工程塑料替代金屬材料在機(jī)械立體車(chē)庫(kù)行業(yè)的應(yīng)用

沙俊峰

摘 要：近年來(lái)，工程塑料已經(jīng)成為塑料工業(yè)中增長(zhǎng)最快的材料，在國(guó)內(nèi)其年消費(fèi)增長(zhǎng)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，已被廣泛應(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)，以塑代鋼已經(jīng)成為國(guó)際流行趨勢(shì)。研究工程塑料產(chǎn)品，選擇合適的工程塑料產(chǎn)品替代金屬材料加工部件，節(jié)能減排，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：工程塑料；金屬材料；機(jī)械立體車(chē)庫(kù)；以塑代鋼；應(yīng)用

1 工程塑料的全球應(yīng)用趨勢(shì)

根據(jù)《中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息》的數(shù)據(jù)，2013年我國(guó)工程塑料消費(fèi)量達(dá)到330萬(wàn)噸，行業(yè)銷(xiāo)售市場(chǎng)規(guī)模約595億元。在最新的發(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)，專業(yè)人士預(yù)計(jì)在未來(lái)的4到5年，工程塑料的需求量仍將繼續(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。同樣在機(jī)械加工制造領(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)在未來(lái)幾年內(nèi)機(jī)械加工制造行業(yè)將成為工程塑料消費(fèi)量增速最快的領(lǐng)域。

2 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的一系列優(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、產(chǎn)品等提出了更高的要求：輕型、節(jié)能、美觀、安全、環(huán)保等。而工程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，和金屬材料的對(duì)比下，取得了越來(lái)越明顯的優(yōu)勢(shì)。

以汽車(chē)工業(yè)為例，在汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域大量使用工程塑料制品，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%的產(chǎn)品合格率。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。所以，工程塑料代替金屬是用戶需求、節(jié)能減排、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。

3 工程塑料相比金屬材料有什么具體優(yōu)勢(shì)

我們以MC尼龍既MCPA鑄型尼龍，也叫澆注尼龍， 它類(lèi)似于銅鐵澆鑄制造那樣的工藝，可以直接將原材料注入預(yù)熱的模具內(nèi)迅速進(jìn)行聚合反應(yīng)并凝固成型，制成MCPA鑄型尼龍。它是一種新型的工程塑料，該材料是一種強(qiáng)度高、剛性好、密度小、耐磨、減摩、耐油、耐腐蝕，易于加工成型，價(jià)格適中的高分子工程塑料，以塑代鋼、性能卓越，由于它的優(yōu)秀綜合性能，使它在工程塑料中的地位迅速上升，成為重要的以塑代鋼材料，使用量日益擴(kuò)大。

MC尼龍的性質(zhì)：（1）MCPA鑄型尼龍是一種高分子聚合物，結(jié)晶度高，分子量高達(dá)10萬(wàn)-13萬(wàn)，而普通的尼龍6的分子量只有2萬(wàn)左右。因此它具有很高的強(qiáng)度，能夠長(zhǎng)時(shí)間承受負(fù)荷；（2）密度小，其值為1.13-1.15，僅是鋼的1/7，銅的1/8，合金鋁的1/2.5。由于質(zhì)輕，作為機(jī)械零部件可以減少動(dòng)力，減輕運(yùn)動(dòng)慣性，運(yùn)輸裝卸和安裝檢修更換也極為方便；（3）具有良好的回彈性，制品彎曲面不會(huì)發(fā)生永久變形，這樣能保持強(qiáng)韌度，以抵抗由于反復(fù)沖擊負(fù)荷產(chǎn)生的斷裂。這對(duì)于承受高沖擊負(fù)荷的制件是一種特殊的優(yōu)良材料。尤其具有較好的耐蠕變特性，所以能長(zhǎng)期能受軸承的重負(fù)荷；（4）耐摩擦，高耐磨是它獨(dú)有的優(yōu)良特性，耐磨自潤(rùn)滑性，提供了優(yōu)于青銅鑄鐵碳鋼和酚醛層壓板在無(wú)油（或脫油）潤(rùn)滑應(yīng)用時(shí)的工作性能，降低消耗，節(jié)約能源；在一般中，低轉(zhuǎn)速的情況下，具有特殊的自潤(rùn)滑性能，在無(wú)潤(rùn)滑的情況下，依然能正常工作。不像金屬那樣，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，磨損也成比例的增加，而尼龍則使用初期稍有磨損，以后會(huì)很少有磨損。由于它的摩擦系數(shù)小，與金屬相比MC尼龍硬度低，不會(huì)損傷對(duì)磨件；這對(duì)于做輥筒、軸承、車(chē)輪、滑輪、齒輪、渦輪是非常有利的，根據(jù)Taber磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，鑄型尼龍材料的磨損量?jī)H是鋼鐵材料的十分之一；（5）模量比金屬材料小得多，對(duì)振動(dòng)的衰減率比鋼要大幾十倍，有特別的吸振消音功能，用于作齒輪、車(chē)輪、滑輪的噪聲極小，是降低機(jī)械噪聲最好的材料。尼龍齒輪比銅質(zhì)齒輪可降低噪聲20-25dB，提供了優(yōu)于金屬防止噪音的實(shí)用途徑；（6）低磨擦系數(shù)，提供了其在磨擦件上廣泛應(yīng)用可能；（7）高化學(xué)穩(wěn)定性，耐堿、醇、醚、碳?xì)浠衔铩⑷跛帷?rùn)滑油、洗滌劑、水（海水），并具有無(wú)臭、無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)銹的特點(diǎn)，為其廣泛應(yīng)用在抗堿腐蝕、環(huán)保衛(wèi)生、食品、紡織印染等方面的機(jī)械零部件使用提供了優(yōu)良的條件。（8）簡(jiǎn)化機(jī)器的維修保養(yǎng)，節(jié)約勞動(dòng)力，優(yōu)良的機(jī)械切削加工性能，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力；（9）MC尼龍限在下列環(huán)境和介質(zhì)中使用：a.使用溫度長(zhǎng)期超過(guò)120℃；b.強(qiáng)酸、苯酚、氯酸鈉、氯化鋇等；c.高精度機(jī)器的關(guān)鍵零部件。（10）通過(guò)澆鑄工藝易于成型，普通的塑料和尼龍只能通過(guò)擠、鑄、壓等方法成型，制品尺寸往往受到限制，若成型2KG以上產(chǎn)品就很困難，而MCPA鑄型尼龍制品尺寸大小不受限制，制件從幾公斤乃至幾百公斤均可生產(chǎn)。

