产品设计之材料创新

1、产品设计IIIinnovationCreative&材料产品设计之材料创新第1页材料与设计材料与设计常见材料塑料与设计结构设计与产品设计Product Design III产品设计之材料创新第2页材料与设计为何谈材料Product Design III3产品设计之材料创新第3页材料与设计Product Design III材料是设计物质基础和载体4产品设计之材料创新第4页5产品设计之材料创新第5页查而斯和伊姆斯6产品设计之材料创新第6页马歇尔.布劳耶7产品设计之材料创新第7页威乐.潘顿8产品设计之材料创新第8页材料与设计Product Design III材料和工艺是产品设计物质技术条件，是实

2、现产品设计必要条件。设计经过材料和工艺转化为实体产品，材料和工艺又经过设计实现自己价值。任何一个产品设计，只有选取材料性能特点及其加工工艺性能相一致，才能实现设计目标和要求。9产品设计之材料创新第9页材料与设计Product Design III材料感觉特征人感觉系统因为生理刺激对材料作出反应或者由人知觉系统从材料表面特征得出信息，是人对材料胜利和心理活动，它建立在生理基础上，是人们经过感觉器官对材料作出综合印象。（经过视觉和触觉，我们能够感受到很多材料特征，不论它是透明还是不透明，柔软还是坚硬）10产品设计之材料创新第10页材料与设计Product Design III材料视觉特征材料触觉特

3、征11产品设计之材料创新第11页材料与设计Product Design III材料色彩美材料肌理美材料光泽美材料质地美材料形态美材料美感12产品设计之材料创新第12页材料与设计Product Design III色彩美13产品设计之材料创新第13页材料与设计Product Design III肌理美14产品设计之材料创新第14页材料与设计Product Design III光泽美15产品设计之材料创新第15页材料与设计Product Design III质地美16产品设计之材料创新第16页材料与设计Product Design III形态美17产品设计之材料创新第17页常见材料Product

4、Design III金属塑料木材陶瓷玻璃18产品设计之材料创新第18页常见材料Product Design III黑色金属。黑色金属主要就是钢铁材料，是以铁碳二元合金为基础体系金属材料，依据对性能和用途不一样要求，常加入其它各种合金元素以改变和提升钢性能。依据钢铁材料成份、组织结构与用途，钢铁材料可分为铸铁、碳素钢（碳钢）、低合金钢以及合金钢等。铁钢铝及铝合金镍和镍合金19产品设计之材料创新第19页常见材料Product Design III铁钢铝及铝合金镍和镍合金20产品设计之材料创新第20页常见材料Product Design III铁钢铝及铝合金镍和镍合金21产品设计之材料创新第21页常

5、见材料Product Design III玻璃玻璃含有一系列优良特征，如透明、坚硬、光滑、耐腐蚀等性能，以及良好工艺性。经过各种成型和加工方法制成玻璃制品，自古以来就在人类生活、生产中发挥着主要作用。同时，从环境保护角度看，作为地球上取之不尽矿产资源和其可重复利用特征，玻璃材料将是未来普遍看好“绿色”材料。22产品设计之材料创新第22页常见材料Product Design III玻璃压制成型。压制成型是在模具中加入玻璃熔料加压成形，多用于玻璃盅碟，玻璃砖。吹制成型。吹制成型是先将玻璃粘料压制成雏形型块，再将压缩气体吹入处于热熔态玻璃型块中，使之吹胀成为中空制品。吹制成型可分为机械吹制成型和人工

6、吹制成型，用来制造瓶类容器、器皿、灯泡等。拉制成型。拉制成型是利用机械拉引力将玻璃熔体制成制品，分为垂直拉制和水平拉制。主要用来生产平板玻璃、玻璃管、玻璃纤维等。压延成型。压延成型是用金属辊将玻璃熔体压成板状制品，主要用来生产压花玻璃、夹丝玻璃等，该成型分为平面压延与辊间压延成型。23产品设计之材料创新第23页常见材料Product Design III24产品设计之材料创新第24页常见材料Product Design III25产品设计之材料创新第25页常见材料Product Design III木材木材是将采伐后树木经初步处理与加工后得到天然材料。木材由疏松多孔纤维素和木质素组成。其硬度与

7、密度因树种而异。总体上质轻坚韧并富有弹性，易于加工。26产品设计之材料创新第26页Product Design III产品设计之材料创新第27页Product Design III产品设计之材料创新第28页塑料与设计塑料种类、特征惯用设计塑料Product Design III塑料产品设计之材料创新第29页塑料与设计塑料是当代发展最快，应用最广人工合成材料。相对金属、木材、玻璃而言，塑料是一个年轻材料。塑料自被发觉和应用以来，不过一百多年历史。在今天，塑料满足了人类生活中很多需求，从日惯用具、家用电器、汽车到住宅，人类无时无处都能见到塑料身影。Product Design III30产品设计之

