对大多数人来说，塑料可能看起来都一样，但对工程师来说，塑料来自家庭，有表亲材料，还有其他材料，就像猫和狗一样不同。当然，我们的客户希望我们担心这些细节，而作为书呆子，材料之间的微小差异是令人着迷的源泉。

但即使是我们当中最书呆子的人也不会记住许多类型塑料的所有材料特性（如果你这样做了，那么也许你需要走出更多），并不是每个需要为设计选择材料的人都有技术背景。随着新材料的不断发布，我们需要一种方法来查看关键材料特性：这就是材料数据表变得无价的地方。那么，您如何解读这些有价值的参考资料并为您的设计选择合适的材料呢？

拉伸性能

抗拉强度是材料中最常见的强度测量方法，也是您生活中的书呆子最有可能记住的数字，因此，它出现在大多数数据表的顶部。对于年长的工程师，比如我们所有的教授，任何材料强度的研究都集中在拉伸试验上，以获取它提供的所有有用信息，尤其是在查看金属性能方面。随着聚合物在设计中占据主导地位，我们需要执行其他测试以获取有关塑料材料的相同深度信息，但这仍然是确定材料是否适合您的应用的最佳起点。

拉伸强度测试很简单：将一小块材料夹在液压机的两个夹具之间，其中一个夹具拉动材料直至其断裂。从这个简单的测试中，我们可以找到极限抗拉强度（UTS——断裂时可以承受的应力）、屈服抗拉强度（材料在开始永久变形之前可以承受的应力）、模量弹性（也称为杨氏模量，表示它在应力下变形的程度）和屈服伸长率（基本上，它在折断之前拉伸了多少）。

不好了！我们可以从这里听到打哈欠的声音。这些术语是什么意思，你为什么要关心？

? 抗拉强度测试

它们以直接形式为您提供了一种比较材料强度的简单方法。例如：ABS是一种非常坚固的塑料，其 UTS 为 40 MPa。钢是一种很好的坚固金属，UTS 为 400 MPa。哇——钢的强度是相同尺寸的 ABS 的十倍。我不知道。（看！我没那么书呆子！）当然，这并不意味着您应该放弃塑料而改用钢，但这确实意味着具有相同强度的零件需要更厚。

同样，弹性模量使我们能够一目了然地了解材料的“弹性”程度，无论是非常坚硬（钢 – YM 约为 200 GPa）还是非常柔韧（ABS – 大约 2 GPa），以及屈服伸长率（或有时断裂伸长率）会让您了解在材料成为问题之前您可以将材料拉到多远（这里钢和 ABS 比较好，各占 20-30%，具体取决于具体材料）。看？有用。你绝对应该让一个书呆子来解释这些事情。

? 拉伸性能表

弯曲性能

弯曲特性类似于拉伸特性，并且在许多材料中可以通过相同的测量值来近似。然而，为了准确，特别是在塑料中，最好进行三点弯曲强度测试，其中将一根材料放在两个支撑件上，中间有一个液压头，这给了我们弯曲强度和弯曲模量，在均质材料中与拉伸强度和模量相同，但是……等等，等等，回来！

让我们分解一下。本质上，如果一种材料在整个过程中完全一样，就像大多数钢材一样，那么弯曲测试会给你与拉伸测试相同的数字。但是塑料在整个横截面上几乎从来都不是相同的——因为注塑成型，这种材料会形成一层与其他材料不匹配的材料表皮。

是的，那是一根混凝土梁被弯曲破坏。

虽然这有时可能是一件坏事，但在某些情况下效果非常非常好，就像硬质结构泡沫一样：部件的内部是超轻质（类似泡沫），而外部皮肤是实心塑料（皮肤），从而产生轻质、坚硬的部件。这种材料特性允许建造既便宜又轻便的梯子、游乐设备和手推车。

但是您应该小心，因为这些特性也可能对您不利，例如当材料表面粗糙度或表面缺陷导致弯曲强度远低于拉伸强度时。这可能发生在相当多的印刷材料上，例如使用 SLS 或 FDM 生产的印刷材料。请记住，在使用这些材料进行原型设计时，在设计可弯曲的部件时应小心。

影响属性

我们中的许多人都认为自己是泰坦尼克号专家（或者至少是莱昂纳多·迪卡普里奥的专家），但有一个鲜为人知的事实：如果泰坦尼克号是受到热带岩石的类似撞击而不是北极冰山的撞击，它可能没有沉没。为什么？冲击强度。

钢非常坚固（参见上面的拉伸数据），但在低温下，它会变得非常脆，因此在温暖的天气里会从钢板上反弹的力，或者在最坏的情况下使钢板凹陷，会导致远洋班轮在更冷的温度（并在 86 年后为数百万少女提供了她们一生中最好的电影体验）。幸运的是，在我们的设计中使用材料之前，我们在测量材料的冲击强度方面更加谨慎。

与其他机械测试一样，该测试非常简单：将样品固定在重摆臂下方的夹具中，举起摆臂，然后摆臂向下摆动并破坏样品。（不仅有教育意义，而且很有趣。）

悬臂梁式冲击测试可在您制造汽车之前提供关键材料信息

测试在有缺口或无缺口样品上进行。当产品表面可能存在一些瑕疵时（iPhone 外壳会被一些钥匙扔进口袋，必然会产生瑕疵），缺口测试是冲击强度的现实指标，而无缺口测试更适合于材料将处于要求不高的环境中的情况。

