工程塑料替代金屬材料在機械立體車庫行業的應用

沙俊峰

摘 要：近年來，工程塑料已經成為塑料工業中增長最快的材料，在國內其年消費增長量超過10%，隨著我國經濟持續增長，工程塑料的使用范圍不斷拓寬，已被廣泛應用于電子電氣、汽車、建筑、機械設備、新能源、交通等多個行業，以塑代鋼已經成為國際流行趨勢。研究工程塑料產品，選擇合適的工程塑料產品替代金屬材料加工部件，節能減排，取得良好的經濟效益。

關鍵詞：工程塑料；金屬材料；機械立體車庫；以塑代鋼；應用

1 工程塑料的全球應用趨勢

根據《中國產業信息》的數據，2013年我國工程塑料消費量達到330萬噸，行業銷售市場規模約595億元。在最新的發改委和工信部聯合公布的 《工業產業調整和振興規劃》中將工程塑料明確劃歸到新材料領域，成為重點發展的戰略性新興產業，專業人士預計在未來的4到5年，工程塑料的需求量仍將繼續維持10%以上的增長速度。

在太陽能光伏、風能等新能源領域，歐美發達國家的工程塑料應用量已接近50%，而我國的使用比例還不到20%，其他基本仍以金屬原料為主。同樣在機械加工制造領域，與全球42%的工程塑料應用量相比，在我國僅為10%左右，預計在未來幾年內機械加工制造行業將成為工程塑料消費量增速最快的領域。

2 工程塑料為什么要代替金屬

工程塑料是塑料大家族中的后起之秀。它們不僅保留了普通塑料的一系列優良特性，而且遠高于普通熱塑性塑料的耐熱性（一般可在100℃～200℃以上高溫下長期工作）和機械強度，因而可在許多應用領域中代替金屬作為工程材料（或稱結構材料）使用。

隨著社會及科技的發展，我們對工業設備、產品等提出了更高的要求：輕型、節能、美觀、安全、環保等。而工程塑料制品由于具有良好的性能、低廉的價格、簡單的加工工藝，和金屬材料的對比下，取得了越來越明顯的優勢。

以汽車工業為例，在汽車工業領域大量使用工程塑料制品，以代替各種昂貴的有色金屬和合金材料，不僅提高了汽車造型的美觀與設計的靈活性，降低了零部件加工、裝配與維修的費用，而且還可以降低汽車的能耗。

美國通用公司做過一個測試，在一個汽車設備的制造過程中，共需要38個金屬零件，成本高達75美元。同樣，如果采用了工程塑料制造，把所有部件整合成一個部件，成本僅需30美元，縮短了55%的裝配時間，高達99%的產品合格率。這得益于工程塑料的生產工藝可以整合零件、二次加工成本低、縮短設計周期、質量好、生產率高。所以，工程塑料代替金屬是用戶需求、節能減排、市場競爭的需要。

3 工程塑料相比金屬材料有什么具體優勢

我們以MC尼龍既MCPA鑄型尼龍，也叫澆注尼龍， 它類似于銅鐵澆鑄制造那樣的工藝，可以直接將原材料注入預熱的模具內迅速進行聚合反應并凝固成型，制成MCPA鑄型尼龍。它是一種新型的工程塑料，該材料是一種強度高、剛性好、密度小、耐磨、減摩、耐油、耐腐蝕，易于加工成型，價格適中的高分子工程塑料，以塑代鋼、性能卓越，由于它的優秀綜合性能，使它在工程塑料中的地位迅速上升，成為重要的以塑代鋼材料，使用量日益擴大。

