工程塑料材料的研發(fā)和應(yīng)用

王晶

摘要：汽車(chē)中的傳動(dòng)系統(tǒng)為低成本的工程塑料材料提供了更加寬廣的應(yīng)用空間：從齒輪變速器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)到變速排擋齒輪系統(tǒng)。例如：制造商易格斯（igus）公司開(kāi)發(fā)的iglidurH4材料的滑動(dòng)軸承取代了傳統(tǒng)的金屬滑動(dòng)軸承及滾動(dòng)軸承。在實(shí)際應(yīng)用中，此材料顯示出其優(yōu)異的吸振性，同時(shí)可有效避免和鑄鋁基體接觸表面的磨損。另外，該材料耐機(jī)油，可在最高200℃的溫度下使用。工程塑料材料的大量使用，使汽車(chē)等產(chǎn)品生產(chǎn)成本大幅下降，附加值顯著提高。

關(guān)鍵詞：工程塑料材料；研發(fā)；應(yīng)用

近年來(lái)，工程塑料已經(jīng)成為塑料工業(yè)中增長(zhǎng)最快的材料，在國(guó)內(nèi)其年消費(fèi)增長(zhǎng)量超過(guò)10%，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，工程塑料的使用范圍不斷拓寬，已被廣泛應(yīng)用于電子電氣、汽車(chē)、建筑、機(jī)械設(shè)備、新能源、交通等多個(gè)行業(yè)，以塑代鋼已經(jīng)成為國(guó)際流行趨勢(shì)。研究工程塑料產(chǎn)品，選擇合適的工程塑料產(chǎn)品替代金屬材料加工部件，節(jié)能減排，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程塑料的全球應(yīng)用趨勢(shì)

根據(jù)《中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息》的數(shù)據(jù)，2013年我國(guó)工程塑料消費(fèi)量達(dá)到330萬(wàn)噸，行業(yè)銷(xiāo)售市場(chǎng)規(guī)模約595億元。在最新的發(fā)改委和工信部聯(lián)合公布的《工業(yè)產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》中將工程塑料明確劃歸到新材料領(lǐng)域，成為重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，專(zhuān)業(yè)人士預(yù)計(jì)在未來(lái)的4到5年，工程塑料的需求量仍將繼續(xù)維持10%以上的增長(zhǎng)速度。在太陽(yáng)能光伏、風(fēng)能等新能源領(lǐng)域，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的工程塑料應(yīng)用量已接近50%，而我國(guó)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(jī)械加工制造領(lǐng)域，與全球42%的工程塑料應(yīng)用量相比，在我國(guó)僅為10%左右，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)機(jī)械加工制造行業(yè)將成為工程塑料消費(fèi)量增速最快的領(lǐng)域。

2 工程塑料節(jié)能環(huán)保安全、性能特點(diǎn)凸顯

塑料以其質(zhì)量輕、設(shè)計(jì)空間大、制造成本低、性能優(yōu)異、功能廣泛，能使汽車(chē)在輕量化、安全性和制造成本等幾方面獲得更多的突破，成為了21世紀(jì)汽車(chē)工業(yè)最好的材料選擇。由于塑料的優(yōu)越特性，在汽車(chē)設(shè)計(jì)中大量采用塑料，不僅可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)，而且可以綜合地反映對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)性能的要求，即輕量化、安全、防腐、造型和舒適性等。另外，還有利于降低成本，節(jié)約材料。作為汽車(chē)輕質(zhì)材料，塑料及其復(fù)合材料不僅可減輕零部件約40%的質(zhì)量，而且還可使采購(gòu)成本大幅降低，所以近年來(lái)塑料在汽車(chē)中的用量迅速上升。塑料的特性表現(xiàn)在質(zhì)量輕、不會(huì)銹蝕、耐沖擊性好、透明度高和耐磨耗性、絕緣性好、導(dǎo)熱性低、一般成型性著色性好及加工成本低等。但由于普通塑料尺寸穩(wěn)定性差、熱膨脹率大、易燃燒及易老化等，許多特性不能與金屬材料相比。因此，汽車(chē)所用塑料不是純的（單一）的某一種品種，而是經(jīng)過(guò)改性的，又稱(chēng)“改性塑料”。

