难怪大家都‘偷偷减肥’,原来好处 这 么 多 !

譬如,消费电子领域,‘轻薄’也是核心竞争力

从50mm的大哥大 → 4.75mm的超薄机,从不是越薄越好 → 仅一元硬币那么厚...的卖点噱头,‘轻薄’一度使70%的消费者疯狂,也成为干翻同行的关键卖点。

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汽车领域,‘薄壁’也成有效降本手段。

节省材料用量,就算是微不足道的0.1毫米壁厚,也能撬动年省百万的降本计划;

减轻车身重量,不仅续航提高,还能降低运输、能耗等全生命周期成本;

加速生产能效,更薄零件注塑时间缩短,冷却时间缩短,妈妈再也不用担心你赶不上工期了。。。

就连,看似不起眼的包装行业,‘轻量瘦身’也成环保营销首选。

譬如,可口可乐"轻量瓶"通过瓶身减薄(27g→21g→18.5g)的方式,每次都能减少万吨 万万吨的塑料用量,环保经济两不误。

那么,问题来了,既然‘减肥’这么香,为何大家不一起减?是不想?不会?还是减不起?

今天,给薄壁界一点震撼,看看究竟什么材料才能帮助你的产品,‘更快’‘更好’‘更实惠’的无痛减肥?

快来参考!(全篇大约5000字,干货颇多,值得细细阅读 o)

-01- 

薄壁化”前赴后继,

为何乏善可陈?

我们知道,对于同种材料的产品而言,壁厚减薄会引发一系列变化,比如:

外观:会更易翘曲形变;

性能:产品刚度,结构强度...会下降。

使用周期:耐蠕变、耐疲劳性降低,产品使用寿命会缩短。

...

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所以,减薄好处虽多,但,盲目减薄可能会导致很多不良后果。

譬如,某款国际大牌手机,就曾因追求过薄的机身,出现了 "弯曲门"事件。

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还比如,某款中高端国产新能源车,就曾被某音上的众网友调侃其防撞梁是‘苹果削皮器本器’。

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。。。

所以,‘减肥’哪有不疯的。而这‘疯狂’的背后,相信也是大多数厂家的心声,不是不想减,而是‘臣妾实在做不到哇’。

那么,如何才能合理减薄而又不失性能?

材料攻城狮表示,一个公式就能助你打开思路:

根据衡量结构件抵抗弯曲变形能力的重要指标—弯曲刚度=E・I E 材料杨氏模量[Young's modulus],I 截面惯性矩,如下图产品,I=(H³×T―h³×b)/12)。

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例如,一款家电产品外壳 当前选材是 PC/ABS,当前 E=2500MPa,其产品横截面参数为,T=100mm,H=200mm,壁厚=2.0mm。

若想减薄,还不‘弯曲门’,则新料模量应该达到多少?

忽略掉繁琐 复杂的解题过程,咱直接上答案:

将壁厚减薄至 1.5mm时,新料模量需要达到 3303MPa ,

将壁厚减薄至 1mm时,新料模量需要= 4910 MPa 。

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所以,好消息是:减薄可以,但是新料要满足更高的模量要求

坏消息是,这 还 不 够 。

更高模量仅能保证减薄后的产品弯曲刚度不拖后腿,而要想万无一失,还有一个重要指标需要考虑:产品结构强度

那么,要不想频繁接到质量投诉电话,这款家电产品外壳,减薄后的新料强度应该满足多少MPa,才能确保产品的结构强度不变呢?

