以塑代钢，塑料工业进一步持续发展

洪慎章

(上海交通大学塑性成形技术与装备研究院， 上海 200030)

以塑代钢，塑料工业进一步持续发展

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

洪慎章

(上海交通大学塑性成形技术与装备研究院， 上海 200030)

叙述了塑料工业在国民经济中的重要性，不断进一步持续发展。介绍了两种类型的塑料品种：超高分子质量聚乙烯和玻璃纤维增强塑料，阐述了特殊的实用性能。

塑料；性能；新产品；应用

近几年来，在上海、北京及其它城市，以及世界各国所举办的塑料、橡胶及复合材料等各种展览会的资料和参观中获悉，塑料制品是现代新兴产品之一，犹如空气，塑料时时刻刻围绕在人们的身旁。如今我们可谓是生存在 “塑料世界”、“塑料时代”里。由于塑料具有密度小、化学稳定性好、电绝缘性能高、比强度大等优异性能，再加上原料丰富、制作方便、回收简单、成本低廉等显著优点，所以在国民经济各领域等方面应用及为广泛。

目前，随着科学技术进一步发展，“以塑代钢”、“以塑代木”等制件的产品应用越来越多，不仅在汽车、电子、电器、通信、家电、家俱等行业，而且在医疗及军工产品中也有大量应用。尤其是在药品和食品包装等行业中，对塑料制品的技术要求，不仅是产品尺寸的制造精度，而更重要的是塑料原材料是否符合食品，药品包装中的卫生许可条件。

1 新材料研发

要达到塑料产品的技术使用要求，除了塑料机械设备，成型模具及生产工艺以外，更关键的是不断研制及开发新型的塑料原材料。

1.1 超高分子质量聚乙烯（Ultra-high molecular weight polyethylene——UHMW-PE），是属于热塑性工程塑料

它综合了大部分塑料的优越性能：耐冲击、耐低温、耐磨损、耐化学腐蚀、自身润滑、吸收冲击能，这六个特性是目前塑料中所具有的最高数值。近年来这种新型塑料制品在欧美各国得到广泛使用，超高分子质量聚乙烯采用齐格勒型高效催化剂低压合成法，分子质量根据需要控制在150万~300万以上。考虑到加工过程分子的热降解，因此，具有粘均分子量大质于170万的高密度聚乙烯加工成各种塑料在制品，才能更加具有如下的优越性能：

（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。分子质量越高材料就越耐磨，甚至超过许多金属材料，如碳钢、不锈钢、青铜等。例如UHMW-PE 管，在强腐蚀和高磨损条件下使用寿命是钢管的4~6倍，而且提高输送效率20%。充分展现了“节能、环保、经济、高效”的优越性。

（2）耐腐蚀性

在碱液中不受腐蚀，可以在 80 ℃的浓盐酸中的应用，在75%的浓硫酸，20%的硝酸中性能稳定，它对海水、液体、洗涤剂也很稳定。

（3）极低的摩擦系数

静摩擦系数0.07，自润滑性良好，是一种理想的轴承、轴套、滑块、衬里材料。选用UHMW-PE作为设备的摩擦部件，除可提高耐磨寿命外，还可收到节能效果。

（4）抗冲击性

抗冲击性居塑料之首，无论是外力强冲击，还是内部压力波动，都难以使其开裂。其冲击强度是聚酰胺66（PA66，又称为尼龙66）的10倍，聚氯乙烯（PVC）的20倍，聚四氟乙烯（PTFE）的8倍；特别是在低温环境中，其冲击强度反而达到最高数值，其柔韧性能为输送系统提供了极为安全可靠的保障。

（5）抗老化性

材料性能稳定，地面、地下埋设均可，50年不老化。按ASTM法测定（负荷460 MPa），热变形温度为85 ℃，使用温度可达90 ℃，特殊情况下，允许在更高的温度下使用。UHMW -PE是一种韧度极好的材料，它的耐低温性能也非常优异，在-269 ℃低温下，仍具有一定的延展性，而没有脆裂迹象。但线膨胀系数较大，导热性很差，所以在设计塑料制品时，要充分考虑。

（6）电性能

体积电阻大，击穿电压达50 kV/mm，介电常数为2.3，在较宽的温度及频率范围内，适宜用作电气工程的结构材料。

（7）卫生无毒

UHMW-PE材料是无味、无毒、无臭的，本身无腐蚀性，具有生理惰性和生理适应性。美国食品与药品管理局（FDA）和美国农业部（USDA）允许它可用于与食品与药品接触的加工场合。

1.2 纤维增强塑料（Fiber reinforcement plastics, FRP）

为了进一步改善热固性及热塑性塑料的机电性能，常在塑料中加入玻璃纤维填料或其它纤维，作为增强材料，以树脂为粘结剂而组成新型复合材料，通称为增强塑料。热固性塑料的增强塑料又称为玻璃钢。

目前常用的纤维增强塑料主要有：

（1）热塑性增强塑料

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，聚对笨二甲酸乙烯酯PET，聚酰胺（尼龙）PA，聚甲醛POM，聚碳酸酯PC等。

（2）热固性增强塑料：

酚醛树脂PF，环氧树脂EP, 不饱和树脂UP，三聚氰胺甲醛树脂MF等。

2 列举实用

2.1 汽车方面

随着汽车轻量、省油、环保、舒适及美化方面发展，不断改用各种工程塑料和增强塑料，已使用于汽车内饰件、外饰件、结构件等。

据资料分析报道，①60%的汽油消耗于汽车自重；②若汽车减重10%，油耗就可节省8%~10% ；③若汽车减重20%~30%，则每年每车CO2排放量可碱少0.5 t。

2.2 医疗方面

（1）从形形色色的一次性医疗用品，如注射器、喷雾桶、输液袋、导管等。

（2）各种医疗器械，直到大型诊断仪器，如X光机、MRI、CT等影像设备等。

（3）人体器官的各种骨头，如头骸骨、锁骨、股骨、髌骨、盆骨、脊椎骨等。如2014年12月用3D打印机成型一节脊椎骨，材料为树脂，它与人体相容性较好，已植入于人体内。

3 结束语

据资料报道，2013年中国与全球塑料产量分别为6 188.66万t和3亿t，可见中国的塑料产量已占全球的1/5。另一方面，我国钢产量从2012年9.5亿t增到2013年10亿t，这一年内，只增加了0.5亿t，增长率不如前几年，这主要是“以塑代钢”起了主导作用。随着科技进一步发展，今后还有更多的产品将用塑料材料进行制造。

[1] 洪慎章. 实用压塑成型及模具设计(M). 机械工业出版社, 2006.

[2] 洪慎章. 典型塑料模具设计图集(M).. 机械工业出版社. 2009.

[3] 洪慎章. 实用注塑模具结构图集(M). 化学工业出版社. 2009.

[4] 洪慎章. 实用压塑成型及模具设计(M). 第2版,. 机械工业出版社, 2014.

[5] 洪慎章. 注塑成型设计数据速查手册(M). 化学工业出版社. 2014.

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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年毕业于原苏联列宁格勒加里宁工学院，现任教研室主任，南昌航空工业学院兼职教授，2007年聘为机械工业出版社机械领域专家咨询委会委员，1987年获中国船舶工业总公司科技进步三等奖，2014年获上海市模具行业协会颁发的建设贡献奖，已出版科技专著30余本。

2014-12-22