8、材料创新第30页塑料与设计塑料工业高速发展，使得各种材料之间展开了竞争，一些原本大家熟悉材料可能会失去原有市场，而代之以功效更强、成本更低材料。另外，出于安全原因和环境保护原因，工业设计材料也在不停改变之中。比如，出于安全考虑，用聚碳酸酯制作婴儿奶瓶和净水桶，有可能会被热塑性聚酯替换；传统冰箱内衬所用耐冲击聚苯乙烯和ABS塑料，因不能适应新型环境保护型无公害发泡剂，而会被改换成改性聚丙烯；高性能工程塑料因为强度、刚性比通用塑料更胜一筹，因而在适应产品微型化、薄壁化发展趋势方面会更显优势。Product Design III31产品设计之材料创新第31页常见塑料塑料广泛用于描述树脂和聚合物高分子

9、材料。“塑料”得名，是因为它们在温度升高不大情况下，形状很轻易发生改变。塑料称呼有很多如塑料、树脂、聚合物、弹性体、复合材料等。聚合物、塑料和树脂通常认为是同义，但在技术上是有差异，聚合物是未添加任何物质纯净化合物，并非全部聚合物都是塑料，通常认为是一类材料总称。Product Design III什么是塑料32产品设计之材料创新第32页常见塑料按加工性能行为特征可分为热塑性和热固性热塑性塑料受热时软化流动，冷却后固化定形且这一过程能够重复。热固性塑料在加工定型后，加热不会再软化，在溶剂中不再溶解，不能进行重复加工。塑料种类很多，每一个塑料都有其特有性能。Product Design III什

10、么是塑料33产品设计之材料创新第33页常见塑料在很多应用场所，塑料能够和木材、金属陶瓷以及玻璃等材料竞争.。与其它材料相比，塑料在性能、价格或性能/价格比喻面有其特殊优势Product Design III塑料特征34产品设计之材料创新第34页塑料特征Product Design III通用性易于成型加工轻、比强度高透光性着色性耐化学腐蚀性力学性能电绝缘性易燃性35产品设计之材料创新第35页塑料特征Product Design III低劣耐侯性较高热膨胀系数36产品设计之材料创新第36页塑料对产业促进Product Design III白电小家电37产品设计之材料创新第37页塑料对产业促进Pr

11、oduct Design III产品中塑料件，按其作用和功效，大致能够分为三类第一类，用作产品壳体、罩、框架、支座等，是对各种零部件起固定、承载作用，和对内部电子元器件起保护作用结构件；第二类是功效件和内外饰件，如面板、风扇叶片、按钮、旋钮、刻度盘、液晶显示器等，其作用是用以控制、操纵和指示等；第三类是产品内部电子元件器，如接插件、线路板以及其它直接和电接触带电零件38产品设计之材料创新第38页普通塑件基本要求Product Design III（1）机械强度 产品外壳、支座和各种功效件，应能安全地承受装配和使用过程中来自外界载荷和来自内部应力。所受载荷可能包含静载荷、动载荷、短期载荷和长久载

12、荷。（2）电气安全性电气安全性事关人身安全。电气安全不但与选材相关，而且与设计有亲密关系。所以，当前对电绝缘安全性，国际国内普遍采取标准是，对模塑成型后产品进行测试，而较少采取对材料测定。为此，必须参考现行有效标准。39产品设计之材料创新第39页普通塑件基本要求Product Design III（3）耐热性 对家用电器中使用塑料，必须进行耐热性试验，详细耐热要求，视产品用途而异。对于带电零件以及电热器具、电开工具外壳，则对塑料件耐热温度比普通电器产品外壳有更高要求。40产品设计之材料创新第40页普通塑件基本要求Product Design III（3）耐热性各种热塑性塑料可允许工作温度塑料名

13、称 可允许工作温度塑料名称 可允许工作温度 短 期 长 期 短 期 长 期 ABS PCABS PC GF-PC PA6 95 110130 135 “5 150 80 8090 115 115 80120 GF-PA6 PA66 GF PA66 PBT GF-PBT 200 170 220 200 210 120 80120 120 140160 14016041产品设计之材料创新第41页普通塑件基本要求Product Design III（4）阻燃性电器产品壳体，尤其是与电压或电流直接接触电器零件，按要求必须到达阻燃要求。即使电器用塑料普通阻燃性较差，而且燃烧时会产生大量黑烟和有毒气体，不

