紧跟塑料：热塑性复合材料的崛起

机械工程领域的聚合物技术虽已发展多年，如今却迎来高速增长期。随着热塑性复合材料技术的最新突破，以及定制化复合配方实现特定性能调控，众多设计工程师开始将塑料应用于此前从未考虑过的场景。从新型热塑性复合材料到前沿胶粘剂，机械与运动控制系统设计行业已然迈入全新的 “聚合物” 时代。

恩欣格塑料公司技术销售与应用开发总监丹・塞德罗表示：“未来五年，各类运动控制部件中的聚合物应用规模，将达到当前的十倍。聚合物科学为工程设计领域做出了巨大贡献，尽管该技术在工程设计中的应用尚属新兴，但持续的技术突破为设计师赋予了十年前难以想象的设计自由度，且这一发展势头毫无放缓迹象。”

正因如此，聚合物制造商正大力投资建设新基础设施以提升产能。以恩欣格为例，其产能扩张同时覆盖传统石油基聚合物，以及以木材加工副产品等为原料的质量平衡生物基塑料。

但除了“更环保”塑料的可获得性外，复合材料的使用在整体可持续性方面有巨大的提升，Curbell Plastics的业务发展与市场副总裁赫希特尔博士解释道，该公司是Ensinger等先进塑料/塑料复合材料制造商的美国分销商。 罗克林、三菱化学集团、杜邦和ITW高性能聚合物公司。

赫希特尔表示，由于新型塑料具有前所未有的强度属性，但重量远低于金属，因此带来了革命性的效率。

除了塑料在零部件中，使用甲基丙烯酸酯胶粘剂连接金属（或其他许多工业材料）部件也具有可持续性优势，而非焊接。“这些胶水比焊接更快，防水且极其坚固，”赫希特尔报道。“你还能减少随着时间推移生锈的风险，这在两种不同金属的焊接中很常见。因此，制造效率不仅提升，同时随着时间推移维护、修理和更换也更少。”

高性能塑料，如恩辛格的Tecapeek，具有优异的机械性能和耐化学性。它们广泛应用于医疗、通用机械元件、半导体和电子等多个行业。

热塑性复合材料重塑行业格局：兼具高强度与多重优势

正如柯贝尔塑料公司业务发展与营销副总裁基思・赫希特尔博士所言，如今的热塑性复合材料强度与模量已逼近金属，密度却较铝降低 40%，在保证结构完整性的同时实现了零部件轻量化。例如，聚酰胺塑料早已应用于建筑起重机的滑轮部件，采用该材料的起重机相较金属滑轮起重机重量更轻，因此具备更大的负载能力。柯贝尔塑料公司是恩欣格、勒克林、三菱化学、杜邦及伊利诺伊工具制品集团高性能聚合物部门等高端塑料及塑料复合材料制造商的美国分销商。

赫希特尔博士还指出，热塑性复合材料可通过加热对模快速成型，制造商能够以更快的速度生产高强度薄壁部件，相比传统玻璃纤维材料采用的手工铺层工艺，碳足迹大幅降低。

碳纤维填充热塑性塑料是另一类具备突破性强度与承重能力的聚合物材料，可一体化成型复杂几何结构件。赫希特尔博士表示：“以往，要制造复杂形状的成品部件，需要先生产两个及以上的零件，再通过焊接或铆接进行拼接。而新型热塑性塑料可通过注塑工艺，一体化成型这类复杂几何结构件，不仅节省了生产时间与能耗，还极大简化了工程设计流程。”

塞德罗进一步解释，填料的添加量与类型（碳纤维、纳米管、凯夫拉纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯等），让塑料企业能够调控材料的抗压强度、抗拉强度、电性能及其他特性。

以恩欣格的 TECATEC 系列热塑性复合材料为例，该系列产品将树脂与多种专用机织织物复合而成。塞德罗说：“我们可将碳纤维机织织物与聚碳酸酯、尼龙或聚醚酰亚胺等树脂复合，以满足特定应用场景的性能需求。”