以垂直截面方向拉伸为例:

假设原材料拉伸强度为 45MPa,

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则,减薄至1.5mm,材料强度需提升至 112MPa,是原来的近 2.5倍;

减薄至1.0mm,需提升至 164MPa,是原来的3.6倍还多。

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所以,万无一失的减薄方案,新材料应该满足,更高模量更高强度,同时还不特贵要求。

传统选材习惯,我们的选材顺序是这样的:

首先,第一阶梯,常规主流材料,

PP、 PC、ABS、PC/ABS、PA、PBT...,扫一圈下来,发现,这里连 模量超过3000Mpa都难,所以,通通PASS。

其次,第二阶梯,特种工程塑料,

PPS、PEEK、PI等,非常棒,模量高,强度基本OK;然 而 成 本 高 昂,且,特种料原材料价格昂贵,加工难度大,生产成本高,钱包不厚者,表示,我只是看看。

那么,当第一梯队不顶用,第二梯队够不着时,

内行人的第一反应:增强改性料!

的确,增强改性料,是目前市面上薄壁化产品的宠儿。譬如,碳纤增强料,玻纤增强料,滑石粉增强料等....

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碳纤增强车后视镜 vs 玻纤增强料耳机

然而,众所周知,增强改性后的材料,要么价格昂贵,要么外观不好,要么韧性不达标...

比如,颇负盛名的碳纤增强料

模量极高,强度可与钢材媲美,能够以较少的材料用量获得较高的强度和刚性,有效减轻制品重量的同时,还能维持良好的力学性能,非常适合对重量敏感且要求高强度的薄壁结构件。

但,成本极高,是塑料界的‘黑色黄金’,钱包不够鼓,一般不会轻易尝试!因此,常用于航空航天和高端汽车零部件等领域。

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再比如,不甘落后的玻纤增强料

模量高,强度高,且,价格亲民,适合大规模生产薄壁化的塑料制品,如家电外壳、小型机械零件等。

但,它也是‘当代萧何’,能显著提高塑料的强度和刚性,有效增强塑料的承载能力,减少因壁厚减薄而导致的破裂风险;但,也容易造成制品表面质量下降,出现浮纤、表面粗糙等问题,所以,常常需要额外的表面处理工艺。

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同时,随着壁厚减薄,玻纤增强料,韧性不足,极易翘曲等问题可能更加突出,想用它省预算,还是得好好掂量,就怕是给自己埋了颗‘定时炸弹’。

还比如,经济实惠的滑石粉增强料

滑石粉可提高塑料的刚性,在一定程度上有利于薄壁化设计;同时,滑石粉能够降低材料的收缩率和CLTE,使薄壁制品保持较好的形状稳定性。而且,经济实惠,可在实现薄壁化的同时降低成本。

但,滑石粉对塑料强度的提升相对较弱,在薄壁化程度高的同时,可能难以满足高强度的要求。另外,过多添加滑石粉会导致塑料韧性下降。

所以,虽然,滑石粉增强料外观更具优势,相比碳纤,玻纤而言,光滑细腻得多,但,你要想让它撑起产品的颜值,有可能会掉进‘甜蜜陷阱’,表面风光,实则暗藏隐患。

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所以,薄壁化为什么难实现

因为,按照传统选材习惯,要想合理价位拿下,一款集高模量、良外观、尺寸稳定、强韧性...于一身的料,几乎不可能。

难道,这款家电的减薄方案就此没戏?

难道,市面上就真的找不到一款,既有性能,又有外观,同时还能尺寸稳定兼性价比...的高模量材料吗?

-02- 

它来了,刀片塑料来了!

事实上,对传统的增强改性料来说,还真不容易。

一个尺寸稳定性,就能将大多数增强改性料干趴下。

譬如,最典型的玻纤增强料

由于采用不同方向收缩率差异较大的玻纤增强填充体系,所以,不管是注塑过程中,高长径比的纤维沿流动方向取向,会增大产品流动和垂直流动方向上的收缩率差异;

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还是工作环境下,受热胀冷缩,干燥潮湿又或是外力影响下的横纵向CLTE值差异,都会远高于其他增强改性料。

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尺寸稳定性对产品而言,多重要,想必不用我多说:

装配失效,可以让你喜提更高的废品率;蠕变引发的渐进性失效,能使产品寿命骤减;售后维修成本暴增,能让你节省的成本得不偿失...