14、过经过添加一定数量阻燃剂，是能够到达一定程度阻燃要求，不但能够阻燃，而且能够控制烟密度，分解产物无显著毒性。 42产品设计之材料创新第42页普通塑件基本要求Product Design III（五）电磁屏蔽性要求既能阻断外部发射来电磁波进入产品内部，又能预防内部发射电磁波干扰其它正在工作电子产品，唯一方法就是对电子电器产品进行电磁波屏蔽。43产品设计之材料创新第43页普通塑件基本要求Product Design III（五）电磁屏蔽性要求既能阻断外部发射来电磁波进入产品内部，又能预防内部发射电磁波干扰其它正在工作电子产品，唯一方法就是对电子电器产品进行电磁波屏蔽。受电磁干扰影响电子产品分类 A

15、类 B类 A类 B类 数据处理设备 工业用计算机 程序控制器 微处理机 电子打印机 文字处理机 大型计算机 个人计算机 录像机 电视机 高保真收录机 设备、仪表 心脏起搏器 数字式手表 复印机 电话 遥控装置 数字式天平 导航设备 灵敏度高试验仪器 电子游戏机 袖珍计算机 数字式钟表 民用电台频带接收机44产品设计之材料创新第44页普通塑件基本要求Product Design III（6）抗菌性抗菌性是指在惯用聚合物材料中，添加了一个或几个特定抗菌剂成份之后，赋予了材料杀菌灭菌一个能力。开发和应用含有杀毒灭菌能力抗菌塑料，对于降低病菌传输、保障人民健康和提升人类生活质量，含有十分重大意义45产

16、品设计之材料创新第45页普通塑件基本要求Product Design III小结产品采取设计材料，除了要求能满足电器设备正常工作基本要求之外，还要考虑到产品加工性能、可装饰性和经济成本。大部分壳体材料和电气部件以注射成型为主，产品要满足小型化、薄壁化、精细化要求，以及产品优美造型设计，都需要材料有良好加工流动性。材料还必须能适应产品装饰化要求，如电镀、涂装、染色、烫印等。产品成本在包括家用电器一类民用产品时，是个敏感原因，所以选择材料时，材料价格、资源合理利用、环境友好性以及尽可能短生产周期等也是必须考虑到。 46产品设计之材料创新第46页通用热塑性塑料Product Design III85

17、%PE、PP、PVC、PS、ABS 等47产品设计之材料创新第47页通用热塑性塑料Product Design III通用塑料PE、PP、PVC、PS、ABS 等48产品设计之材料创新第48页通用热塑性塑料Product Design III聚乙烯简称PE，是应用极为广泛通用树脂，也是合成树脂中产量最大一个品种polyethylene49产品设计之材料创新第49页通用热塑性塑料Product Design III低密度聚乙烯性质柔软、硬度低、刚性差，主要用于材料在低温下也有极好韧性或变形能力场所。如制作一些强度要求不高生活用具、玩具、小型容器，要求良好密封性罩、盖和较大容量滚塑容器；线型低密度

18、聚乙烯耐环境应力开裂性要比LDPE和HDPE好多，又有非常好耐穿刺性，所以更适宜生产盛装油类和洗涤剂类物品小型容器；用LLDPE生产盖有良好密封性和回弹性，LLDPE也用来生产比较大型滚塑容器和中空壳体50产品设计之材料创新第50页惯用塑料Product Design III高密度聚乙烯有较高机械强度，可制作一些受力不大机械部件，如盖壳、手柄、紧固件、衬套；利用PE轻量性和耐冲击性，可生产周转箱、托盘、运输容器和冲浪滑板。在欧美，近40HDPE用来生产中空容器，而市场上中空容器23几乎都使用HDPE。经典用途，如奶瓶、化学品瓶、食品瓶、药品及化装品瓶；高流动性HDPE用来生产高抗冲薄壁食品容器

19、，大型容器如太阳能热水器、2001000L。运输容器，汽车油箱、燃料罐也是用HDPE生产。HDPE也能生产大型滚塑容器，用来作为储罐、储槽和城市废物容器等51产品设计之材料创新第51页通用热塑性塑料Product Design III聚丙烯polypropylene简称PP，是通用塑料中综合性能非常优异一个材料。近几年，PP工程塑料研究和开发取得很大进展，使PP在汽车、家电等行业取得广泛应用。52产品设计之材料创新第52页通用热塑性塑料Product Design III 密度小，仅为08909lgcm3，在热塑性塑料中，仅次于聚4甲基1戊烯。 制品力学性能好，含有高刚性和表面硬度，尤其是有非