熱塑性聚烯烴（TPO基）納米復(fù)合材料應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)、外裝飾件，優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)輕、尺寸穩(wěn)定性提高、強(qiáng)度更高、低溫抗沖擊性能更好。TPO系納米復(fù)合材料用于汽車(chē)踏腳板，已用于通用汽車(chē)公司轎車(chē)，其具有硬度高、質(zhì)量輕、低溫下不發(fā)脆且容易回收的特點(diǎn)。豐田公司將納米聚丙烯復(fù)合材料用于汽車(chē)前后保險(xiǎn)杠，使原保險(xiǎn)杠厚度由4 mm減至3 mm，質(zhì)量減輕約1/3。豐田公司又相繼推出了用于汽車(chē)內(nèi)飾件的聚丙烯納米復(fù)合材料。納米粒子的介入，不僅改善了聚合物的強(qiáng)度、剛性及韌性，而且還有利于提高聚合物的透光性、阻隔性、耐熱性及防紫外性等，由于加工簡(jiǎn)便，效果明顯，業(yè)內(nèi)對(duì)聚合物納米復(fù)合材料的市場(chǎng)前景持樂(lè)觀態(tài)度。

3 工程塑料在機(jī)械車(chē)庫(kù)行業(yè)的應(yīng)用

隨著中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大多城市普遍遇到了停車(chē)難的問(wèn)題，機(jī)械立體車(chē)庫(kù)作為一種有效的解決辦法得到了大力的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。然而在機(jī)械立體車(chē)庫(kù)行業(yè)，目前機(jī)械立體車(chē)庫(kù)的加工部件全部采用鋼鐵等金屬材料，加工工藝復(fù)雜、成本高、耗能高，不利于環(huán)保要求。因此，行業(yè)內(nèi)部廣泛需求新型材料來(lái)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(jī)械立體車(chē)庫(kù)中，每個(gè)橫移載車(chē)板都需要滾輪來(lái)回移動(dòng)，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(zhì)的滾輪重量上減輕85%，在裝配和檢修過(guò)程中大大降低了安裝工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也節(jié)省了運(yùn)輸費(fèi)用。在機(jī)械立體車(chē)庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中，由于滾輪和導(dǎo)軌之間由剛性摩擦變?yōu)榉莿傂阅Σ粒O(shè)備運(yùn)行的噪音也相對(duì)較小，用戶(hù)的使用滿(mǎn)足感大大提升。隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，鋼鐵材質(zhì)滾輪和導(dǎo)軌之間的磨損量較大，對(duì)導(dǎo)軌損傷較為嚴(yán)重，而尼龍滾輪在相同狀態(tài)下磨損量只有鋼材質(zhì)的十分之一，對(duì)導(dǎo)軌的磨損程度也較小。根據(jù)中國(guó)重機(jī)協(xié)會(huì)停車(chē)設(shè)備委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字得知，2014年新建的機(jī)械立體車(chē)庫(kù)達(dá)到45萬(wàn)個(gè)停車(chē)泊位，并且以10%的速度逐年遞增。若每個(gè)機(jī)械立體停車(chē)泊位的車(chē)輪，繩輪以及齒輪等傳動(dòng)部件用工程塑料代替原有鋼鐵材質(zhì)，每年以塑代鋼所需的工程塑料件將超過(guò)兩百萬(wàn)件，可節(jié)省鋼鐵原材料數(shù)萬(wàn)噸。以塑代鋼符合國(guó)家節(jié)能減排的要求，為環(huán)保工作做出了一定的貢獻(xiàn)，同樣也降低了企業(yè)的加工制造成本，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，工程塑料件永不生銹的特點(diǎn)以及顏色多樣性也美化了產(chǎn)品外觀。工程塑料件由于顏色多樣性的特點(diǎn)便于產(chǎn)品的品類(lèi)管理和產(chǎn)品追溯管理。目前，工程塑料件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械立體車(chē)庫(kù)行業(yè)中的繩輪、卷筒、滾輪等等。

目前工業(yè)上用量較大的專(zhuān)用熱塑性工程塑料主要應(yīng)用領(lǐng)域是汽車(chē)、電子電器和機(jī)械設(shè)備，因發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的工業(yè)行業(yè)結(jié)構(gòu)不同，專(zhuān)用熱塑性工程塑料的消費(fèi)領(lǐng)域也有差異。隨著工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，專(zhuān)用熱塑性工程塑料的消費(fèi)結(jié)構(gòu)也將發(fā)生變化。從總體來(lái)說(shuō)，機(jī)械立體車(chē)庫(kù)行業(yè)以塑代鋼已由普通裝飾件開(kāi)始向結(jié)構(gòu)件、功能件方向發(fā)展；工程塑料材料向強(qiáng)度更高、沖擊性更好、超高流動(dòng)的復(fù)合材料和塑料合金方向的發(fā)展，也不斷地推動(dòng)著機(jī)械車(chē)庫(kù)行業(yè)的發(fā)展。在未來(lái)，通過(guò)以塑代鋼，更加輕量化、美觀環(huán)保的機(jī)械立體車(chē)庫(kù)必將有廣闊的發(fā)展空間！

參考文獻(xiàn)：

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