沙俊峰

摘 要：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。

关键词：工程塑料；金属材料；机械立体车库；以塑代钢；应用

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将继续维持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 工程塑料为什么要代替金属

工程塑料是塑料大家族中的后起之秀。它们不仅保留了普通塑料的一系列优良特性，而且远高于普通热塑性塑料的耐热性（一般可在100℃～200℃以上高温下长期工作）和机械强度，因而可在许多应用领域中代替金属作为工程材料（或称结构材料）使用。

随着社会及科技的发展，我们对工业设备、产品等提出了更高的要求：轻型、节能、美观、安全、环保等。而工程塑料制品由于具有良好的性能、低廉的价格、简单的加工工艺，和金属材料的对比下，取得了越来越明显的优势。

以汽车工业为例，在汽车工业领域大量使用工程塑料制品，以代替各种昂贵的有色金属和合金材料，不仅提高了汽车造型的美观与设计的灵活性，降低了零部件加工、装配与维修的费用，而且还可以降低汽车的能耗。

美国通用公司做过一个测试，在一个汽车设备的制造过程中，共需要38个金属零件，成本高达75美元。同样，如果采用了工程塑料制造，把所有部件整合成一个部件，成本仅需30美元，缩短了55%的装配时间，高达99%的产品合格率。这得益于工程塑料的生产工艺可以整合零件、二次加工成本低、缩短设计周期、质量好、生产率高。所以，工程塑料代替金属是用户需求、节能减排、市场竞争的需要。

3 工程塑料相比金属材料有什么具体优势

我们以MC尼龙既MCPA铸型尼龙，也叫浇注尼龙， 它类似于铜铁浇铸制造那样的工艺，可以直接将原材料注入预热的模具内迅速进行聚合反应并凝固成型，制成MCPA铸型尼龙。它是一种新型的工程塑料，该材料是一种强度高、刚性好、密度小、耐磨、减摩、耐油、耐腐蚀，易于加工成型，价格适中的高分子工程塑料，以塑代钢、性能卓越，由于它的优秀综合性能，使它在工程塑料中的地位迅速上升，成为重要的以塑代钢材料，使用量日益扩大。

MC尼龙的性质：（1）MCPA铸型尼龙是一种高分子聚合物，结晶度高，分子量高达10万-13万，而普通的尼龙6的分子量只有2万左右。因此它具有很高的强度，能够长时间承受负荷；（2）密度小，其值为1.13-1.15，仅是钢的1/7，铜的1/8，合金铝的1/2.5。由于质轻，作为机械零部件可以减少动力，减轻运动惯性，运输装卸和安装检修更换也极为方便；（3）具有良好的回弹性，制品弯曲面不会发生永久变形，这样能保持强韧度，以抵抗由于反复冲击负荷产生的断裂。这对于承受高冲击负荷的制件是一种特殊的优良材料。尤其具有较好的耐蠕变特性，所以能长期能受轴承的重负荷；（4）耐摩擦，高耐磨是它獨有的优良特性，耐磨自润滑性，提供了优于青铜铸铁碳钢和酚醛层压板在无油（或脱油）润滑应用时的工作性能，降低消耗，节约能源；在一般中，低转速的情况下，具有特殊的自润滑性能，在无润滑的情况下，依然能正常工作。不像金属那样，随着使用时间的增长，磨损也成比例的增加，而尼龙则使用初期稍有磨损，以后会很少有磨损。由于它的摩擦系数小，与金属相比MC尼龙硬度低，不会损伤对磨件；这对于做辊筒、轴承、车轮、滑轮、齿轮、涡轮是非常有利的，根据Taber磨损试验数据表明，铸型尼龙材料的磨损量仅是钢铁材料的十分之一；（5）模量比金属材料小得多，对振动的衰减率比钢要大几十倍，有特别的吸振消音功能，用于作齿轮、车轮、滑轮的噪声极小，是降低机械噪声最好的材料。尼龙齿轮比铜质齿轮可降低噪声20-25dB，提供了优于金属防止噪音的实用途径；（6）低磨擦系数，提供了其在磨擦件上广泛应用可能；（7）高化学稳定性，耐碱、醇、醚、碳氢化合物、弱酸、润滑油、洗涤剂、水（海水），并具有无臭、无毒、无味、无锈的特点，为其广泛应用在抗碱腐蚀、环保卫生、食品、纺织印染等方面的机械零部件使用提供了优良的条件。（8）简化机器的维修保养，节约劳动力，优良的机械切削加工性能，提高劳动生产力；（9）MC尼龙限在下列环境和介质中使用：a.使用温度长期超过120℃；b.强酸、苯酚、氯酸钠、氯化钡等；c.高精度机器的关键零部件。（10）通过浇铸工艺易于成型，普通的塑料和尼龙只能通过挤、铸、压等方法成型，制品尺寸往往受到限制，若成型2KG以上产品就很困难，而MCPA铸型尼龙制品尺寸大小不受限制，制件从几公斤乃至几百公斤均可生产。

4 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业，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。

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！