工程塑料材料的研發和應用

王晶

摘要：汽車中的傳動系統為低成本的工程塑料材料提供了更加寬廣的應用空間：從齒輪變速器和執行機構到變速排擋齒輪系統。例如：制造商易格斯（igus）公司開發的iglidurH4材料的滑動軸承取代了傳統的金屬滑動軸承及滾動軸承。在實際應用中，此材料顯示出其優異的吸振性，同時可有效避免和鑄鋁基體接觸表面的磨損。另外，該材料耐機油，可在最高200℃的溫度下使用。工程塑料材料的大量使用，使汽車等產品生產成本大幅下降，附加值顯著提高。

關鍵詞：工程塑料材料；研發；應用

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。

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 工程塑料節能環保安全、性能特點凸顯

塑料以其質量輕、設計空間大、制造成本低、性能優異、功能廣泛，能使汽車在輕量化、安全性和制造成本等幾方面獲得更多的突破，成為了21世紀汽車工業最好的材料選擇。由于塑料的優越特性，在汽車設計中大量采用塑料，不僅可以實現汽車結構輕量化設計，而且可以綜合地反映對汽車設計性能的要求，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，節約材料。作為汽車輕質材料，塑料及其復合材料不僅可減輕零部件約40%的質量，而且還可使采購成本大幅降低，所以近年來塑料在汽車中的用量迅速上升。塑料的特性表現在質量輕、不會銹蝕、耐沖擊性好、透明度高和耐磨耗性、絕緣性好、導熱性低、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，汽車所用塑料不是純的（單一）的某一種品種，而是經過改性的，又稱“改性塑料”。

熱塑性聚烯烴（TPO基）納米復合材料應用于汽車內、外裝飾件，優點是質輕、尺寸穩定性提高、強度更高、低溫抗沖擊性能更好。TPO系納米復合材料用于汽車踏腳板，已用于通用汽車公司轎車，其具有硬度高、質量輕、低溫下不發脆且容易回收的特點。豐田公司將納米聚丙烯復合材料用于汽車前后保險杠，使原保險杠厚度由4 mm減至3 mm，質量減輕約1/3。豐田公司又相繼推出了用于汽車內飾件的聚丙烯納米復合材料。納米粒子的介入，不僅改善了聚合物的強度、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，由于加工簡便，效果明顯，業內對聚合物納米復合材料的市場前景持樂觀態度。

3 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。

目前工業上用量較大的專用熱塑性工程塑料主要應用領域是汽車、電子電器和機械設備，因發達國家和發展中國家的工業行業結構不同，專用熱塑性工程塑料的消費領域也有差異。隨著工業結構的調整，專用熱塑性工程塑料的消費結構也將發生變化。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！

參考文獻：

[1]王波.igus正式推出新工程塑料材料[J].農業機械，2016，11：188.

[2]孫小波，王楓，寧仲，王子君.耐熱型特種工程塑料保持架材料的研究進展[J].軸承，2012，11：56-59.