非标机械设计常用材料——工程塑料
在非标机械设计领域，非金属材料因其独特的性能优势，已成为解决特殊工况问题不可或缺的选择。合理选用非金属材料，不仅能解决许多技术难题，还能有效降低产品成本、实现轻量化设计。本文将详细介绍11种常用非金属材料的性能特点及选型指南。
一、聚甲醛（POM）·赛钢
性能特点：聚甲醛具有出色的滑动性能和耐磨性，其中最为常见的有黑色和白色，还有特殊用途的防静电POM。是各种工业领域应用的首选材料。它在高温条件下依然具有很高的粘度和弹簧刚度，使用温度范围大约为-40°C 到 85°C 或 100°C。POM具有相对较高的结晶度，能抵御稀酸 (pH > 4)、稀碱、溶剂和燃油的腐蚀。
适用场合：POM非常适合生产高精度型材，常用于控制设备、掣爪和弹簧元件、水泵外壳、阀门等精密部件。在机械、车辆制造、建筑、医疗、包装以及精密工程技术等行业应用广泛。当需要高性能精密部件时，聚甲醛可以提供完美的解决方案。
二、聚酰胺（PA）·尼龙
性能特点：尼龙具有优异的力学性能，较高的结晶度，表面硬度大，耐磨耗，摩擦因素小，有自润滑性、吸振，消音性。它耐低温性好，又具有一定的耐热性，可在100度以下使用；电绝缘性好，但易受湿度影响。缺点是吸水性大，影响尺寸定性和电性能。
适用场合：广泛应用于电子电器连接器、卷线轴、计时器；汽车散热风扇、门把、油箱盖；工业轴承、齿轮、滑轮、螺母等零件。特别适合需要自润滑、耐磨且不受潮湿环境影响的传动零件。
三、聚氨酯（PU）·优力胶
性能特点：聚氨酯弹性体是一种具有强度好，压缩变形小的材料，介于塑料和橡胶之间，具有塑料的刚性，又有橡胶的弹性。它具有缓冲，静音，减震，耐磨，耐高温等特点，经久耐用适合强酸强碱工作环境的设备表面的防护处理。PU弹性体的硬度变化范围比较宽，可以邵氏A10到D80，断裂伸长率高达600%-800%。
适用场合：主要用于机械缓冲材料，冲床模具，反冲垫，弯曲成形；工业机械设备上使用的密封件和齿形连轴节。适用于制鞋工业和医疗业，还可以制作粘合剂、涂料、合成革等。
四、聚四氟乙烯（PTFE）·铁氟龙
性能特点：铁氟龙是一种多用途高性能环保涂料，耐高温，还有耐热冲击和耐磨等性能。它具有良好的耐油性能和耐酸耐碱性，颜色多彩。铁氟龙涂料附着力强，韧性好，适应于不锈钢、铝、磷化铁、陶瓷等材料的涂装。其优异的持续不沾能力，可长期耐受沸水、盐水、牛奶、鸡蛋、黄油等食用材料。
适用场合：广泛用于天然气开采、航空航天等工业领域，可用于铁、钢、铝、陶瓷等基材。应用于各种高档炊具、厨具的内表面，如炒锅、煎锅、电饭煲，烤盘等；以及高档烤炉烤箱、烧烤用具、微波炉等烘烤设备。
性能特点：PEEK作为一种高性能特种工程塑料，凭借其卓越的高抗冲性、高强度、优异的尺寸稳定性以及耐极端环境的能力，成为现代航空制造中的重要材料。PEEK的密度仅为1.3 g/cm³，比铝合金轻约50%，在保证强度的同时大幅降低重量。其长期耐温可达250°C，短期耐温超过300°C。
适用场合：在航空航天领域可用于制造飞机舱门支架、座椅骨架和机翼固定件；在涡轮发动机的密封环、轴承保持架和燃油系统组件中表现优异。适用于无人机和卫星结构，有助于延长续航时间并降低发射成本。
六、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）·亚克力
性能特点：亚克力具有外观靓丽，优秀的透光性能，透光率达90%以上，低气体挥发性。它具有卓越的表面硬度和抗化学溶剂侵蚀，可耐酒精等擦拭。机械强度高，加工性能优良，铅笔硬度可达4H。
适用场合：广泛用于家电面板，LCD工业，电子装备及微电子设备业，电子电气，通讯制造，精密仪器，光学制造，医药工业及生物工程等行业。特别适用于仪表面板和需要高透明度的部件。
