3.4　设计中常用的塑料材料

产品设计中常用塑料材料及特性如下所述。

3.4.1　热塑性塑料

（1）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）

塑料ABS也可以说是聚苯乙烯的改性，有较高的抗冲击强度和很好的机械强度，具有良好的加工性能，可以使用注塑机、挤出机等塑料成型设备进行注塑、挤塑、吹塑、压延、层合、发泡、热成型，还可以焊接、涂覆、电镀和机械加工。

典型的应用领域有：汽车（仪表板、工具舱门、反光镜盒等）、冰箱、烘干机、搅拌器、电话机壳、键盘、儿童玩具、桌椅、高尔夫球手推车以及喷气式雪橇等（图3-3）。

（2）丙烯酸酯类橡胶体与丙烯腈（ASA）

就像ABS一样，ASA也可以通过不同的工艺轻松加工，如注塑成型、热压成型、吹塑成型等。它也经常与ABS以及聚碳酸酯（PC）通过共挤的方式来提升它的户外抗腐蚀能力。值得一提的是，它还是如今3D打印的理想材料之一。

ASA一般运用在三个领域：汽车业、建筑业以及户外休闲，如窗户框架、汽车灯底座、户外塑料休闲椅，等等。除了这三个领域，ASA还会被广泛使用于微波炉、吸尘器以及洗碗机中（图3-4）。

（3）醋酸纤维素（CA）

CA作为热塑性塑料，非常适合注塑成型、热压成型等铸造工艺。需要特别注意的是，因为其缺少很好的尺寸稳定性，CA无法像很多热塑性塑料那样通过吹塑工艺以及旋转模塑工艺进行加工。

因为它的亲肤性所以被普遍用在“和肌肤靠得很近”的地方，包括牙刷、手持工具、发梳、玩具、游戏卡片、骰子、眼镜框架，等等。当然，因为它具备时尚的质感美，时尚领域也经常用它作出一些很特别的包、皮带、珠宝等服装配饰（图3-5）。

（4）乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）

作为一个热塑性塑料，EVA可以通过注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、热塑成型等进行工艺加工。而且在成型期间，它能保持很好的结构稳定，不会发生任何断裂或无计划的弯曲，这也是为什么它能够在精度上保持得如此好的原因。在颜色调和方面，它也可以一步到位，是一种让人非常放心的材料。

在产品上，它是车垫、工具手柄、管道、自行车坐垫、吸尘器软管、医疗设备、制冰格、婴儿奶嘴等的理想材料。EVA和PVC材料因为属性相似有时可以互换使用。知名鞋品牌卡骆驰（crocs）的产品就是用EVA制造而成的（图3-6）。

（5）离聚物树脂（Ionomer Resins）

离聚物树脂可以通过注塑成型、压塑成型、吹塑成型等进行加工，还可以通过树脂改性剂来增加其强度。离聚物树脂也可以通过热压贴合工艺来和玻璃、金属或者自然布料进行贴合。

因为其优异的抗冲击能力，使得离聚物树脂可以适应各种“虐待”，它可以制作成锤子等手持工具或者高尔夫球、狗的磨牙棒，等等。另外，因为其出色的化学抗性以及透明度，它也是理想的玻璃水晶替代品，经常被运用于制作香水瓶盖、灯罩、食品包装，等等。其他的产品，如头盔、鞋子、冲浪板、滑雪板、门把手等也都会用到离聚物树脂这种材料（图3-7）。

（6）液晶聚合物（LCP）

LCP可以用传统的热塑成型技术，适用于制作薄片状复杂外形，这是因为LCP的流动性极佳，注塑成型时，可以制得非常薄的薄膜。

除了纤维，液晶聚合物的一个主要应用是液晶显示器，液态晶体被夹在两块玻璃中间，从而达到显示的目的。另一个应用是电控雾化玻璃，通过电压来控制晶体的排列，工作原理和显示器类似。固态的LCP已经被用在医疗方面来替代不锈钢，因为它耐高温消毒。液态晶体还用在热变色领域，它的表面会随着温度变化呈现不同的颜色（图3-8）。

（7）聚酰胺（PA）

因为PA本身黏度不够高，所以它很难被挤压加工，但是，它是注塑成型工艺的理想材料。它可以被制成布料，也可以添加玻璃纤维以全面加强其特性，如果添加塑化剂的话还可以使它的弹性更佳。

PA又称尼龙，是一种塑料。玻璃纤维加强型PA甚至可以代替一些金属，被广泛地运用于家具的结构部分、手持工具以及体育用品等方面。毫无疑问，地毯、布料、乐器中的弦、坐垫等都可以使用它来制作。因为其良好的温度抗性，所以很多时候它也被用来作为袋装加热食品的包装（图3-9）。

（8）聚苯乙烯（PS）

PS塑料是一个典型的日用塑料，可以通过注塑成型、热压成型等进行加工。如果想保持PS水晶般的透明度，那么就不可以添加混合物，但是这样PS是比较易碎的（脆性高），如果添加混合物使其牢固度变高的话，相对应地，透明度就会降低。所以在设计的时候需要进行取舍，这也就意味着，完美的透明度和坚固度只能选其一。

由于其便宜的价格以及易于加工的特性，PS是一种被大批量广泛生产并运用的一种塑料，例如，我们日常会使用的一次性餐具、杯子、盘子、食品包装等。PS也会被使用在装饰品、剃须刀、文具或一些玩具上（图3-10）。

（9）苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物（SMMA）

SMMA可采用和其他热塑性材料相同的加工方式：注塑成型、压塑成型和吹塑成型。和其他塑料比起来，能够降低使用的能源以及劳动力，加工时间甚至只是其他透明材料的50%，大批量生产效率非常高。它也可以用加热板、超声波等焊接。

