細(xì)數(shù)工程塑料的優(yōu)點(diǎn),為何能逐步代替金屬材料

時(shí)間：2019-11-04 00:00:00 瀏覽次數(shù)：2693 作者：

???在各種塑料中，有的像石頭一樣堅(jiān)硬，有的像鋼一樣堅(jiān)韌，有的鋼黃金一樣安定。也有人認(rèn)為，用工程塑料代替金屬，產(chǎn)品質(zhì)量要降低。事實(shí)是，用工程塑料代替金屬在許多場(chǎng)合卻提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。近年來(lái)，工程塑料成為塑料工業(yè)增長(zhǎng)最快的材料，在國(guó)內(nèi)其年消費(fèi)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，被廣泛應(yīng)用于電子電氣、汽車(chē)

在各種塑料中，有的像石頭一樣堅(jiān)硬，有的像鋼一樣堅(jiān)韌，有的鋼黃金一樣安定。也有人認(rèn)為，用工程塑料代替金屬，產(chǎn)品質(zhì)量要降低。事實(shí)是，用工程塑料代替金屬在許多場(chǎng)合卻提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。近年來(lái)，工程塑料成為塑料工業(yè)增長(zhǎng)最快的材料，在國(guó)內(nèi)其年消費(fèi)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，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)，以塑代鋼已成為國(guó)際流行趨勢(shì)。

　　一、工程塑料的全球應(yīng)用趨勢(shì)

　　根據(jù)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)未來(lái)幾年，工程塑料的需求量將繼續(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。同樣在汽車(chē)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)未來(lái)幾年汽車(chē)行業(yè)將成為工程塑料消費(fèi)量增速最快的領(lǐng)域。盡管工程塑料應(yīng)用方面發(fā)展迅速，但國(guó)內(nèi)工程塑料自給率卻不足25%，我國(guó)工程塑料行業(yè)發(fā)展前景極其廣闊。

　　二、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一系列優(yōu)良特性，而且遠(yuǎn)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(zhǎng)期工作）和機(jī)械強(qiáng)度，因而可在許多應(yīng)用領(lǐng)域中代替金屬作為工程材料（或稱(chēng)結(jié)構(gòu)材料）使用。

　　隨著社會(huì)及科技的發(fā)展，我們對(duì)工業(yè)設(shè)備、汽車(chē)等提出了更高的要求：輕型、節(jié)能、美觀、安全、環(huán)保等。而塑料制品由于具有良好的性能、低廉的價(jià)格、簡(jiǎn)單的加工工藝，在和金屬材料的PK中，取得越來(lái)越明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　工程塑料為何能逐步代替金屬材料？細(xì)數(shù)工程塑料的優(yōu)點(diǎn)

　　以汽車(chē)為例，在汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域大量使用塑料制品，以代替各種昂貴的有色金屬和合金材料，不僅提高了汽車(chē)造型的美觀與設(shè)計(jì)的靈活性，降低了零部件加工、裝配與維修的費(fèi)用，而且還可以降低汽車(chē)的能耗。

　　美國(guó)通用公司做過(guò)一個(gè)測(cè)試，在一個(gè)汽車(chē)設(shè)備的制造過(guò)程中，共需要38個(gè)金屬零件，成本高達(dá)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(gè)部件，成本僅需30美元，縮短了55%的裝配時(shí)間，高達(dá)99%的合格產(chǎn)率。這得益于工程塑料的生產(chǎn)工藝可以整合零件、二次加工成本低、縮短設(shè)計(jì)周期、質(zhì)量好、生產(chǎn)率高。

　　三、工程塑料相比金屬材料有什么具體優(yōu)勢(shì)

　　我們以聚碳酸酯（PC）為例，既具有類(lèi)似有色金屬的強(qiáng)度，同時(shí)又兼?zhèn)溲诱剐约皬?qiáng)韌性，它的沖擊強(qiáng)度極高，用鐵錘敲擊不能被破壞，能經(jīng)受住電視機(jī)熒光屏的爆炸。聚碳酸酯的透明度又極好，并可施以任何著色。具體比較如下：

　　工程塑料為何能逐步代替金屬材料？細(xì)數(shù)工程塑料的優(yōu)點(diǎn)

　　以光伏產(chǎn)業(yè)為例，目前歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在光伏設(shè)備塑料匯流箱的使用比例已達(dá)53%，而國(guó)內(nèi)才剛剛起步，比例僅為16%。而就在兩年前這個(gè)比例還不足5%。由于匯流箱都用于戶(hù)外等惡劣環(huán)境下，對(duì)箱體抗腐蝕性、使用壽命、抗沖擊、耐候性、以及對(duì)箱體內(nèi)元器件保護(hù)防護(hù)等級(jí)等核心要求非常高。相比金屬箱體，工程塑料箱體的抗腐蝕性是金屬的2倍，使用使用壽命是金屬的2～3倍，抗沖擊性和耐候性能均超過(guò)金屬箱體，防護(hù)等級(jí)比金屬箱體提高22%，可達(dá)IP67。所以，目前國(guó)內(nèi)光伏廠商均開(kāi)始研制并使用以工程塑料為主的匯流箱，相信不用幾年，可跟上或超過(guò)金屬箱的使用比例。

　　四、工程塑料具體的性能特點(diǎn)

　　(1)制品質(zhì)量輕：工程塑料的比重一般在0.83～2.2左右，只有鋼鐵的1/9～1/4，鋁的1/2左右。有些工程塑料，例如聚丙烯等，比水還輕得多。塑料的這一特性，對(duì)要求減輕自重的機(jī)械裝備，如車(chē)輛、船舶和飛機(jī)等，具有特別重要的意義。

