洪慎章

(上海交通大學(xué)塑性成形技術(shù)與裝備研究院， 上海 200030)

以塑代鋼，塑料工業(yè)進(jìn)一步持續(xù)發(fā)展

Use plastic instead of steel for further sustainable development of plastics industry

洪慎章

(上海交通大學(xué)塑性成形技術(shù)與裝備研究院， 上海 200030)

敘述了塑料工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性，不斷進(jìn)一步持續(xù)發(fā)展。介紹了兩種類型的塑料品種：超高分子質(zhì)量聚乙烯和玻璃纖維增強(qiáng)塑料，闡述了特殊的實(shí)用性能。

塑料；性能；新產(chǎn)品；應(yīng)用

近幾年來(lái)，在上海、北京及其它城市，以及世界各國(guó)所舉辦的塑料、橡膠及復(fù)合材料等各種展覽會(huì)的資料和參觀中獲悉，塑料制品是現(xiàn)代新興產(chǎn)品之一，猶如空氣，塑料時(shí)時(shí)刻刻圍繞在人們的身旁。如今我們可謂是生存在 “塑料世界”、“塑料時(shí)代”里。由于塑料具有密度小、化學(xué)穩(wěn)定性好、電絕緣性能高、比強(qiáng)度大等優(yōu)異性能，再加上原料豐富、制作方便、回收簡(jiǎn)單、成本低廉等顯著優(yōu)點(diǎn)，所以在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域等方面應(yīng)用及為廣泛。

目前，隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，“以塑代鋼”、“以塑代木”等制件的產(chǎn)品應(yīng)用越來(lái)越多，不僅在汽車、電子、電器、通信、家電、家俱等行業(yè)，而且在醫(yī)療及軍工產(chǎn)品中也有大量應(yīng)用。尤其是在藥品和食品包裝等行業(yè)中，對(duì)塑料制品的技術(shù)要求，不僅是產(chǎn)品尺寸的制造精度，而更重要的是塑料原材料是否符合食品，藥品包裝中的衛(wèi)生許可條件。

1 新材料研發(fā)

要達(dá)到塑料產(chǎn)品的技術(shù)使用要求，除了塑料機(jī)械設(shè)備，成型模具及生產(chǎn)工藝以外，更關(guān)鍵的是不斷研制及開(kāi)發(fā)新型的塑料原材料。

1.1 超高分子質(zhì)量聚乙烯（Ultra-high molecular weight polyethylene——UHMW-PE），是屬于熱塑性工程塑料

它綜合了大部分塑料的優(yōu)越性能：耐沖擊、耐低溫、耐磨損、耐化學(xué)腐蝕、自身潤(rùn)滑、吸收沖擊能，這六個(gè)特性是目前塑料中所具有的最高數(shù)值。近年來(lái)這種新型塑料制品在歐美各國(guó)得到廣泛使用，超高分子質(zhì)量聚乙烯采用齊格勒型高效催化劑低壓合成法，分子質(zhì)量根據(jù)需要控制在150萬(wàn)~300萬(wàn)以上?？紤]到加工過(guò)程分子的熱降解，因此，具有粘均分子量大質(zhì)于170萬(wàn)的高密度聚乙烯加工成各種塑料在制品，才能更加具有如下的優(yōu)越性能：

（1）高耐磨性

在目前所有的工程塑料中UHMW-PE 的耐磨性能最好，最引人注目。分子質(zhì)量越高材料就越耐磨，甚至超過(guò)許多金屬材料，如碳鋼、不銹鋼、青銅等。例如UHMW-PE 管，在強(qiáng)腐蝕和高磨損條件下使用壽命是鋼管的4~6倍，而且提高輸送效率20%。充分展現(xiàn)了“節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效”的優(yōu)越性。

（2）耐腐蝕性

在堿液中不受腐蝕，可以在 80 ℃的濃鹽酸中的應(yīng)用，在75%的濃硫酸，20%的硝酸中性能穩(wěn)定，它對(duì)海水、液體、洗滌劑也很穩(wěn)定。

（3）極低的摩擦系數(shù)

靜摩擦系數(shù)0.07，自潤(rùn)滑性良好，是一種理想的軸承、軸套、滑塊、襯里材料。選用UHMW-PE作為設(shè)備的摩擦部件，除可提高耐磨壽命外，還可收到節(jié)能效果。

（4）抗沖擊性

抗沖擊性居塑料之首，無(wú)論是外力強(qiáng)沖擊，還是內(nèi)部壓力波動(dòng)，都難以使其開(kāi)裂。其沖擊強(qiáng)度是聚酰胺66（PA66，又稱為尼龍66）的10倍，聚氯乙烯（PVC）的20倍，聚四氟乙烯（PTFE）的8倍；特別是在低溫環(huán)境中，其沖擊強(qiáng)度反而達(dá)到最高數(shù)值，其柔韌性能為輸送系統(tǒng)提供了極為安全可靠的保障。