七、酚醛树脂层压板·电木
性能特点：电木板因具有绝缘、不产生静电、耐磨及耐高温等特性，成为电子产品之绝缘开关和可变电阻的理想材料。它具有不吸水、不导电、耐高温、强度高等特点。常温下电气性能佳，机械加工性能好，翘曲度≤3‰，具备优良的电气、机械及加工性质。
适用场合：适用于机械性能要求较高的电机、电器设备中作绝缘结构零部件，并可在变压器油中使用。广泛用于PCB业钻孔用垫板、配电箱、治具板、模具夹板、高低压配线箱；适用于PCB钻孔，硅橡胶模具，治具等。
八、ABS工程塑料
性能特点：ABS是一种通用型热塑性聚合物，性能特征包括刚性好、冲击强度高、耐热、耐低温、耐化学药品性、机械强度和电气性能优良。它易于加工，加工尺寸稳定性和表面光泽好，容易涂装、着色，还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工性能。ABS的热变形温度为93~118℃，可在-40~100℃的温度范围内使用。
适用场合：ABS树脂的最大应用领域是汽车、电子电器和建材。汽车领域的使用包括汽车仪表板、车身外板、内装饰板、方向盘、隔音板等很多部件。在电器方面则广泛应用于电冰箱、电视机、洗衣机、空调器、计算机、复印机等电子电器中。
九、聚氯乙烯（PVC）
性能特点：PVC是一种耐酸、耐碱金属、耐酒精类以及其他许多腐蚀性介质的材料。相比PVC，CPVC可以用于温度更高的系统，可达99°C，具有卓越的耐化学腐蚀性。PVC管路系统重量轻，安装灵活，坚固，可用于特殊的耐腐蚀系统。
适用场合：典型的应用有热水系统，热酸输送和废水系统；适用于高温真空管路、高温污水收集、高温化学介质输送。在要求成本低、免维护的腐蚀性环境中表现优异。
十、橡胶材料
性能特点：橡胶种类繁多，不同种类各有特点：
· 天然橡胶（NR）：弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，但耐氧和耐臭氧性差。
· 氟橡胶（FPM）：耐温高可达300℃，耐酸碱、耐油性是耐油橡胶中最好的，抗辐射、耐高真空性能好。
· 硅橡胶（Q）：既耐高温（最高300℃）又耐低温（最低-100℃），是目前最好的耐寒、耐高温橡胶。
适用场合：
· 天然橡胶：轮胎、胶鞋、胶管、胶带、电线电缆的绝缘层和护套。
· 氟橡胶：国防工业制造飞机、火箭上的耐真空、耐高温、耐化学腐蚀的密封材料。
· 硅橡胶：耐高低温制品（胶管、密封件等）、耐高温电线电缆绝缘层，由于其无毒无味，还用于食品及医疗工业。
十一、玻纤板
性能特点：玻纤板（虽然没有在给定的搜索结果中找到玻纤板的直接描述，但根据常见的工程知识）通常指的是玻璃纤维增强的复合材料，它们一般具有高强度、高刚性和优良的尺寸稳定性，以及良好的耐热性和耐腐蚀性。
适用场合（此部分基于常见的工程知识）：广泛用于需要高强度和轻量化的结构件，如设备面板、支撑框架等；也常用于电气绝缘部件和耐腐蚀环境下的设备防护。
选型总结
在实际设计中，选择非金属材料时需要考虑以下几个关键因素：
1. 工作温度范围：不同非金属材料的耐温性能差异很大，如PEEK可达260℃以上，而PVC仅能承受90℃左右。
2. 耐磨需求：对于高摩擦场合，可选用POM、PA或PU等材料。
3. 耐腐蚀性要求：在化工等腐蚀环境中，PTFE是最佳选择之一。
4. 机械强度：虽然非金属材料强度一般不及金属，但通过增强复合材料（如玻纤板）可以获得极高强度。
5. 成本考量：如电木成本较低，而PEEK等高性能材料成本较高。
非金属材料在非标机械设计中的应用正变得越来越广泛，合理利用非金属材料往往能达到出其不意的效果，解决金属材料难以处理的技术难题。希望通过本文的介绍，能帮助您在设计中更加得心应手地选用合适的非金属材料。