所以,尽管,玻纤增强料在其他性能上都相当优异,但,尺寸稳定性差,说再多也是白瞎。

再说说,决定产品第一印象的外观。

众所周知,传统增强改性料,表面浮纤银丝,粗糙问题很常见。

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所以,能做到薄壁且‘低浮纤’的增强改性料,甚至可以成为‘独家卖点’。

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总而言之,要想传统增强改性料,既能尺寸稳定性高,又能兼顾外观、性能、高模量,简直就像是在期望一辆燃油老爷车,既能跑出超跑的速度,又拥有新能源车的低能耗,还能保持复古车的精致外观。。。

只能说,这想的多少有点美☺。

材料攻城狮表示,既然传统增强改性料,走不通,那么,不如改变思路,开辟新赛道。

于是,在锦湖日丽材料攻城狮们无数个日夜的努力下,一款全新的薄壁化创新料,刀片™薄壁化塑料 就这么水灵灵地诞生啦。

区别于传统增强改性料的‘不可兼得’,刀片™薄壁化塑料简直 全 能 到 逆 天 !

不吹不擂,是骡子是马,咱用数据说话:

以PC/ABS为例,将PC/ABS纯树脂进行玻纤填充、滑石粉填充、晶须填充 ,20%的填充量进行改性,结果如何?

请看:

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意料之中,玻纤增强PC/ABS,模量最高,达到了5500MPA,但,也因横纵向收缩率差异、CLTE差异最大,尺寸稳定性也最差,发生了最大程度的翘曲形变;

其次,晶须增强PC/ABS,模量达到了4500MPA,但,因各项异性差异不算小,所以,也出现了一定程度的翘曲;

而,滑石粉增强PC/ABS,因其各项差异值与纯树脂相差无几,所以翘曲形变也最小,但模量也最低。

也就是说,这几位选手,

模量上

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而在尺寸稳定性上,则恰恰相反,

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接下来,看它们的韧性及外观表现上又如何?

请看:

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韧性上,经过20%填充物的填充后,各增强料的缺口冲击强度出现了断崖式下跌,更是开启一个更比一个‘惨’模式,当然,滑石粉增强料光荣垫底 。

外观上,我们对各增强料进行了表面粗糙程度的测量(Ra值越大表明表面粗糙程度也越大),结果,不出意外,玻纤增强料表面最粗糙,荣登榜首;滑石粉的表面最光滑,扳回一局。

总结一下:

玻纤增强料在模量、韧性上更胜一筹,滑石粉增强料在外观、尺寸稳定性上不容小觑。

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那么,看到现在,想必你也很想知道,刀片塑料又如何?

不卖关子,我们直接上数据!

取一个模量最高,韧性最强的玻纤增强料,再取一个外观最佳、尺寸稳定性最好的滑石粉增强料,一起对比。

请看:

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刀片™PC/ABS塑料,

模量上,达到了5200MPA,仅次于+20%的玻纤PC/ABS;

韧性上,刀片™PC/ABS达到了22kJ/m²,是滑石粉增强料的近 4 倍,接近玻纤增强料的1.5 倍,

这样的冲击强度,足以让刀片塑料在更多行业'施展拳脚',譬如,可能需要遭受碰撞等较大冲击力的电动工具外壳、OA零部件,以及最近大火的低空经济领域等。

外观上,刀片™PC/ABS的Ra值最小,是刚刚才被夸过的滑石粉增强料的1/3,表面粗糙度全场最低。

尺寸稳定性上,刀片™PC/ABS同样完爆全场,几乎0度翘曲,喜提全场最佳。

也就是说,从笨重的傻大个到轻薄的潮流创新品,

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在传统减薄方案中,有可能会出现的裂纹、外观差、尺寸稳定性低...,在刀片™塑料这里,统统都 将 不 存 在 。

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当然,或许你还想看看,脱离理论数据,刀片™PC/ABS的实际战力?

