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工业设计中塑料选择原则探讨

文档作者：姜炎陈炳发文档来源：南京航空航天大学机电学院		点击数：	更新时间： 2021年02月16日
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· 机械制造与研究· 姜炎，等·工业设计中塑料选择原则探讨
工业设计中塑料选择原则探讨
姜炎。陈炳发
(南京航空航天大学机电学院。江苏南京211000)
摘要：工业设计是一门交叉学科，涉及到艺术、技术、工程等方面的知识，但目前较偏重于概
念的呈现。工业设计的选材是连接设计概念与实际生产的桥梁，而塑料又是当前消费品的主
要使用材料。通过对工业设计中塑料如何进行选择进行探讨，以提高设计造型与实际生产流
通的结合度。
关键词：工业设计；塑料；选择
中图分类号：TH145 文献标志码：B 文章编号：1671-5276(2011)04-0032-03
Research on Plastics Choosing Rule for Industrial Design
JIANG Yan，CHEN Bing—fa
(College of Mechanical and Electrical Engineering，Nanjing University of Aeronautics and
Astronautics，Nanjing 211000，China)
Abstract：industrial design is an interdisciplinary subject，which involves the art，technology，engineering and other knowledge．Mate·
rial choosing is the bridge to connect design concepts and practice，and the plastic plays a great role in materials．This article discus·
ses how to choose plastics in industrial design，SO that the design is combined with the production．
Key words：industrial design；plastic；selecting
0 引言
工业设计处于产晶整个生命周期的前端，但设计的结
果却贯穿了产品的整个生命过程。工业设计中对材料的
选择结果，往往也深刻影响着产品的单机成本、加工工艺、
成品率以及后期报废等环节。
业设计面对的是一个复杂性体系，设计的复杂是因
为它要协调诸多的“关系因素”以达到某种目的，而这些
所谓的目的、限制、关系本身又都是模糊的、混沌的、变化
不明确的川。设计师在提出设计的美学概念时，必须同
时考虑如何去实现这样的概念，现有的材料是否能够通过
一定的制作工艺达到设计的要求 。合理的产品使用材
料选择，直接影响到产品整个生命周期的方方面面，对产
品后期大规模生产方式、生产成本、成品率、后期报废方式
等等起着决定作用。
工业设计工程师是兼顾生产者与使用者对产品外观、
造型、色彩、结构、功能及安全性等方面要求条件下，从事
大量生产产品设计与开发的工业设计人员 j。因此，工
业设计的结果不仅是构思与塑造一个产品的外在形态，更
重要的是如何将这个概念进行物化和生产。
工业设计中，在调研分析结果出来、外观设计定型后，
在结构设计之前，就需要结合考虑产品材料的问题，并由
此延伸到产品的后期加工及表面处理等工艺方面的切实
问题。无论你设计的图有多漂亮，最终的目的还是要回到
生产这个技术层面来。一旦涉及到生产，就不存在太多的
艺术语义等概念，剩下的只是严格执行的程序和合理适用
的成本。所以，合理地选择产品的材质，是产品可靠性及
经济性得以保证的前提之一。
塑料材质作为一个年轻的事物，在自赛璐珞诞生至今
虽仅有百年的历史，但在日常产品使用中的深度和广度，
已远远超过木材、金属、陶瓷、玻璃等传统材质。对于塑料
材质自身特性、工艺和成本上一定程度的掌握和了解，是
工业设计可行性的有力保障，也是设计师提高设计品质的
集中体现。
1 工业设计中塑料选择的重要意义
目前国内的工业设计偏重于图形化的思考和实现，对
基本的材质工艺知识的了解相对不足。由于材料和工艺
