機械配件中工程塑料的應用

于桂平

（金肯職業技術學院， 江蘇 南京 211156）

引言

工程塑料是指綜合性能良好、可以在較為嚴苛的物理環境中保持穩定性的材料。隨著中國制造業的發展，機械配件中對于工程塑料的需求不斷加大，為工程料的發展提供了廣闊的應用前景。在將工程塑料應用在機械配件的研究中，煙機生產線是其中的一個典型案例，本文將以工程塑料在煙機中的應用為例來進行論述。

1 工程塑料在煙機設備中選用的要求

在煙草的制造上，目前我國大多數的煙機設備都全靠進口，且煙機在使用過程中由于需要高轉速的運行要求，使得煙機設備的配件極易磨損。當前，國內煙機設備生產速度已經高達7 000～8 000支/min，其轉速非常高，這就要求在配件選擇上耐磨、精度高、表面光滑，并且質量比較輕，因此，工程塑料就成為了煙機配件的首選材料，它不僅滿足以上要求，而且還具備加工方法多樣，成型加工投資少、成本低、周期短，對壓力和溫度的要求相比其他材料都要低等優點。然而，在煙機配件設備中選擇的工程塑料還應該具備一些特點[1]：

1）煙機塑料配件需要表面光滑且耐磨。由于煙機設備的轉速非常高，其配件往往容易磨損，因此，需要煙機設備具備較高的耐磨性，此外，為了保證煙支和煙盒不被設備劃傷，這些配件還必須表面光滑。事實上，工程塑料容易成型，可塑性較強，通過模壓成型工藝生產出來的塑料配件，可以很好地做到表面光滑，此外，工程塑料也具有較好的耐磨性，比如以常見的工程塑料聚甲醛為例，對其中的改性過程進行說明：聚甲醛根據結構的不同可以分為均聚物和共聚物兩種，在力學性能上具有顯著的優勢，接近于金屬和合金材料的高模量和高度，拉伸強度隨速度的增大而增大，在韌性和耐疲勞性上具有較大優勢。盡管聚甲醛存在缺口敏感性較大、摩擦因數較大等問題，但可以利用添加玻璃纖維、石墨以及金屬粉末等方式對其進行改性實驗，使其塑料力學性能得到提高，改善聚甲醛復合材料的耐磨性等。

2）煙機設備要求塑料配件的質量輕，密度小。相比其他材料，塑料的密度小，同樣大小的配件，工程塑料的質量都要小。因此，選擇質量輕、密度小的工程塑料來做煙機設備的配件能有效保證煙機設備的高速運轉，同時最大程度地降低了設備的能耗和磨損。

3）煙機設備的配件還需要有高等級的精度要求。由于生產的煙支和煙盒的精度要求比較高，且運轉速度快，這就要求煙機生產設備的相關配件必須具備較高的精度，這樣才能保證煙機設備的正常運轉。這就需要在選擇配件時，應盡量選擇價格低廉、自潤性良好、尺寸溫度性和較高的耐磨性的配件。對此，工程塑料中的聚甲醛、聚酞亞胺和聚四氟乙烯等材料都具有較好的自潤性，它們可以用于生產一些摩擦配件，同時還可以填充到其他的物料中，不僅可以提高配件的耐磨性和自潤性，還可以提高塑料的承載能量。

2 煙機塑料配件制品的選用原則

煙機塑料配件必須具備較高的精度，而工程塑料配件的精度一般受到四個因素的影響，即收縮率、吸水性、熱膨脹性和蠕變性，因此，在具體選擇上應該遵循四個原則。

1）選用收縮率小，精準及無后收縮品種作為煙機配件塑料。要確保煙機塑料配件的精準度，首先應該保證生產出來的產品收縮率小，收縮性穩定特別是無后收縮產品，由于工程塑料的后收縮時間一般都很長，如果存在后收縮性就難以保證其精度，因此可以選擇PE和PS等剛性聚合物作為制品材料。

2）選擇低吸水性塑料。由于煙機生產過程中，煙支和煙盒都容易受潮，生產車間需要保持干燥，如果生產設備容易吸水，就不利于營造一個干燥的環境，生產出來的產品就容易受潮變質，對此可以選用PPS、PBT及PVDF等低吸水性塑料。

3）選擇熱膨脹系數小的塑料。熱膨脹系數越小，所生產出來的塑料制品精度越高，因此，可以選擇熱膨脹系數性小的塑料產品，如熱固性塑料、PC、PSF、PES、PPO及聚苯醋等材料。

4）選擇蠕變值較小的塑料。蠕變值越大，受力時就越容易變形，因此，為了保持煙機塑料配件的高精度，必須選擇蠕變值較小的材料，如PSF、PPO、熱固性塑料等。

3 煙機塑料配件成型的工藝

為了保證煙機塑料配件生產的高精度要求，一定要選擇精度較高的成型生產工藝。對于一般機械配件的生產，鉆孔、切削等都是常見的加工工藝，但是在工程塑料加工時，則優先選擇模壓成型和注塑工藝，因為鉆孔和切削容易產生高溫，塑料容易出現融化，不容易定型。煙機塑料配件的生產往往是小批量的，因此更多的選擇模壓成型工藝。模壓成型是將工程塑料原料直接在高溫的模具型腔中閉模加壓成型，其加工過程較為簡單，具有成本較低的優勢，在小批量煙機配件的生產上具有優勢。在具體的過程上，由以下五個步驟組成[2]：

1）處理原料，通過將原料樹脂和增強纖維混合后進行預浸；

2）在第一步的基礎上將原材料處理完成后進行預熱，通過高頻加熱的方式使其到達一種熔融均勻狀態；

3）熔體充模，在這個過程中讓塑料熔體在煙機的整個空間中達到一種充盈的狀態，保證塑料制品的最終力學性能；

4）讓物料由一種黏流態冷卻成為固態，控制好模壓溫度、原料種類以及產品壁厚等因素來對固化程度等進行控制；

5）最后一步的脫模處理，由于在模壓成型的過程中受到熱膨脹系數等因素的影響，為了避免脫模時出現冷卻造成產品形變等問題，要對制品脫模后進行冷卻壓縮等處理，降低其冷卻的影響。

在經歷模壓成型后，可以在一定程度上滿足一般配件的使用需求，但是對于機械配件而言，在精度等因素上具有較高的要求，需要經過切削以及專控等加工處理方式來進行進一步的加工。在對工程塑料進行機械加工時，可以采用使用普通金屬切削機來進行加工，對其切削速度以及加工技術進行控制，保證制件的表面光滑度。針對工程塑料導熱性差以及熱膨脹系數高、熔點低以及易開裂等因素的影響，在進行加工時要考慮到鉆頭螺旋角以及制件尺寸等問題。對于加工中出現的刀具磨損以及由于刀具在運行中產生的熱氣使得塑料融化等現象要進行重視。

4 結語

在模壓成型的工程塑料制品尺寸公差和表面粗糙度整體的比較上來看，機械配件的精度較好，可以很好地適應煙機對于零配件的需求。隨著我國制造業的不斷發展，要加大相關的科研力度，為制造業的發展提供更多的可能。

參考文獻

[1] 吳春芝.塑料工程化研究進展[J].工程塑料應用，2004（1）：64-67.

[2] 張曉云，談桂春，高英莉.2004年我國工程塑料加工技術進展[J].工程塑料應用，2005（6）：63-69.