2Kg锤头,直径22mm,高度900mm,面冲击试验结果,能顺利通过的,只有我们的种子选手—刀片™PC/ABS,其他都得到了‘四分五裂’的下场。

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所以,与传统增强改性料的‘偏科’完全不同的是,刀片塑料正在凭借‘各方面全能’的强劲实力成为薄壁化赛道的‘明日之星’。

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对于增强改性料而言,‘稀松平常’的翘曲形变,在刀片塑料这里得到了完美解决,0度翘曲,驯服顽固性变。

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对于增强改性料而言,‘见怪不怪’的粗糙外观,在这里实现了视觉纯净度极高的高质感外观,令人赏心悦目的无痕美学

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总之,有理由怀疑,刀片™塑料就是来整顿‘职场’的,在增强改性料身上的这些难解决的‘坏毛病’,它 可 都 没 有 。

所以,这款家电外壳的减薄方案,一边是需要喷漆工艺解决产品外观的玻纤增强料,一边是不喷涂也能拥有高质感外观、同时具备高尺寸稳定性、高模量...的刀片™塑料,谁更香?

结果一目了然。

-03- 

刀片塑料,让你“”出圈!

当然,既然秀了肌肉,索性一次性秀个够。

你以为的5200MPA,是刀片™塑料的模量极限?

事实上,刀片™塑料的模量巅峰值最高可达 20000Mpa。

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你以为的谁都逃不掉,模量与韧性成反比的魔咒?

事实上,高模量并没有把刀片™塑料的韧性碾成渣渣了。

刀片™塑料能做到,不仅薄,还能高韧,不同韧性等级产品下,最高可达 30 kJ/m2。

你以为,填充物20%的刀片™塑料,拥有高质感外观,说不定是侥幸?

事实上,经过验证,25% 、30%...甚至矿物填充量更高的刀片™塑料 ,依然能够做到外观无任何浮纤。

所以,大概这就是刀片™塑料的神奇之处,成年人的‘我都要’,它都能满足,因为它全都有!

机械性能、高模量、尺寸稳定性,高质感外观...

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最后,关于各位客官最关心的成本问题,只能说,刀片™塑料省心省力还亲民,性 价 比  超 高 。

这样看,不仅上述家电产品想要的减薄方案 完 全 有 戏,就是要求更高的汽车领域薄壁化、低空经济薄壁化刀片™塑料也能不负众望。

当然,你以为,这就完了吗?

NONONO...

刀片™薄壁化塑料可是个大家族,

从MPPO→ABS→PC/LCP→PC→PC/ABS...

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不同的杨氏模量,不同的缺口冲击强度,甚至不同的侧重性能:阻燃、耐水解、高成型效率、防异响、耐烧蚀...均可根据不同的需求场景进行选择。

譬如,刀片™PC/ABS料,算是我们的韧性+外观担当,有一定耐热需求的结构件,或对外观、韧性要求较高的电子产品外壳,家电外壳,无人机外壳...都可以找它。

还比如,刀片™ABS料,是我们的外观担当,同时,它的成型效率较高,适合耐热要求低的零部件,同时,还适合赶工期的朋友。

以及,刀片™MPPO料,就比较适合有阻燃,耐烧蚀要求但又对外观要求不高的内部件。

所以,如果,你甚至都还不清楚自家产品更适合哪种基材的薄壁化解决方案?不知道怎么让自家产品‘薄’出圈的朋友?

刀片™塑料家族背后的-锦湖日丽塑优案®团队有话说:

我们不仅能结合你的产品,为你定制更合适的薄壁化选材方案,更是从选材到落地,都将有专业的团队,以点到点的服务模式,从精准剖析产品结构,提供专业优化建议;到依托刀片™塑料家族的高性能树脂矩阵,匹配最佳材料配方;再到借助先进的流动分析技术,完成薄壁化产品成型的现场指导。。。直到我们的产品成功落地。

以上就是全新升级的薄壁化创新材料解决方案——刀片™薄壁化塑料的相关内容。

内容来源自【塑料与选材】自媒体公众号

作者 808, ab