20、常优异耐弯曲疲劳性，能经受几十万次折叠弯曲而不破坏，很适适用于铰链。 长久使用温度可达120C，不受外力时最高可达150C，是通用塑料中耐热性较高一个材料。 低吸水性，突出耐化学药品性，能耐80以下酸、碱、盐及很多极性有机溶剂。 因为是非极性材料，所以有优良电气绝缘性能，对高频诱电性非常好。53产品设计之材料创新第53页通用热塑性塑料Product Design III 耐日光性差，易发生热氧老化，用于室外需添加抗氧剂和光稳定剂。 低温耐冲击性差，抗蠕变性和耐磨性也不佳。 氧化性酸能促使PP降解，对脂肪烃、芳烃有不一样程度溶胀，而卤代烃对PP也有破坏作用。聚丙烯polypropylene设计注

21、意54产品设计之材料创新第54页通用热塑性塑料Product Design III 防止与铜接触，铜盐溶液对PP有特殊破坏作用，所以制品中不宜有铜嵌件，除非使用耐铜级聚丙烯。 PP成型收缩率较高，热膨胀系数也比较大，制品在热环境下受应力作用，要预防热应力脆化发生。 与PE有相同之处，因为非极性缘故，制品涂饰和粘接需表面处理。 聚丙烯polypropylene设计注意55产品设计之材料创新第55页通用热塑性塑料Product Design III良好物性和相对低价格，使PP应用非常广泛，包括领域包含汽车、家电、包装、化工、机械、家用器具、文体用具以及医疗卫生等。聚丙烯polypropylene应

22、用56产品设计之材料创新第56页通用热塑性塑料Product Design III洗衣机是PP使用量较多家电产品，材料要求有高冲击强度和刚性强度，适用大部件有内桶、底座、面盖、波轮、泵壳等，采取非增强级PP内桶，允许旋转速度是600rmin，选择玻璃纤维增强PP内桶，可到达1200rmin。PP在冰箱上应用近年呈不停增加趋势。采取PP制造部件有冰箱顶盖、接水盘、冰箱压缩机罩、控制面板、隔板、搁架、抽屉盒、保鲜筐等；因为新型环境保护型发泡剂对ABS、HIPS有显著腐蚀作用，已开发了高熔体强度PP生产冰箱内衬。为适应冷冻用途部件耐寒性要求，可采取无规共聚PP，现有很好透明度，又具低温冲击性。聚丙烯

23、polypropylene应用57产品设计之材料创新第57页通用热塑性塑料Product Design III用作家电壳体材料PP大多属于高性能品种，有高模量、高冲击强度、高流动和热稳定性高品种，它们多属阻燃级，其中不少为复合物或合金。各种级别改性PP，已在电视机后壳、内框、空调器、吸尘器、换气扇、风扇等家电产品上得到应用。这些材料所含有优异劲度、韧性、防翘曲性和光泽度，完全可与ABS媲美。PP在耐热性方面含有优势，使得PP在厨房电器、小家电壳体材料方面应用也呈快速增加之势。一些耐热品种已代替ABS、PC和PA等工程塑料，用于咖啡壶、洗碗机、电水壶、烤面包机、电饭煲、热水器等家电产品。聚丙烯p

24、olypropylene应用58产品设计之材料创新第58页通用热塑性塑料Product Design IIIPP在汽车消费塑料中占据最大份额，约占总市场42，大量内饰件和外饰件如保险杠、仪表板、方向盘、蓄电池壳体、装饰板、冷却风扇、散热器罩、灯壳、挡泥板等，视部件使用要求可选择高冲击型、高刚性、耐高热性、高光泽等各种品牌，大部分是塑料合金和掺混物。有些内饰件可直接使用高结晶性PP。高冲击弹性体增韧PP用于汽车保险杆材料，为汽车提供了良好安全性能。所以，在欧洲95汽车保险杠材料采取这种材料。 聚丙烯polypropylene应用59产品设计之材料创新第59页通用热塑性塑料Product Desi

25、gn III家用电器方面应用以板材和注塑件为主，主要应用有洗衣机、洗碗机、干燥机、冰箱、电视机、空调等，也包含一些小家电。有些需要专用具牌，如洗衣机内桶等部件。高品质PP能够在这一领域同ABS竞争。 无规共聚PP以及采取成核技术研制透明聚丙烯，前者透明度可达96，后者可到达89，可与经典透明材料如PET、PVC、PC相媲美，能广泛应用于对透明度要求高食品容器、文具、瓶、微波炉炊具以及需高温下使用或消毒器具，如婴儿奶瓶、医用注射器、热饮杯等。一些用途（如医用制品）需耐辐射级PP。 聚丙烯polypropylene应用60产品设计之材料创新第60页通用热塑性塑料Product Design III

