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使用可记载的聚合物选择过程生产可靠的产品

5月17日,2021年

使用可记载的聚合物选择过程生产可靠的产品

由杰夫埃利斯

材料选择是每个设计周期的重要组成部分,因为材料故障最终导致产品故障。当然,每个公司都希望避免在市场上的产品失败。为此,必须考虑作为其使用寿命和周围环境的函数的材料属性。严谨的材料选择遵循一个过程来结合这些考虑因素并输出可追踪文档,详细说明支持决策的推理。

该过程实现以下任务,以包含对材料选择的系统方法:

起草要求文件

要求文件包括所知的条件,即材料在其生命周期中会遇到。对于聚合物材料,这包括 - 但在材料供应商处不限于 - 树脂,运输到模板,模塑条件,运输成型部件到汇编器,装配应力,运输产品到客户,客户使用和处置。通过它的生命,聚合物可能会遇到热,冷,潮湿,干燥,高应力,氧化和紫外线辐射等的环境。这些材料必须继续通过这些环境传递所有要求,以允许产品运行。下面的列表包含在起草要求文档时要考虑的一些条件。

  • 机械性能
  • 热性能
  • 化学兼容性
  • 美学
  • 加工
  • 长期稳定性
  • 屏障特性
  • 价格,可用性和全球供应

每个要求都应具有与之相关的通行证/失败限制。一个例子是番茄酱瓶必须存活20磅在典型室内温度下使用期间的手挤压。该要求包括机械和热要求。这种可转换为下一节中的可量化的指标。

翻译材料选择标准

完成文件后,每个要求都可以转换为材料的选择标准。For ketchup bottle example, depending on the design, it could translate to a Young’s modulus of at least 1 GPa, a flexural strength of at least 50 MPa, and an elongation at yield of at least 4% at a temperature range from 5 to 50°C. This translation is not trivial and requires a fundamental understanding of material science, but if done properly, it is highly valuable to mitigating risk of product failure.

翻译的可量化指标可用于选择标准。它们是通常在聚合物数据表上列出的材料特性,并且可用于向下选择材料等级。一旦从要求转换了所有选择标准,那么材料的初始选择就可以开始。

选择聚合物家族

有太多的特定聚合物等级可搜索所有这些产品。因此,在初始选择材料期间,将聚合物家族(例如PET与PC)与选择标准进行比较。超出选择标准度量的材料属性得分高,而那些不得得分的值。该分数在表中求和,符合最多标准的通用聚合物等级是最高的。多次,没有一个满足所有选择标准的单一材料系列。在这些情况下,需要标准的加权。例如,机械性能可以加权高于美学特性,因为产品在挤压时不能破裂,但是某种颜色只是一个很好的。加权与否,最高排名的物质家庭将最适合生产最低风险的产品。

最终确定特定的材料等级

在最终的材料选择期间,前一项任务中排名最高的家庭用于通知特定年级选择。例如,如果发现宠物是排名最高的家庭,则将考虑来自不同树脂供应商的PET等级。他们的技术数据表用于确保特定等级符合选择标准。正如在选择材料系列时,填充排名表并用于确定产品的最佳材料。

许多次,技术数据表没有足够的信息来告知每一个通过/失败标准。在这种情况下,重要的是测试未知值。例如,专有化学制剂(例如,新的调味番茄酱)将接触所选择的材料,但是该二元相互作用没有耐化学性数据。重要的是要了解液体对材料的化学效果。为了收集数据,可以执行环境应力裂缝(ESC)测试以填补数据中的空隙。在最顶部材料候选人上应运行测试,以填充所有数据空隙,然后定位为生产进行生产。

结论

这里描述的材料选择过程已被许多产品设计团队领域强大的产品使用。该过程的产出提供了详细的文档,以提出重大决策,这对于未来的产品设计团队致力于产品升级,新产品或由于供应链问题而替代材料的产品。投资严格的材料选择过程本身通过创建参考选择文档和生产可靠的产品来支付。

如果您需要使用聚合物材料选择,请联系Jeff EllisJellis@www.grapevine-wg.com.或614.688.5114。