塑膠材料成型及表面工藝研究

李文清

（上海安費(fèi)諾永億通訊電子有限公司，上海201108）

0 引言

本文首先以一款產(chǎn)品為例，從中提取出塑膠件的部分，然后對塑膠材料的認(rèn)識進(jìn)行延伸。如圖1所示，這是一款市場上的成熟產(chǎn)品，可以大致將其結(jié)構(gòu)部件分為四大部分。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)部件分類

從圖1可以看到，示波器可以分為外觀及功能件（塑膠）、內(nèi)部固定件（五金）、按鍵（硅膠）和其他零部件（如PCBA、貼膜等）。在產(chǎn)品設(shè)計中，最重要的是五金和塑膠這兩大類，其中塑膠件所占的比例最大，合理利用塑膠材料和深入理解塑膠件的設(shè)計，對一名研發(fā)者來說極其重要。

廣泛選用塑膠材質(zhì)制品，其原因在于塑膠材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：材料輕、易成型、韌性強(qiáng)等。不同的塑膠材料有著不同的性能指標(biāo)和不同的成型工藝，這就是我們即將共同探討的話題。

1 塑膠產(chǎn)品的形成

在市場上，可以看到由五顏六色的塑膠材料制成的產(chǎn)品，它們有各種各樣的機(jī)械物理性能表現(xiàn)，塑膠材料的奧妙之處不難察覺。

塑膠實(shí)際上是石油、天然氣等提煉而出的化合物經(jīng)過一定條件聚合而成的高分子聚合物。塑膠的原材料剛開始為樹脂顆粒狀、透明晶體狀，目前國際上提供這些粒子的供應(yīng)商有GE、BASF、LG、三星和一些國內(nèi)供應(yīng)商。然后塑膠粒子可以經(jīng)過材料混合、染色等改變原料顏色或性能，最終加工成型，得到需要的產(chǎn)品。

圖2從左至右詳細(xì)說明了塑膠制品從原料到產(chǎn)品的形成過程。

2 塑膠材料的屬性認(rèn)識

從行業(yè)上來講，塑膠的屬性或性能有機(jī)械屬性和物理屬性之分，在各屬性上也有詳細(xì)的分類和描述，如表1所示。

圖2 塑料制品形成過程

表1 塑膠的屬性分類

作為注塑廠商，其在購買塑膠材料的時候會首先了解不同原料供應(yīng)商、不同材料的屬性規(guī)格書。在這份文件中，可以清楚地了解該材料的機(jī)械屬性和物理屬性等相關(guān)數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)所設(shè)計產(chǎn)品的需求，對材料性能做比較，挑選出性能合適的材料。

3 塑膠材料的選型

關(guān)于材料的選用，大都在特定的范圍內(nèi)對常用的幾種進(jìn)行比較，特殊需求的除外。通常會重點(diǎn)關(guān)注材料的密度、收縮率、最小產(chǎn)品壁厚、流動性和模具成本等因素。

如表2所示，以PC和ABS為例，PC材料的伸縮率為0.6%～0.8%，ABS為0.3%～0.8%，因而它們在產(chǎn)品的尺寸和變形上能做到有效控制，尺寸穩(wěn)定，流動性稍好，在材料成型的最小壁厚限制上比較寬松，可以廣泛用于多種精密產(chǎn)品的成型。

4 塑膠的加工方法

塑膠常見的成型方法有：注塑成型、吹塑成型、吸塑成型和擠出成型。名詞解釋以及應(yīng)用說明如下：

（1）注塑成型是指受熱融化的材料由高壓射入模腔，經(jīng)冷卻固化后，得到成型品的方法。該方法適用于形狀復(fù)雜部件的批量生產(chǎn)，是重要的加工方法之一。市場上一些數(shù)碼和工業(yè)儀器產(chǎn)品的塑膠外殼大都是按照此工藝注塑而成。

表2 常用材料參數(shù)對比

（2）吹塑成型是指借助于氣體壓力使閉合在模具中的熱熔型坯吹脹形成中空制品的方法。吹塑所用的模具只有凹模，與注塑成型相比，設(shè)備造價低，適應(yīng)性較強(qiáng)，可成型性能好（如低應(yīng)力），可成型具有復(fù)雜的起伏曲線形狀的制品。市場上有代表性的產(chǎn)品有礦泉水瓶、油壺、洗發(fā)水瓶子等等。

（3）吸塑成型是一種熱成型加工方法，利用熱塑性塑料片材，制造開口殼體制品。將塑料片材裁成一定尺寸加熱軟化，借助片材兩面的氣壓差或機(jī)械壓力，使其變形后覆貼在特定的模具輪廓面上，經(jīng)過冷卻定型，并切邊修整。此方法廣泛用于塑料包裝、燈飾、廣告、裝飾等行業(yè)。