无论哪种情况，塑料的冲击特性都特别有趣，因为我们经常想知道的不一定是某物的强度，而是它在发生事故或从桌子上掉下来时如何承受。（或者阳台，正如我向我的女朋友发誓的那样，这是一个意外。顺便说一句，不管是硬壳还是硬壳，iPhone 在三层楼跌落后都不好用。男朋友们，小心。）以两种常见的透明塑料为例：聚碳酸酯和丙烯酸。它们都具有相似的拉伸强度（约 40 MPa），但聚碳酸酯可承受高达 40 倍的冲击力。亚克力可以制成非常漂亮的透明镜片，但很明显哪种镜片更适合安全眼镜。

热性能

同样，您必须担心材料在寒冷时会变脆，或者在负载突然而不是逐渐加载时会折断，对于某些应用程序，您还需要考虑当它真的很热时会发生什么。你知道我的意思，如果你和父母一起购物回到车上，发现车把你最喜欢的芭比娃娃融化了。

虽然这对金属来说不太重要，但塑料特性决定了在大多数情况下，当它们变热时，它们会变软。幸运的是，这也包含在材料数据表的热特性部分下，您通常会在其中找到关于热变形温度的一些注释，有时还有玻璃化转变温度。

热变形很简单：测试将向您显示材料在什么温度下开始在什么应力下变形。找到一个与您在设计中需要的压力相似的压力，然后检查以确保发生变形的温度远远超出您的计划使用范围。简单。

? 塑料在高温下会变形——小心！

玻璃化转变稍微复杂一些，仅适用于无定形材料：不具有晶体结构的材料（例如聚碳酸酯和聚苯乙烯，而不是像尼龙和聚丙烯这样的结晶聚合物）。基本上，当无定形材料变热时，它会从易碎变为橡胶状，这发生在玻璃化转变温度下。

你必须关心这个有两个原因：你不希望你的橡胶部分变脆，你不希望你的硬部分变得有弹性。例如，如果轮胎橡胶的温度远低于负 100 华氏度，您就不得不担心它会破碎；如果 ABS 加热到 220 华氏度以上，它开始表现得像绒毛（减去跳舞）。说到橡胶材料……

硬度

尽管从化学工程师的角度来看，弹性体（橡胶）和塑料聚合物本质上是相同的，但每个人都知道，在实际层面上，它们并不相同，我们从对安抚奶嘴产生兴趣的时候就知道了这一点。虽然拉伸（记住断裂伸长率/屈服）和弹性模量有很大不同，但对于大多数人来说，分类的最大差异归结为硬度。

幸运的是，材料的硬度测试很简单，由一个小的球头或锥形杆组成，以特定的力压入材料中。如果它几乎没有压入材料，它会得到一个高硬度值；如果它压得很远，它会得到一个低硬度值。不幸的是，因为我们必须测量从橡皮筋到钻石的所有东西的硬度，所以我们用于这些测量的尺度绝非简单，有两个常见的尺度（洛氏和肖氏），每个都有几个子类别，还有一些不太常见的尺度（Vickers、Leeb 和 Brinell，从这里我们将完全忽略）。

钻石是 Rockwell A 100，对于 Shore A 等级来说太难了。

Rockwell 是用于测量坚硬物体的刻度，从硬塑料（如尼龙和聚碳酸酯）到宝石。对于塑料，最常见的标度为 Rockwell E、Rockwell R 和 Rockwell M；聚碳酸酯的硬度约为洛氏 70M。

当测量软的东西时，比如橡胶和软塑料，我们使用邵氏刻度（后面还有很多字母以增加混淆），我们最常使用邵氏 A 刻度（非常柔软——橡皮筋是邵氏 A 20 和汽车轮胎 Shore A 60）或 Shore D 标度（从硬到硬——安全帽是 Shore D 80）。

一个真正的书呆子会想要进一步深入了解不同尺度的历史细节以及如何使用 Shore OO 尺度，如果那是你，那么你真的应该找到另一个来源。或者也许是另一个爱好。对于其他所有人，请查看我们关于制作软材料和弹性体原型的文章，以及我们的免费下载图表，该图表显示了肖氏 A 和肖氏 D 标度上不同材料的硬度。

材料数据表的限制

与每种类型的技术数据一样，材料数据表也有其局限性。您通常会找到上面列出的所有信息，并且通常会找到额外的信息（如密度），但有些信息总是需要进一步挖掘。

例如，当您设计食品时，您需要查看 FDA 指南并从制造商处获取有关计划材料是否食品安全的信息。此外，您还需要材料安全数据表 (MSDS) 来查看健康危害。同样，如果材料会与其他材料接触，您需要了解属性将如何改变；例如，某些粘合剂的脱气会导致丙烯酸树脂和聚碳酸酯发生脆裂，这是很常见的。材料数据表是选择材料的一个很好的起点，但旅程不应就此结束——继续挖掘，直到您对自己的材料选择充满信心。

为您的设计使用材料数据表

材料数据表一目了然地提供了大量的信息，但与所有类型的工程知识一样，解释数据的含义需要了解数字的背景知识，并需要优秀的工程师来评估性能并选择合适的材料设计。