SMMA最大的应用市场是要求净度、韧性以及复杂形状的领域，如造型复杂的香水瓶盖、厨房用具、水杯、滤水壶、衣架，以及医疗用品（图3-11）。

（10）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）

粒状的PMMA又称亚克力，是多样性的热塑性塑料，可以通过注塑成型、热压成型等进行加工，也可制成各种半成品棒材、管材和片材等。

PMMA最早的商业化用途是在第二次世界大战时期，用来制作歼击机的驾驶舱遮罩。而如今，除了运用于颜料和织品上外，还可制成亚克力的半成品管材、片材，常常被运用到餐具家具、玻璃装配以及室内隔屏中（图3-12）。

（11）聚丙烯（PP）

PP塑料是一个典型的日用塑料，可以通过各种工艺处理加工，如注塑成型、热压成型、发泡成型等。对于PP薄片可以进行冲切、折叠或弯曲。另外可以加入一些填充物（如玻璃纤维或矿物质）来增加它的坚固程度。

典型的应用领域有：汽车工业（主要使用含金属添加剂的PP：挡泥板、通风管、风扇等），机器部件（洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等），日用消费品（保鲜袋、防水布、喷水器等），耐用消费品（汽车、家电、地毯、桌椅、砧板等），如图3-13所示。

（12）热塑性弹性体（TPE）

TPE可以用标准的注塑成型、压塑成型、吹塑成型等方式加工制造。注塑成型在TPE的加工中格外重要，因为大多数TPE产品都运用这种成型方法，使用最为广泛。TPE可以通过调整原料比例来调整不同等级的硬度。也可以加入传统的热塑性材料改善其耐冲击强度。

TPE目前是生产数据线的主流原料，完美应用在电子设备配件上（数据线、耳机线、音频线等），其他还运用于各类工具产品的把手、模拟钓饵、玩具、运动手表等（图3-14）。

（13）聚氯乙烯（PVC）

生产多样化是PVC使用如此广泛的原因之一。除了挤出成型、旋转成型、注射拉伸成型、吹塑成型之外，也可使用浸渍成型加工。不同用量的塑化剂可在成型的过程中赋予它弹性。片材形式的PVC也适用超声波焊接。

典型的应用领域为：供水管道、家用管道、房屋墙板、商用机器壳体、电子产品包装、医疗器械、食品包装、凉鞋、拖鞋、玩具、汽车配件、包装袋、雨衣、桌布、窗帘、时尚手包等（图3-15）。

（14）聚乙烯（PE）

如同其他商业热塑性塑料一样，PE几乎可以通过任何一种方式加工。它应用最多最广的加工方式为旋转成型和吹塑成型。

大部分儿童玩具都是由HDPE（高密度聚乙烯）制成的，其他多应用在厨具产品、电线绝缘体、汽车油箱、家居产品以及特百惠产品中（图3-16）。

3.4.2　热固性塑料

（1）三聚氰胺-甲醛树脂（MF）

MF是三聚氰胺与甲醛聚合所制成的，所以有树脂的加工特性。注塑成型、压塑成型和吹塑成型都是其主要的加工方式。与许多热塑材料不同，它可以模塑出不一致的壁厚。

MF的耐热性让它成为烟灰缸、锅把手、风扇罩、纽扣、餐具等产品的完美设计材料。它绝佳的硬度以及耐化学性，使得它能够耐刮磨以及不染色（图3-17）。

（2）聚氨酯（PUR）

如果是发泡材料的热固性材料，只能通过注塑成型的方式生产。而对于TPU（热塑性聚氨酯橡胶）则可适应各种生产方式，包括注塑成型、压缩成型、挤出成型以及喷雾成型。

聚氨酯发泡材料在建筑中作为绝缘材料使用，并且它可以以不同形式作为家居的缓冲材料和床垫。橡胶形式的聚氨酯经常运用于脚轮的滚轴、弹簧以及减震器。另外，还用在鞋子、手机壳、织品涂料以及家居家具产品中（图3-18）。

（3）硅树脂

硅树脂可以通过注塑成型、压塑成型、吹塑成型以及旋转成型加工制造，也可作为印刷油墨使用。

硅树脂的用途主要由它的特性所决定。它可以制成浴室密封胶；也可作为织品印刷油墨的基底，即使拉伸也不会开裂；高温下使用的厨房用品，如巧克力模具；医疗行业常用的假肢甚至人造器官等。因为它除温暖亲肤外还有防滑的属性，所以在很多手持产品中也经常出现（图3-19）。

3.4.3　泡沫塑料

（1）发泡聚苯乙烯（EPS）

EPS的生产方式是将小的聚苯乙烯珠利用蒸汽和正戊烷发泡到40倍大，在最后阶段用蒸汽将材料射到模具中。聚苯乙烯与聚丙烯相比，密度、弹性和强度都小一些。EPS也可以用挤出成型和热成型的方法制造出不同需要的形状。

几年前常见的发泡聚苯乙烯产品就是一次性饭盒等一次性产品，但是目前这类产品已经逐渐被纸制品替代。还有一种常见的用途就是包装了，保护内部产品不被撞着或磕着。除此之外，在建筑中EPS也被大量使用，在很多国外的建筑设计中也时常出现它的身影。值得一提的是，因为其易于加工，所以也是制作设计模型的必备材料之一（图3-20）。

（2）发泡聚丙烯（EPP）

由于EPP各项性能都非常好，所以相对于EPS，它的使用范围更广泛。除了高质量包装之外，冲浪板、头盔内部骨架、汽车防撞零件、一些户外座椅的内部材料，以及各类高质量玩具等都运用到了EPP。除此之外，它还被用于建筑等领域作为噪声隔离的利器（图3-21）。