（4）擠出成型在塑料加工中又稱為擠塑，在非橡膠擠出機(jī)加工中利用液壓機(jī)壓力與模具本身的擠出稱壓出，是指物料通過擠出機(jī)料筒和螺桿間的作用，邊受熱塑化，邊被螺桿向前推送，連續(xù)通過機(jī)頭而制成各種截面制品或半制品的一種加工方法。在纖維化學(xué)工業(yè)中也有用擠出機(jī)向噴絲頭供料，以進(jìn)行熔體紡絲。擠出應(yīng)用于熱塑性塑料和橡膠的加工，可進(jìn)行配料、造粒、膠料過濾等，可連續(xù)化生產(chǎn)，制造各種連續(xù)制品如管材、型材、板材（或片材）、薄膜、電線電纜包覆、橡膠輪胎內(nèi)胎胎筒、密封條等。

5 塑膠的表面工藝

在行業(yè)中，塑膠產(chǎn)品的表面處理工藝有燙印、印刷、噴涂和真空鍍幾種，其中以印刷和噴涂工藝居多。

（1）燙印是塑膠件表面裝飾的一種重要手段，也是家用電器、消費(fèi)類電子產(chǎn)品常用的一種裝飾工藝。它就是利用燙熱了的燙印頭，將燙印膜上的金屬或涂料層壓燙到被加工的工件表面，以達(dá)到裝飾或標(biāo)志的目的。其有三個基本條件：燙印模板、加熱器及壓力傳送機(jī)構(gòu)。

（2）印刷在塑膠表面工藝中分移印和網(wǎng)印兩種，它是將油墨通過這兩種方式以圖形和文字的形式附著在塑膠制品上，以達(dá)到裝飾和標(biāo)志的目的。移印是運(yùn)用膠頭把油墨的圖案通過機(jī)械傳動從鋼板印到物件上的過程；網(wǎng)印是通過傳統(tǒng)的網(wǎng)板方式，將油墨通過已有圖案的網(wǎng)板滲透到物件上。兩種方式目的相同、方式不同，可按實(shí)際情況進(jìn)行選用。

（3）噴涂大體上包括噴（塑）粉和涂裝（油漆）。噴粉也稱粉末涂裝，是近幾十年迅速發(fā)展起來的一種新型涂裝工藝，所使用的原料是塑料粉末，在一些手柄等器件上應(yīng)用較多，俗稱手感橡膠等。噴漆，采用人造漆，用硝酸纖維素、樹脂、顏料、溶劑等制成。

（4）真空鍍主要包括真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍幾種類型，它們都是在真空條件下，通過蒸餾或濺射等方式在塑件表面沉積各種金屬和非金屬薄膜。通過這樣的方式可以得到非常薄的表面鍍層，同時具有速度快、附著力好的突出優(yōu)點(diǎn)，但是價格也較高，可以進(jìn)行操作的金屬類型較少，一般用來做較高檔產(chǎn)品的功能性鍍層，例如作為內(nèi)部屏蔽層使用，在一些手機(jī)外殼上也采用類似的處理。

關(guān)于表面工藝的比較，總結(jié)如表3所示。

表3 產(chǎn)品表面工藝比較

6 模具的處理

通常在塑膠產(chǎn)品上看到一些粗糙的紋理稱為咬花或蝕文；而一些塑膠殼表面非常光滑，實(shí)際上是一種拋光效果。這兩種工藝是直接在模具的型芯或型腔上進(jìn)行表面處理，隨后直接注塑成型，并不需要額外的加工工藝。

兩種表面工藝解釋如下：

（1）咬花：用化學(xué)藥水如濃硫酸等與鋼材表面發(fā)生腐蝕反應(yīng)，形成蛇皮/蝕紋/梨地或其他形式的紋路。

（2）拋光：利用機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)的作用，使模具表面粗糙度降低，以獲得光亮、平整表面的加工方法。

兩種表面工藝其模具及產(chǎn)品效果的比較如表4所示。

7 結(jié)語

總而言之，塑膠材料的領(lǐng)域博大精深，隨時間的推移和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新材料、新工藝會不斷涌現(xiàn)，作為合格的設(shè)計者，要不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)的材料知識充實(shí)自己，抓住時代的脈搏，不斷創(chuàng)新！

表4 模具表面處理工藝比較

[1]馮炳堯，韓泰榮，蔣文森.模具設(shè)計與制造簡明手冊[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1985.

[2]Acer Communications&Multimedia.手機(jī)表面工藝處理大全[Z].

[3]SUMMIT N J.Plastic Design塑膠材料設(shè)計[Z].