这类定制化需求可能是让材料具备更高的强度，或是实现静电消散、导电等功能。看似科幻的是，恩欣格已研发出一款名为 TECACOMP 的石墨双极板材料，其导电性优于钢材。

更优塑料性能，更低摩擦损耗：输送机系统实现节能增效

塑料技术也为输送机系统带来了大幅的效率提升。传统工厂中的钢制牵引链在钢制或混凝土轨道上运行时，需要消耗大量电力来克服链条摩擦，维持输送机的稳定转速，同时摩擦也会导致部件的高磨损率。而系统中任一部件的更换，都会增加整个系统的碳足迹。

超高分子量聚乙烯制成的新型链下耐磨条，彻底改变了这一现状。赫希特尔博士解释，加装这类耐磨条能显著降低摩擦与电力消耗，甚至可选用更小功率的电机。“这类耐磨条可应用于小型输送机至大型输送系统的各类设备，例如汽车总装线上输送汽车底盘的大型输送机。”

赫希特尔博士还表示，由低摩擦、中等模量塑料制成的密封件，能够降低驱动扭矩，减小所需电动、气动或液压执行器的电机规格。

塞德罗补充道，目前已有多款超高性能的自润滑滑动轴承面市，部分产品的抗压强度超过 40000 磅 / 平方英寸，各类轴承材料现已能耐受 600 华氏度以上的高温、腐蚀性化学环境，还可在水下与真空环境中工作。

塞德罗说：“这些高性能材料为设计师赋予了前所未有的设计自由度。”

热塑性塑料常用于密封与支撑部件，可通过玻璃纤维和碳纤维增强改性提升性能。

应用范围持续拓展：轴承与密封件领域成主力

塑料制成的枢轴轴承与旋转轴承，已广泛应用于机器人、食品输送机及医疗器械领域。复合轴承材料还能延长铁路制动部件、重型设备铲斗系统枢轴轴承及桥梁伸缩缝轴承等应用场景的部件使用寿命，降低维护需求。

塞德罗指出，自润滑塑料轴承在高负载、高振动的应用场景中表现优异，相比金属轴承，其能更好地缓解剧烈振动带来的影响，同时耐受化学腐蚀与紫外线照射，目前已有数百万个塑料轴承应用于铁路领域。

在磨床、碎石机、破碎锤、铺路设备等受振动影响的重型设备中，塑料链轮与齿轮的应用也在不断增加。此外，重型设备与汽车的变速器中，高负载塑料止推垫圈的使用量也持续攀升。

跨行业应用版图不断扩大

塞德罗预测，随着聚合物技术的不断进步，塑料工程将被纳入工科院校的课程体系。

与此同时，原始设备制造商的在职设计工程师需要及时了解最新的材料产品信息，目前各大企业几乎每月都会推出新型塑料材料。例如，恩欣格近期推出了一款轴承级自润滑复合材料，其抗压强度达 50000 磅 / 平方英寸，可长期耐受 400 华氏度的高温，短期耐受温度可达 500 华氏度。

该公司还新研发出一款均聚甲醛材料，除其他优异性能外，还具备超高的刚度模量，适用于汽车与电动自行车领域的齿轮、链轮，以及车轮、滚筒和输送机部件等应用场景。

为帮助工程师填补材料知识缺口，各大企业均配备了专业的技术团队，为工程师提供特定应用场景的材料选型指导，包括定制化方案在内。恩欣格还可根据客户需求，上门开展聚合物相关主题的免费技术午餐分享会。

正如任何一项新技术的发展规律，随着工程师与技术人员对塑料材料的知识储备和应用经验不断积累，塑料的应用规模也将同步扩大。

塞德罗以大型齿轮为例进行说明：长期以来，各行业的工程师均采用成熟的金属加工工艺制造大型齿轮，但随着塑料材料在强度、耐久性等方面的技术突破，业界对聚合物基大型齿轮的研发兴趣正不断提升。

塞德罗认为，聚合物材料的技术突破将持续推进，未来随着塑料部件逐步应用于水下、陆地与空中自动驾驶车辆等全新场景，市场对复合材料的信任度也将快速提升。