知识的缺乏，使得很多设计师设计出来的产品，一方面多
次修改甚至推翻，另一方面出品的效果大打折扣。
对于一款产品，如何将其与生产结合起来，如何达到
产品预期的效果，这些都有赖于产品材质的选择和加工工
艺的支持。塑料作为当前消费产品中最广泛使用的物料，
是工业设计中无法避免的内容。
工业设计在实际操作过程中，会不时遇到概念无法实
现和成本过高等等问题。这些都是因为对材料的把握不
够和对工艺过程的相对陌生。这种因造型而造型的工业
设计行为，在实际的生产工艺上常常留有很多隐患。
塑料的合理选择与应用，是衔接工业设计概念与生产
工艺实践的重要环节。很多设计行为针对的产品外观都
作者简介：姜炎(1983一)，男，江苏南通人，硕士研究生，研究方向是工业设计和人机工程。
· 32· http：／／ZZHD．chinajourna1．net．cn E-mail：ZZHD@chainajourna1．net．cn《机械制造与自动化》
· 机械制造与研究· 姜炎，等·工业设计中塑料选择原则探讨
是通过注射成型的塑料件直接构成的。塑料的合理选择
与应用，不可以兼顾到产品的外观品质与生产的可行性，
是概念得以实现的前提。
塑料的合理选择与应用，是产品功能和外观需求的物
质基础。完整的工业设计过程应该是将产品概念进行物
化的过程，所有一系列针对产品的各个阶段的行为都是对
材料的选择使用和报废的过程。没有材料的支持，什么样
的产品概念都只能是一个画面。塑料作为产品结构的最
主要支持者，是工业设计概念物化的不可或缺的依赖。
塑料的合理选择与应用，是工业设计水平的集中体
现。工业设计在国内很大程度上与产品造型设计接近，而
材料的内容偏重于工程应用。设计师在设计一款产品的
时候，很容易为了片面追求审美，而忽略了对材料的把握。
工业设计过程是一个系统化的过程，不仅需要良好的概念
表达能力，还需要合理的材料及工程工艺的知识作为基
础。结合各方面的知识，才能为产品量身定做一个切合实
际的造型，从而提高设计的成功率和可行性。
塑料的合理选择与应用，是产品安全和性能的有力保
障。现在很多厂家或者设计师，在对产品生产用材上，对
产品实际的性能需求考虑不足，在效果图、结构图等等文
件出来之后，紧接着就是用ABS，PC等进行生产。这种前
期考虑的不足，在很大程度上导致了安全隐患及经济性不
良等问题产生。
2 工业设计中常见塑料的相关特性
通常设计师面对的消费类产品使用材质主要有ABS，
PP，PE，PMMA，PA，PE，PC等塑料材质。
2．1 塑料的外观特性
在外观上，这些材质有着自身的外观特性，能满足不
同的外观需求，如表1所示。
表1 常用塑料原料的外观特性
常见塑料材质，由于其自身的机械性能、化学性能及
各自表面能的不同，适合的成型工艺及表面处理方法也有
所不同。收缩率较大的材料，在没有其他辅助剂的参与
下，不适合较复杂曲面结构的成型；性能较脆的材料如
PMMA常见的多为板材或片材，若要一次性进行复杂结构
产品的成型难度较大，在经济条件有限的情况下，并不适
合用作壳体等产品的构件。表面能较低的材料不太适合
进行复杂的表面处理，比如在PP上进行电镀等；热力学
能较差的材料不适合进行需高温处理的表面加工如烤漆
等。易吸水的材料在设计过程中需要考虑到其使用环境，
适当进行表面涂覆或者在需要使用时改性以达到视觉效
果的同时不影响其使用性能。
产品设计是生产产品的首要环节，其中材料选择又至
Machine Building Automation，Aug2011，40(4)：32～3
关重要 J。在构思一个产品造型概念的时候，前期就需
要融合人产品的材料的要素，对材料进行合理的选择。如
果在目前的材料应用条件下，一个产品很难甚至无法达到
所需的外观效果，那么这个产品的概念将很难得到实现。
2．2 塑料的结构性能
在产品结构上，不同的力学、导电性以及使用环境等
等，需要选择对应的材料进行有目的的设计。并在设计的
同时兼顾到其成型方式，以免因选材不当而造成较高的报
废率。
针对目前在消费类产品中的使用情况，注射成型作为
目前使用最为广泛的一种成型方式，几乎涵盖了所有产品
的机壳甚至包装的生产。注塑成型品质的好坏，对原料的
流动性、熔点、结晶度、收缩率等等性能直接相关。
不同材料的性能干差万别，当然很多材料通过添加不
同的辅料可以改善其某一部分功能，但整体体现的还是塑
料原料的一些特性。表2是常见塑料的几个影响注射成
型结果要素。
表2 常见塑料的结构适用性能