MC尼龍的性質：（1）MCPA鑄型尼龍是一種高分子聚合物，結晶度高，分子量高達10萬-13萬，而普通的尼龍6的分子量只有2萬左右。因此它具有很高的強度，能夠長時間承受負荷；（2）密度小，其值為1.13-1.15，僅是鋼的1/7，銅的1/8，合金鋁的1/2.5。由于質輕，作為機械零部件可以減少動力，減輕運動慣性，運輸裝卸和安裝檢修更換也極為方便；（3）具有良好的回彈性，制品彎曲面不會發生永久變形，這樣能保持強韌度，以抵抗由于反復沖擊負荷產生的斷裂。這對于承受高沖擊負荷的制件是一種特殊的優良材料。尤其具有較好的耐蠕變特性，所以能長期能受軸承的重負荷；（4）耐摩擦，高耐磨是它獨有的優良特性，耐磨自潤滑性，提供了優于青銅鑄鐵碳鋼和酚醛層壓板在無油（或脫油）潤滑應用時的工作性能，降低消耗，節約能源；在一般中，低轉速的情況下，具有特殊的自潤滑性能，在無潤滑的情況下，依然能正常工作。不像金屬那樣，隨著使用時間的增長，磨損也成比例的增加，而尼龍則使用初期稍有磨損，以后會很少有磨損。由于它的摩擦系數小，與金屬相比MC尼龍硬度低，不會損傷對磨件；這對于做輥筒、軸承、車輪、滑輪、齒輪、渦輪是非常有利的，根據Taber磨損試驗數據表明，鑄型尼龍材料的磨損量僅是鋼鐵材料的十分之一；（5）模量比金屬材料小得多，對振動的衰減率比鋼要大幾十倍，有特別的吸振消音功能，用于作齒輪、車輪、滑輪的噪聲極小，是降低機械噪聲最好的材料。尼龍齒輪比銅質齒輪可降低噪聲20-25dB，提供了優于金屬防止噪音的實用途徑；（6）低磨擦系數，提供了其在磨擦件上廣泛應用可能；（7）高化學穩定性，耐堿、醇、醚、碳氫化合物、弱酸、潤滑油、洗滌劑、水（海水），并具有無臭、無毒、無味、無銹的特點，為其廣泛應用在抗堿腐蝕、環保衛生、食品、紡織印染等方面的機械零部件使用提供了優良的條件。（8）簡化機器的維修保養，節約勞動力，優良的機械切削加工性能，提高勞動生產力；（9）MC尼龍限在下列環境和介質中使用：a.使用溫度長期超過120℃；b.強酸、苯酚、氯酸鈉、氯化鋇等；c.高精度機器的關鍵零部件。（10）通過澆鑄工藝易于成型，普通的塑料和尼龍只能通過擠、鑄、壓等方法成型，制品尺寸往往受到限制，若成型2KG以上產品就很困難，而MCPA鑄型尼龍制品尺寸大小不受限制，制件從幾公斤乃至幾百公斤均可生產。

4 工程塑料在機械車庫行業的應用

隨著中國汽車產業的發展，大多城市普遍遇到了停車難的問題，機械立體車庫作為一種有效的解決辦法得到了大力的發展和廣泛的應用。然而在機械立體車庫行業，目前機械立體車庫的加工部件全部采用鋼鐵等金屬材料，加工工藝復雜、成本高、耗能高，不利于環保要求。因此，行業內部廣泛需求新型材料來替代原有金屬材料，工程塑料材料作為備選材料從中脫穎而出。

例如在機械立體車庫中，每個橫移載車板都需要滾輪來回移動，用尼龍材料做出同樣形狀的，具備同樣性能的滾輪要比鋼材質的滾輪重量上減輕85%，在裝配和檢修過程中大大降低了安裝工人的勞動強度，同時也節省了運輸費用。

在機械立體車庫運行過程中，由于滾輪和導軌之間由剛性摩擦變為非剛性摩擦，設備運行的噪音也相對較小，用戶的使用滿足感大大提升。

隨著使用時間的增長，鋼鐵材質滾輪和導軌之間的磨損量較大，對導軌損傷較為嚴重，而尼龍滾輪在相同狀態下磨損量只有鋼材質的十分之一，對導軌的磨損程度也較小。

根據中國重機協會停車設備委員會的統計數字得知，2014年新建的機械立體車庫達到45萬個停車泊位，并且以10%的速度逐年遞增。若每個機械立體停車泊位的車輪，繩輪以及齒輪等傳動部件用工程塑料代替原有鋼鐵材質，每年以塑代鋼所需的工程塑料件將超過兩百萬件，可節省鋼鐵原材料數萬噸。以塑代鋼符合國家節能減排的要求，為環保工作做出了一定的貢獻，同樣也降低了企業的加工制造成本，優化產品結構，工程塑料件永不生銹的特點以及顏色多樣性也美化了產品外觀。工程塑料件由于顏色多樣性的特點便于產品的品類管理和產品追溯管理。目前，工程塑料件已經廣泛應用于機械立體車庫行業中的繩輪、卷筒、滾輪等等。

從總體來說，機械立體車庫行業以塑代鋼已由普通裝飾件開始向結構件、功能件方向發展；工程塑料材料向強度更高、沖擊性更好、超高流動的復合材料和塑料合金方向的發展，也不斷地推動著機械車庫行業的發展。在未來，通過以塑代鋼，更加輕量化、美觀環保的機械立體車庫必將有廣闊的發展空間！