細數工程塑料的優點,為何能逐步代替金屬材料

時間：2019-11-04 00:00:00 瀏覽次數：2693 作者：

???在各種塑料中，有的像石頭一樣堅硬，有的像鋼一樣堅韌，有的鋼黃金一樣安定。也有人認為，用工程塑料代替金屬，產品質量要降低。事實是，用工程塑料代替金屬在許多場合卻提高了產品的質量。近年來，工程塑料成為塑料工業增長最快的材料，在國內其年消費量超過10%，隨著我國經濟持續增長，工程塑料的使用范圍不斷拓寬，被廣泛應用于電子電氣、汽車

在各種塑料中，有的像石頭一樣堅硬，有的像鋼一樣堅韌，有的鋼黃金一樣安定。也有人認為，用工程塑料代替金屬，產品質量要降低。事實是，用工程塑料代替金屬在許多場合卻提高了產品的質量。近年來，工程塑料成為塑料工業增長最快的材料，在國內其年消費量超過10%，隨著我國經濟持續增長，工程塑料的使用范圍不斷拓寬，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，以塑代鋼已成為國際流行趨勢。

　　一、工程塑料的全球應用趨勢

　　根據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，專業人士預計未來幾年，工程塑料的需求量將繼續維持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。同樣在汽車領域，與全球42%的工程塑料應用量相比，在我國僅為10%左右，預計未來幾年汽車行業將成為工程塑料消費量增速最快的領域。盡管工程塑料應用方面發展迅速，但國內工程塑料自給率卻不足25%，我國工程塑料行業發展前景極其廣闊。

　　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良特性，而且遠高于普通熱塑性塑料的耐熱性（一般可在100℃～200℃以上高溫下長期工作）和機械強度，因而可在許多應用領域中代替金屬作為工程材料（或稱結構材料）使用。

　　隨著社會及科技的發展，我們對工業設備、汽車等提出了更高的要求：輕型、節能、美觀、安全、環保等。而塑料制品由于具有良好的性能、低廉的價格、簡單的加工工藝，在和金屬材料的PK中，取得越來越明顯的優勢。

　　工程塑料為何能逐步代替金屬材料？細數工程塑料的優點

　　以汽車為例，在汽車工業領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，不僅提高了汽車造型的美觀與設計的靈活性，降低了零部件加工、裝配與維修的費用，而且還可以降低汽車的能耗。

　　美國通用公司做過一個測試，在一個汽車設備的制造過程中，共需要38個金屬零件，成本高達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部件，成本僅需30美元，縮短了55%的裝配時間，高達99%的合格產率。這得益于工程塑料的生產工藝可以整合零件、二次加工成本低、縮短設計周期、質量好、生產率高。

　　三、工程塑料相比金屬材料有什么具體優勢

　　我們以聚碳酸酯（PC）為例，既具有類似有色金屬的強度，同時又兼備延展性及強韌性，它的沖擊強度極高，用鐵錘敲擊不能被破壞，能經受住電視機熒光屏的爆炸。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？細數工程塑料的優點

　　以光伏產業為例，目前歐美發達國家在光伏設備塑料匯流箱的使用比例已達53%，而國內才剛剛起步，比例僅為16%。而就在兩年前這個比例還不足5%。由于匯流箱都用于戶外等惡劣環境下，對箱體抗腐蝕性、使用壽命、抗沖擊、耐候性、以及對箱體內元器件保護防護等級等核心要求非常高。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金屬箱體，防護等級比金屬箱體提高22%，可達IP67。所以，目前國內光伏廠商均開始研制并使用以工程塑料為主的匯流箱，相信不用幾年，可跟上或超過金屬箱的使用比例。

　　四、工程塑料具體的性能特點

　　(1)制品質量輕：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，對要求減輕自重的機械裝備，如車輛、船舶和飛機等，具有特別重要的意義。

　　(2)比強度高：對于等體積的材料來說，工程塑料的強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，則有些工程塑料的強度比一般金屬高得多，是現有結構材料中強度最高的材料。例如，玻璃纖維增強的環氧樹脂，它的單位重量的抗拉強度比一般鋼材要高2倍左右。

　　(3)化學穩定性好：工程塑料一般對酸、堿等化學藥品，均有良好的抗腐蝕能力，這是一個很顯著的優點。其中聚四氟乙烯和聚氯醚具有非常突出的抗腐蝕能力，在用于化工防腐設備等方面有著廣闊的發展前途。

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

　　(5)減摩、耐磨性能優良：利用這一特性，可以用工程塑料來制造各種自潤滑軸承、齒輪和密封圈等。工程塑料還具有良好的對異物埋沒性，這對于在有磨粒或雜質存在的惡劣條件下的使用尤為重要。

　　(6)吸震和消聲作用優良：裝有工程塑料軸承和齒輪的機械，可以減小震動，減弱噪聲，甚至做到消聲。例如，汽車橫拉桿球頭座原用45號碳結鋼，使用壽命短；噪聲大；改用尼龍后，不僅使用壽命延長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，而金屬制品總要經過好幾道，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，對節省工時、提高勞動生產率是十分有意義的。塑料的機械加工也比較容易。

　　事實證明，金屬和普通塑料均無法滿足越來越多的使用和環保要求。對此工程塑料及較簡單的加工方法則是人們所期望的。工程塑料不僅機械強度高，而且綜合機械性能好；耐熱性、耐久性優良，壽命長，可靠性好。上述舉例的光伏新能源、汽車行業多個應用中，今后塑料在其他零部件上的開發利用將會更加活躍。

　　從全世界材料生產所消耗的能量來看，工程塑料生產有利于節省能量、節省能源。塑料以石油為原料，其使用結果，既可輕量化又可省能源，可以說是一舉兩得。但目前而言塑料比金屬材料的強度略差，一般情況下，工程塑料要隨之增加壁厚以增加強度。隨著科技的不斷發展，越來越多的復合型工程塑料也隨之產生，這在國有經濟各領域中具有越來越廣泛而又重要的作用，代替金屬材料是必然趨勢。

　　美國工程塑料需求未來預計每年增長2.6%。越來越多的金屬被塑料所替代，目前工程塑料的發展和趨勢已成為一個新的研究項目。工程塑料目前最大的市場仍然是汽車和電子電氣行業。機動車市場將越來越多地依賴于工程塑料，以減少車輛重量，提高燃料效率。但增長最快將來自建筑，醫療和消費市場。PA、ABS、和PC仍將是三個體量最大的工程塑料，其中尼龍將是三種工程塑料中增長速度最快的。受限于低成本的樹脂競爭和已然成熟的市場應用，ABS將是所有的工程塑料中增長速度最慢的。相對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，以及聚酮將表現出更快的增長。

　　由于我國汽車、電子和建筑等行業發展迅速，當前，我國已成為全球工程塑料需求增長最快的國家。據中投分析，在今后，隨著國內經濟的不斷發展，工程塑料的需求將會進一步得到增長，我國工程塑料行業發展前景十分廣闊。以家電行業來說，今后僅以冰箱、冷柜、洗衣機、空調及各類小家電產品每年的工程塑料需求量將達60萬噸左右。而用于通信基礎設施建設以及鐵路、公路建設等方面的工程塑料用量則更為驚人。

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