材料 ABS HDPE PMMA PC PP PA
流动性
收缩率／(％。)
适合壁厚／mm
吸水性
变形
耐磨性
熔点／cc
良好 好 较好
5 15—40 4—7
1．5—3 1—2．5 1．5—4
低 低 低
不易 易／开裂不易／脆
一般 差 较差
170 】35 220
在结构设计过程中，必须很好地考虑进塑料的相关成
型可能性，才能避免由于对塑料性能了解不够，在成型过
程中造成的缺料、缩孑L、熔接痕等硬伤，或者在需要的地
方，使用了不合要求的材料，给产品无论是外观还是内在
均带来瑕疵。
比如常见在变压器所安装的机壳上，要达到一定的耐
热性；需要较薄壁厚的产品的时候，选材上要尽量结合塑料
适合的壁厚要求，超出范围易导致产品因机械力不足而开
裂或者变形；在其他经常发生摩擦等相对运动的表面时，尽
量优先考虑塑料本身的耐磨性是否符合要求。
2．3 塑料的加工工艺
产品的功能和造型的实现都建立在材料和工艺上，并
因为材料的加工性能和装饰处理工艺不同，而影响着产品
设计 J。一个产品的诞生，最终落到实处的还是生产的
过程。而产品的生产，必须在一系列严格的工艺流程中得
以实现。因此，产品设计环节就需要与材料加工工艺紧密
联系在一起，有一个系统化的思想，并在设计中能够处于
前期而顾及后续的生产、运输、使用等环节。
目前消费类产品的塑料的成型工艺主要有注射成型、
挤压成型、吹塑成型、压缩成型等等，具体加工的材料和面
向的产品类型也各有 旧。
常见的塑料连接工艺有铆接、卡扣连接、螺纹连接、粘
接、熔接、烧结等等。
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· 机械制造与研究· 姜炎，等·工业设计中塑料选择原则探讨
适用于塑料材质的表面处理工艺也有抛光、喷砂、涂
覆、电镀、烤漆、压花、印刷、蚀刻等等，为了追求良好的适
用性能，同时又能兼顾到产品自身的表面品质，在设计中
要融入这些表面处理工艺的加工效果及成本概念。
为了达到同样的外观效果，结合塑料材质的特性，使
用不同的工艺在很多时候也能达到要求。比如需要的是
一个表面高亮甚至达到镜面效果的时候，电镀和烤漆是常
用的两种方法，选择增亮的油漆对所需表面进行涂覆在一
定程度上也能达到此类效果，不过涂覆工艺的表面通常不
耐磨，容易掉漆而露出本色，具体情况根据实际条件而定。
在产品设计中，需要结合实际生产的周期、成本、使用
环境、操作方式等等进行比较和选择。
3 工业设计中塑料选择的原则
工业设计中材料的选择过程即感性向理性靠拢的过
程，对塑料的选择必须遵循一定的原则，并以此来筛选和
评价工业设计方案的可行性以及材料的适用性。具体的
选择原则归纳如下：
1)可行性原则：设计师必须对现有市场、工艺、材料
等等各个方面有准确的了解后才可以进行后续工作，必须
尽可能保证所选材料能满足生产和使用的需要。
2)安全性原则：安全性的需求不但是产品功能上的
保证，同时也是产品外观上给人的一种暗示，材料的选择
要兼顾到产品内在和外观上的安全性需求。
3)功能需求优先原则：当造型与功能发生冲突的时
候，选材时要尽量兼顾两方，但对功能的保障要更为优先。
4)成本可控原则：产品设计过程中需要对现在的物
料、加工等有一定了解，在合理的成本范围内进行选材、
造型。
5)美观便捷原则：产品的外观审美和使用方便日益
成为产品比较优势的关键点，在选材过程中应该在条件允
许的情况下优先考虑容易达到这些目标的材料进行设计。
5)公益性原则：产品作为社会的一个存在，必然会与
周围的人群、政策、环境等等发生直接或间接的联系，产品
的选材不能以牺牲这些方面的普遍价值观为代价换取短
暂的利益。
6)兼容性原则：产品在选材过程中需要考虑到对现
有市场、通用件、设备以及新材料的兼容性。
7)留有余量：材料的选择需要给其余产品生命周期
各个环节留有余量，以保证产品不会因为其他环节的变动
而造成所有环节的重新开始。
4 结语
塑料早期作为一种传统材质的替代材料而使用，经过
多年来不断开发，其功能和类别繁多，尤其在消费类产品
中，已经成为一种使用最为广泛的材料。
设计师应该具备较全面的造物能力，而不仅仅是对产
品概念的一个绘图员。工业设计需要有源于需求、基于特
性、服务生产、兼顾成本的选材意识，以提高自身的设计能
力与设计水平，提高设计与实际生产的结合度。
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