4 工程塑料在機(jī)械車(chē)庫(kù)行業(yè)的應(yīng)用

隨著中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大多城市普遍遇到了停車(chē)難的問(wèn)題，機(jī)械立體車(chē)庫(kù)作為一種有效的解決辦法得到了大力的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。然而在機(jī)械立體車(chē)庫(kù)行業(yè)，目前機(jī)械立體車(chē)庫(kù)的加工部件全部采用鋼鐵等金屬材料，加工工藝復(fù)雜、成本高、耗能高，不利于環(huán)保要求。因此，行業(yè)內(nèi)部廣泛需求新型材料來(lái)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(jī)械立體車(chē)庫(kù)中，每個(gè)橫移載車(chē)板都需要滾輪來(lái)回移動(dòng)，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(zhì)的滾輪重量上減輕85%，在裝配和檢修過(guò)程中大大降低了安裝工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也節(jié)省了運(yùn)輸費(fèi)用。

在機(jī)械立體車(chē)庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中，由于滾輪和導(dǎo)軌之間由剛性摩擦變?yōu)榉莿傂阅Σ粒O(shè)備運(yùn)行的噪音也相對(duì)較小，用戶的使用滿足感大大提升。

隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，鋼鐵材質(zhì)滾輪和導(dǎo)軌之間的磨損量較大，對(duì)導(dǎo)軌損傷較為嚴(yán)重，而尼龍滾輪在相同狀態(tài)下磨損量只有鋼材質(zhì)的十分之一，對(duì)導(dǎo)軌的磨損程度也較小。

根據(jù)中國(guó)重機(jī)協(xié)會(huì)停車(chē)設(shè)備委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字得知，2014年新建的機(jī)械立體車(chē)庫(kù)達(dá)到45萬(wàn)個(gè)停車(chē)泊位，并且以10%的速度逐年遞增。若每個(gè)機(jī)械立體停車(chē)泊位的車(chē)輪，繩輪以及齒輪等傳動(dòng)部件用工程塑料代替原有鋼鐵材質(zhì)，每年以塑代鋼所需的工程塑料件將超過(guò)兩百萬(wàn)件，可節(jié)省鋼鐵原材料數(shù)萬(wàn)噸。以塑代鋼符合國(guó)家節(jié)能減排的要求，為環(huán)保工作做出了一定的貢獻(xiàn)，同樣也降低了企業(yè)的加工制造成本，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，工程塑料件永不生銹的特點(diǎn)以及顏色多樣性也美化了產(chǎn)品外觀。工程塑料件由于顏色多樣性的特點(diǎn)便于產(chǎn)品的品類(lèi)管理和產(chǎn)品追溯管理。目前，工程塑料件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械立體車(chē)庫(kù)行業(yè)中的繩輪、卷筒、滾輪等等。

從總體來(lái)說(shuō)，機(jī)械立體車(chē)庫(kù)行業(yè)以塑代鋼已由普通裝飾件開(kāi)始向結(jié)構(gòu)件、功能件方向發(fā)展；工程塑料材料向強(qiáng)度更高、沖擊性更好、超高流動(dòng)的復(fù)合材料和塑料合金方向的發(fā)展，也不斷地推動(dòng)著機(jī)械車(chē)庫(kù)行業(yè)的發(fā)展。在未來(lái)，通過(guò)以塑代鋼，更加輕量化、美觀環(huán)保的機(jī)械立體車(chē)庫(kù)必將有廣闊的發(fā)展空間！