（5）抗老化性

材料性能穩(wěn)定，地面、地下埋設(shè)均可，50年不老化。按ASTM法測(cè)定（負(fù)荷460 MPa），熱變形溫度為85 ℃，使用溫度可達(dá)90 ℃，特殊情況下，允許在更高的溫度下使用。UHMW -PE是一種韌度極好的材料，它的耐低溫性能也非常優(yōu)異，在-269 ℃低溫下，仍具有一定的延展性，而沒(méi)有脆裂跡象。但線膨脹系數(shù)較大，導(dǎo)熱性很差，所以在設(shè)計(jì)塑料制品時(shí)，要充分考慮。

（6）電性能

體積電阻大，擊穿電壓達(dá)50 kV/mm，介電常數(shù)為2.3，在較寬的溫度及頻率范圍內(nèi)，適宜用作電氣工程的結(jié)構(gòu)材料。

（7）衛(wèi)生無(wú)毒

UHMW-PE材料是無(wú)味、無(wú)毒、無(wú)臭的，本身無(wú)腐蝕性，具有生理惰性和生理適應(yīng)性。美國(guó)食品與藥品管理局（FDA）和美國(guó)農(nóng)業(yè)部（USDA）允許它可用于與食品與藥品接觸的加工場(chǎng)合。

1.2 纖維增強(qiáng)塑料（Fiber reinforcement plastics, FRP）

為了進(jìn)一步改善熱固性及熱塑性塑料的機(jī)電性能，常在塑料中加入玻璃纖維填料或其它纖維，作為增強(qiáng)材料，以樹(shù)脂為粘結(jié)劑而組成新型復(fù)合材料，通稱為增強(qiáng)塑料。熱固性塑料的增強(qiáng)塑料又稱為玻璃鋼。

目前常用的纖維增強(qiáng)塑料主要有：

（1）熱塑性增強(qiáng)塑料

聚乙烯PE，聚丙烯PP，聚苯乙烯PS，丙烯睛-笨乙烯共聚物AS，丙烯睛-丁二烯-笨乙烯共聚物ABS，聚對(duì)笨二甲酸乙烯酯PET，聚酰胺（尼龍）PA，聚甲醛POM，聚碳酸酯PC等。

（2）熱固性增強(qiáng)塑料：

酚醛樹(shù)脂PF，環(huán)氧樹(shù)脂EP, 不飽和樹(shù)脂UP，三聚氰胺甲醛樹(shù)脂MF等。

2 列舉實(shí)用

2.1 汽車方面

隨著汽車輕量、省油、環(huán)保、舒適及美化方面發(fā)展，不斷改用各種工程塑料和增強(qiáng)塑料，已使用于汽車內(nèi)飾件、外飾件、結(jié)構(gòu)件等。

據(jù)資料分析報(bào)道，①60%的汽油消耗于汽車自重；②若汽車減重10%，油耗就可節(jié)省8%~10% ；③若汽車減重20%~30%，則每年每車CO2排放量可堿少0.5 t。

2.2 醫(yī)療方面

（1）從形形色色的一次性醫(yī)療用品，如注射器、噴霧桶、輸液袋、導(dǎo)管等。

（2）各種醫(yī)療器械，直到大型診斷儀器，如X光機(jī)、MRI、CT等影像設(shè)備等。

（3）人體器官的各種骨頭，如頭骸骨、鎖骨、股骨、髕骨、盆骨、脊椎骨等。如2014年12月用3D打印機(jī)成型一節(jié)脊椎骨，材料為樹(shù)脂，它與人體相容性較好，已植入于人體內(nèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

據(jù)資料報(bào)道，2013年中國(guó)與全球塑料產(chǎn)量分別為6 188.66萬(wàn)t和3億t，可見(jiàn)中國(guó)的塑料產(chǎn)量已占全球的1/5。另一方面，我國(guó)鋼產(chǎn)量從2012年9.5億t增到2013年10億t，這一年內(nèi)，只增加了0.5億t，增長(zhǎng)率不如前幾年，這主要是“以塑代鋼”起了主導(dǎo)作用。隨著科技進(jìn)一步發(fā)展，今后還有更多的產(chǎn)品將用塑料材料進(jìn)行制造。

[1] 洪慎章. 實(shí)用壓塑成型及模具設(shè)計(jì)(M). 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.

[2] 洪慎章. 典型塑料模具設(shè)計(jì)圖集(M).. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2009.

[3] 洪慎章. 實(shí)用注塑模具結(jié)構(gòu)圖集(M). 化學(xué)工業(yè)出版社. 2009.

[4] 洪慎章. 實(shí)用壓塑成型及模具設(shè)計(jì)(M). 第2版,. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2014.

[5] 洪慎章. 注塑成型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)速查手冊(cè)(M). 化學(xué)工業(yè)出版社. 2014.

(XS-04)

TQ320

1009-797X(2015)08-0033-03

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.08.005

洪慎章（1932-）男，教授，1960年畢業(yè)于原蘇聯(lián)列寧格勒加里寧工學(xué)院，現(xiàn)任教研室主任，南昌航空工業(yè)學(xué)院兼職教授，2007年聘為機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械領(lǐng)域?qū)＜易稍兾瘯?huì)委員，1987年獲中國(guó)船舶工業(yè)總公司科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，2014年獲上海市模具行業(yè)協(xié)會(huì)頒發(fā)的建設(shè)貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，已出版科技專著30余本。

2014-12-22