工程塑料材料的研发和应用

王晶

摘要：汽车中的传动系统为低成本的工程塑料材料提供了更加宽广的应用空间：从齿轮变速器和执行机构到变速排挡齿轮系统。例如：制造商易格斯（igus）公司开发的iglidurH4材料的滑动轴承取代了传统的金属滑动轴承及滚动轴承。在实际应用中，此材料显示出其优异的吸振性，同时可有效避免和铸铝基体接触表面的磨损。另外，该材料耐机油，可在最高200℃的温度下使用。工程塑料材料的大量使用，使汽车等产品生产成本大幅下降，附加值显著提高。

关键词：工程塑料材料；研发；应用

近年来，工程塑料已经成为塑料工业中增长最快的材料，在国内其年消费增长量超过10%，随着我国经济持续增长，工程塑料的使用范围不断拓宽，已被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、机械设备、新能源、交通等多个行业，以塑代钢已经成为国际流行趋势。研究工程塑料产品，选择合适的工程塑料产品替代金属材料加工部件，节能减排，取得良好的经济效益。

1 工程塑料的全球应用趋势

根据《中国产业信息》的数据，2013年我国工程塑料消费量达到330万吨，行业销售市场规模约595亿元。在最新的发改委和工信部联合公布的《工业产业调整和振兴规划》中将工程塑料明确划归到新材料领域，成为重点发展的战略性新兴产业，专业人士预计在未来的4到5年，工程塑料的需求量仍將继续维持10%以上的增长速度。在太阳能光伏、风能等新能源领域，欧美发达国家的工程塑料应用量已接近50%，而我国的使用比例还不到20%，其他基本仍以金属原料为主。同样在机械加工制造领域，与全球42%的工程塑料应用量相比，在我国仅为10%左右，预计在未来几年内机械加工制造行业将成为工程塑料消费量增速最快的领域。

2 工程塑料节能环保安全、性能特点凸显

塑料以其质量轻、设计空间大、制造成本低、性能优异、功能广泛，能使汽车在轻量化、安全性和制造成本等几方面获得更多的突破，成为了21世纪汽车工业最好的材料选择。由于塑料的优越特性，在汽车设计中大量采用塑料，不仅可以实现汽车结构轻量化设计，而且可以综合地反映对汽车设计性能的要求，即轻量化、安全、防腐、造型和舒适性等。另外，还有利于降低成本，节约材料。作为汽车轻质材料，塑料及其复合材料不仅可减轻零部件约40%的质量，而且还可使采购成本大幅降低，所以近年来塑料在汽车中的用量迅速上升。塑料的特性表现在质量轻、不会锈蚀、耐冲击性好、透明度高和耐磨耗性、绝缘性好、导热性低、一般成型性着色性好及加工成本低等。但由于普通塑料尺寸稳定性差、热膨胀率大、易燃烧及易老化等，许多特性不能与金属材料相比。因此，汽车所用塑料不是纯的（单一）的某一种品种，而是经过改性的，又称“改性塑料”。

热塑性聚烯烃（TPO基）纳米复合材料应用于汽车内、外装饰件，优点是质轻、尺寸稳定性提高、强度更高、低温抗冲击性能更好。TPO系纳米复合材料用于汽车踏脚板，已用于通用汽车公司轿车，其具有硬度高、质量轻、低温下不发脆且容易回收的特点。丰田公司将纳米聚丙烯复合材料用于汽车前后保险杠，使原保险杠厚度由4 mm减至3 mm，质量减轻约1/3。丰田公司又相继推出了用于汽车内饰件的聚丙烯纳米复合材料。纳米粒子的介入，不仅改善了聚合物的强度、刚性及韧性，而且还有利于提高聚合物的透光性、阻隔性、耐热性及防紫外性等，由于加工简便，效果明显，业内对聚合物纳米复合材料的市场前景持乐观态度。

3 工程塑料在机械车库行业的应用

随着中国汽车产业的发展，大多城市普遍遇到了停车难的问题，机械立体车库作为一种有效的解决办法得到了大力的发展和广泛的应用。然而在机械立体车库行業，目前机械立体车库的加工部件全部采用钢铁等金属材料，加工工艺复杂、成本高、耗能高，不利于环保要求。因此，行业内部广泛需求新型材料来替代原有金属材料，工程塑料材料作为备选材料从中脱颖而出。例如在机械立体车库中，每个横移载车板都需要滚轮来回移动，用尼龙材料做出同样形状的，具备同样性能的滚轮要比钢材质的滚轮重量上减轻85%，在装配和检修过程中大大降低了安装工人的劳动强度，同时也节省了运输费用。在机械立体车库运行过程中，由于滚轮和导轨之间由刚性摩擦变为非刚性摩擦，设备运行的噪音也相对较小，用户的使用满足感大大提升。随着使用时间的增长，钢铁材质滚轮和导轨之间的磨损量较大，对导轨损伤较为严重，而尼龙滚轮在相同状态下磨损量只有钢材质的十分之一，对导轨的磨损程度也较小。根据中国重机协会停车设备委员会的统计数字得知，2014年新建的机械立体车库达到45万个停车泊位，并且以10%的速度逐年递增。若每个机械立体停车泊位的车轮，绳轮以及齿轮等传动部件用工程塑料代替原有钢铁材质，每年以塑代钢所需的工程塑料件将超过两百万件，可节省钢铁原材料数万吨。以塑代钢符合国家节能减排的要求，为环保工作做出了一定的贡献，同样也降低了企业的加工制造成本，优化产品结构，工程塑料件永不生锈的特点以及颜色多样性也美化了产品外观。工程塑料件由于颜色多样性的特点便于产品的品类管理和产品追溯管理。目前，工程塑料件已经广泛应用于机械立体车库行业中的绳轮、卷筒、滚轮等等。

目前工业上用量较大的专用热塑性工程塑料主要应用领域是汽车、电子电器和机械设备，因发达国家和发展中国家的工业行业结构不同，专用热塑性工程塑料的消费领域也有差异。随着工业结构的调整，专用热塑性工程塑料的消费结构也将发生变化。从总体来说，机械立体车库行业以塑代钢已由普通装饰件开始向结构件、功能件方向发展；工程塑料材料向强度更高、冲击性更好、超高流动的复合材料和塑料合金方向的发展，也不断地推动着机械车库行业的发展。在未来，通过以塑代钢，更加轻量化、美观环保的机械立体车库必将有广阔的发展空间！

参考文献：

[1]王波.igus正式推出新工程塑料材料[J].农业机械，2016，11：188.

[2]孙小波，王枫，宁仲，王子君.耐热型特种工程塑料保持架材料的研究进展[J].轴承，2012，11：56-59.