　　(2)比強(qiáng)度高：對(duì)于等體積的材料來(lái)說(shuō)，工程塑料的強(qiáng)度一般比金屬要低些，然而由于工程塑料比金屬要輕得多，因此以等重量相比時(shí)，則有些工程塑料的強(qiáng)度比一般金屬高得多，是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中強(qiáng)度最高的材料。例如，玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂，它的單位重量的抗拉強(qiáng)度比一般鋼材要高2倍左右。

　　(3)化學(xué)穩(wěn)定性好：工程塑料一般對(duì)酸、堿等化學(xué)藥品，均有良好的抗腐蝕能力，這是一個(gè)很顯著的優(yōu)點(diǎn)。其中聚四氟乙烯和聚氯醚具有非常突出的抗腐蝕能力，在用于化工防腐設(shè)備等方面有著廣闊的發(fā)展前途。

　　(4)電氣性能優(yōu)良：幾乎所有的工程塑料都有優(yōu)越的電絕緣性能、極小的介電損耗和優(yōu)良的耐電弧特性，可與陶瓷、橡膠等絕緣材料比美。因此，工程塑料在電機(jī)、電器和電子工業(yè)等方面的應(yīng)用有著極其廣闊的前景。

　　(5)減摩、耐磨性能優(yōu)良：利用這一特性，可以用工程塑料來(lái)制造各種自潤(rùn)滑軸承、齒輪和密封圈等。工程塑料還具有良好的對(duì)異物埋沒(méi)性，這對(duì)于在有磨?；螂s質(zhì)存在的惡劣條件下的使用尤為重要。

　　(6)吸震和消聲作用優(yōu)良：裝有工程塑料軸承和齒輪的機(jī)械，可以減小震動(dòng)，減弱噪聲，甚至做到消聲。例如，汽車(chē)橫拉桿球頭座原用45號(hào)碳結(jié)鋼，使用壽命短；噪聲大；改用尼龍后，不僅使用壽命延長(zhǎng)1倍左右，而且噪聲大大減小。

　　(7)成型加工方便：工程塑料制品往往可以一次成型，而金屬制品總要經(jīng)過(guò)好幾道，十幾道，甚至幾十道工序才能加工完成。工程塑料的這一特性，對(duì)節(jié)省工時(shí)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率是十分有意義的。塑料的機(jī)械加工也比較容易。

　　事實(shí)證明，金屬和普通塑料均無(wú)法滿(mǎn)足越來(lái)越多的使用和環(huán)保要求。對(duì)此工程塑料及較簡(jiǎn)單的加工方法則是人們所期望的。工程塑料不僅機(jī)械強(qiáng)度高，而且綜合機(jī)械性能好；耐熱性、耐久性?xún)?yōu)良，壽命長(zhǎng)，可靠性好。上述舉例的光伏新能源、汽車(chē)行業(yè)多個(gè)應(yīng)用中，今后塑料在其他零部件上的開(kāi)發(fā)利用將會(huì)更加活躍。

　　從全世界材料生產(chǎn)所消耗的能量來(lái)看，工程塑料生產(chǎn)有利于節(jié)省能量、節(jié)省能源。塑料以石油為原料，其使用結(jié)果，既可輕量化又可省能源，可以說(shuō)是一舉兩得。但目前而言塑料比金屬材料的強(qiáng)度略差，一般情況下，工程塑料要隨之增加壁厚以增加強(qiáng)度。隨著科技的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的復(fù)合型工程塑料也隨之產(chǎn)生，這在國(guó)有經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中具有越來(lái)越廣泛而又重要的作用，代替金屬材料是必然趨勢(shì)。

　　美國(guó)工程塑料需求未來(lái)預(yù)計(jì)每年增長(zhǎng)2.6%。越來(lái)越多的金屬被塑料所替代，目前工程塑料的發(fā)展和趨勢(shì)已成為一個(gè)新的研究項(xiàng)目。工程塑料目前最大的市場(chǎng)仍然是汽車(chē)和電子電氣行業(yè)。機(jī)動(dòng)車(chē)市場(chǎng)將越來(lái)越多地依賴(lài)于工程塑料，以減少車(chē)輛重量，提高燃料效率。但增長(zhǎng)最快將來(lái)自建筑，醫(yī)療和消費(fèi)市場(chǎng)。PA、ABS、和PC仍將是三個(gè)體量最大的工程塑料，其中尼龍將是三種工程塑料中增長(zhǎng)速度最快的。受限于低成本的樹(shù)脂競(jìng)爭(zhēng)和已然成熟的市場(chǎng)應(yīng)用，ABS將是所有的工程塑料中增長(zhǎng)速度最慢的。相對(duì)于以上三大工程塑料，較小體量的工程塑料如聚苯硫醚、砜聚合物、含氟聚合物，以及聚酮將表現(xiàn)出更快的增長(zhǎng)。

　　由于我國(guó)汽車(chē)、電子和建筑等行業(yè)發(fā)展迅速，當(dāng)前，我國(guó)已成為全球工程塑料需求增長(zhǎng)最快的國(guó)家。據(jù)中投分析，在今后，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工程塑料的需求將會(huì)進(jìn)一步得到增長(zhǎng)，我國(guó)工程塑料行業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。以家電行業(yè)來(lái)說(shuō)，今后僅以冰箱、冷柜、洗衣機(jī)、空調(diào)及各類(lèi)小家電產(chǎn)品每年的工程塑料需求量將達(dá)60萬(wàn)噸左右。而用于通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及鐵路、公路建設(shè)等方面的工程塑料用量則更為驚人。