26、PP铰链特征使它在盒、罩、容器盖方面得到很多应用，盖及盒体或瓶体一次成型，既降低了成本，又给使用带来了方便，可用于文具用具、医用器皿，以及仪表盒、工具盒、眼镜盒、化装用具等。 PP在硬包装方面应用包含周转箱、啤酒保鲜桶外壳、托盘、运载容器、吹塑瓶和用片材生产热成型容器。 玻璃纤缠增强、阻燃级聚丙烯在电气方面可用于电气开关、接线盒、电声零件、配电盘盖、电开工具等电气零件和电器设备，特殊品级有耐铜级、电磁干扰屏蔽级。 有耐候性方面要求制件可选择PP丙烯酸合金和PPSMA合金。聚丙烯polypropylene应用61产品设计之材料创新第61页通用热塑性塑料Product Design III聚氯乙烯

27、polyvinylchloride简称PVC，是最早工业化生产塑料品种之一，在聚烯烃塑料快速崛起之前，PVC是国内产量最大、应用最广塑料材料。价格廉价和综合性能优良，是PVC得到广泛应用主要原因。62产品设计之材料创新第62页通用热塑性塑料Product Design IIIPVC硬制品可作为结构材料使用，各种建筑用材，如管材、异型材、板材等，是硬质PVC主要应用领域。因为PVC防腐性能好，在化工、环境保护、石油、医药工业等部门也有广泛应用。PVC是非结晶无定形聚合物，有良好透明性。假如注意各种助剂选择和使用，能够加工成透明性很好制品，用于装饰材料、食品包装用具、食用油瓶和医用制品。聚氯乙烯p

28、olyvinylchloride应用63产品设计之材料创新第63页通用热塑性塑料Product Design III软质PVC过去多用作日用消费品，现在向医用材料发展。在汽车、轮船等运载工具方面，软质PVC作为密封材料、装饰材料，应用量也较大。良好电气绝缘性不但使PVC在电缆工业得到大量应用，也能够作为电开工具绝缘手柄和其它绝缘材料使用，尤其是PVC与ABS和SMA合金可用作电脑配件、家用电器、电气工具、仪表外壳、计算机零件、商用机器电子配件等。 聚氯乙烯polyvinylchloride应用64产品设计之材料创新第64页通用热塑性塑料Product Design III透明、无毒、柔韧，适于

29、作矿泉水瓶，玩具、包装膜和泡沫塑料等。排水压力管；柔性物品：用于婴儿裤和仿皮制品（如仿麂皮）；用于隔热和绝缘，可用于电线电缆；应用在水床上被覆和静电粉末喷涂方法；用于室内装潢，地板砖、管子、软管、瓶子聚氯乙烯polyvinylchloride应用65产品设计之材料创新第65页通用热塑性塑料Product Design III聚苯乙烯polystyrene简称PS，是最早工业化生产树脂之一。在通用塑料中，产量仅次于聚烯烃和聚氯乙烯。66产品设计之材料创新第66页通用热塑性塑料Product Design III通用级PS，以其透明性、刚性和电气绝缘性，主要用来生产绝缘材料、玩具、文具用具、透明模

30、型、光学零件以及家庭日惯用具，片材用于硬包装领域。聚合工艺改进、高分子量PS及间规PS开发，使PS由通用树脂应用领域进入工程塑料应用领域，主要应用目标是电子工业和汽车工业，微波领域可能也是间规PS未来主要应用领域。与通用级PS比较，耐冲击PS应用更广泛，被大量用于家电机壳、电器用具、冰箱内衬。新开发各种HIPS，不论是加工性、耐冲击性还是外观光泽，都可和ABS竞争，甚至能够和ABSPS合金竞争，新竞争点和增加点是办公机械和计算机部件聚苯乙烯polystyrene应用67产品设计之材料创新第67页通用热塑性塑料Product Design IIIABS树脂Acrylonitrile Butadiene Styrene丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物简称。ABS这一名称即是由用以制造这一共聚物三种单体：丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）首字母所组成。68产品设计之材料创新第68页通用热塑性塑料Product Design III ABS是电子电器工业使用量最大塑料品种。其特点是刚性、韧性平衡，良好着色性、可电镀、加工流动性好，而价格在通用塑料和工程塑料之间。ABS主要用于各种电子电器设备外壳，如电风扇、暖风机、冰箱门胆、电视机、吸尘器、空调机、食品搅拌机、电话、音响设备、传真机、复印机、手机、笔记本电脑、键盘、