在于其制造,实际上很少注塑成型。它更常见地挤压成板坯,然后加工成零件。此外,由于可塑性非常低,POM 容易开裂和划伤。

特种热塑性塑料

有时,外壳需要更稀有的属性。我们上面列出的所有塑料都相当坚硬,而那些可以制成半透明的塑料并不总是理想的。

这就是为什么开发出一些更专业的塑料和混合物来承载这些特性的原因。

热塑性弹性体

热塑性弹性体是一个多样化的塑料家族,具有一些共同的特性。它们具有很高的弹性,但仍然表现得像热塑性塑料,因为它们在高温下变得柔软然后变成液体。这意味着它们可以像其他热塑性塑料一样注塑成型。

表现得像橡胶,这些往往是可回收的,易于成型。广泛用于垫片、鞋底、医疗器械等用途。

然而,TPE 往往容易受到高温的影响,这会导致它们失去一致性并容易断裂。3,500 美元/吨的价格也相当昂贵。

热塑性聚氨酯

热塑性聚氨酯是 TPE 的一个子集,它更硬,更耐热和耐化学品。如果 TPE 表现得像橡皮筋,那么 TPU 表现得更像汽车轮胎。

这种增加的韧性意味着它们通常用于经常包覆成型的高端外壳。也就是说,当某物仍在其自己的模具中时,它被模制在现有零件的顶部,以创建灵活的按钮、垫圈等。

TPU 比 TPE 稍微贵一些,而且注入起来也有些困难。两者的主要区别在于它们的弹性程度。

大多数塑料可以染成任何颜色,比如这些丙烯酸管

聚甲基丙烯酸甲酯

聚(甲基丙烯酸甲酯),通常称为丙烯酸,是一种透明的热塑性塑料。

与此列表中的其他产品不同,它的透明度可与玻璃相媲美。事实上,它的大部分特性都与玻璃相同。它非常耐化学品,食品安全,染色时保持鲜艳的色彩。

这使得它在各种透明部件中很受欢迎,无论是作为另一种产品的一部分(例如插入外壳中)还是在片材中。

亚克力的缺陷也与玻璃不相上下。与会弯曲的刚性较低的材料不同,它在压力下容易划伤和开裂。它的耐热性也低于标准。

现在让我们挑选你的塑料

现在,让我们回答我们在本文开头提出的问题。你的外壳应该是什么材料?

您的产品可能不是一次性的,也不是很大。这些情况很少见,但让我们看看它们。

物体越大,材料的价格就越关键:因此是大规模制造的。在这种情况下,PET 始终是一个可靠的选择,LDPE 用于更轻、更灵活的部件,而 HDPE 用于更重、更坚韧的部件。

如果暴露于一般元素,特别是化学品,是一个主要问题,那么选择 PP。如果曝光不是什么大问题,那就用PS吧。

对于较小的产品,表面处理的质量至关重要,而材料的价格则不那么重要,ABS 和 PC 应该是您的首选材料。ABS 更漂亮、更轻、更便宜、更灵活并且可以阻止电力。

PC 更硬,更耐环境。以不同的比例混合两者将为您提供这两种特性的最佳选择。

高性能热塑性塑料很少会引起您的注意,除非您正在为汽车或航空设计高端零件。

如果是这样,请记住,POM 在行为上让人联想到抛光的石头,尼龙除了化学侵蚀外,还能抵抗一切,而且两者的制造成本都很高。

最后,出于特殊目的,PMMA 会以容易划伤为代价提供最佳透明度,而 TPE 将具有橡皮筋的质地和 TPU 的汽车轮胎质地。

当然,这是一个简化的概述。正如我所提到的,注塑行业的规模和年龄怎么强调都不为过,进入该领域的努力和研究的数量是成比例的。

这意味着技术、材料和程序千差万别,大多数制造商都有自己的设备、供应商和习惯。在开始任何制造之前,请务必咨询您的制造商并征求他们的意见,因为他们最了解他们的布局中的工作原理。

特别是,对于我在这里列出的每种塑料的每一个特性,你会发现某种添加剂或方法可以撒谎。

防水尼龙、耐热 ABS 和 PET 看起来都比这两种都好。有了正确的化学反应,一切皆有可能。

从本质上讲,您可以将此列表视为现成的解决方案。此列表中的塑料可广泛使用,并且适合您的大多数需求。

但拥有大量资源的大公司几乎总是会设计自己专有的塑料混合物来满足他们的特定需求。