中國塑料加工工業協會近期出臺的《塑料加工行業技術進步“十二五”發展指導意見》明確了塑料加工行業科技創新未來的方向，即功能化、輕量化和微成型的“新三化”，這也是塑料加工業實現從傳統日用品加工向高端制造業華麗轉身的落腳點。然而，由于塑料加工業是一個與上下游環環緊扣的產業，因此，要想順利實現這些發展目標，離不開材料、加工技術、高端裝備的鼎力支持。

　　材料替代：輕量化與環保兼得

　　“塑料加工業要想真正實現功能化、輕量化、微成型的目標，材料在其中發揮的作用不可小覷。合成樹脂具有質輕、強韌、耐腐蝕、設計靈活、易加工的特性，廣泛應用在高科技產業的各個領域，并在其中擔當著無可替代的作用。”在接受采訪時，中國合成樹脂供銷協會秘書長鄭塏告訴記者。

圖為中國國際橡塑展展出的汽車塑料零部件。
 

　　輕量化不是一個新鮮的話題，以塑料制件替代金屬制品早已經成為汽車、高鐵列車以及飛機等交通工具減重最主要的技術手段。其明顯的作用就是提高能源利用效率，減少二氧化碳排放。特別是近幾年，隨著全社會節能環保的理念不斷深入，安全、舒適、輕量、節能仍將是未來汽車工業發展的主要趨勢。“據估計，未來10年，汽車的自重還將降低20%，塑料已經成為了21世紀汽車工業最好的材料選擇。”鄭塏說。中航工業副總工程師、殲-15總設計師孫聰也曾表示，在殲-15的設計中，在保證飛機綜合性能的前提下，采用新材料減輕飛機質量是重要的考量指標之一。

 
　　歐洲人曾做過統計，如果現有歐洲路面上跑的汽車全部采用PC材料替代車側窗和后窗的玻璃，僅此一項每年將節省燃油約21億升，價值相當于24億歐元，而每年還可減少1000萬噸的二氧化碳排放。

　　隨著材料科技的進步，人們對于節能減排的期待提升到新的高度。

　　通過加大技術研發，強化質量管理，今年前8個月，中國平煤神馬集團工程塑料公司產品銷售同比增長17.98%，在逆勢中呈現出良好發展態勢。圖為公司職工正在將大包裝產品裝車。（黃海恩 攝）


　　長纖維增強熱塑性材料（Long Fiber reinforced Thermoplastics，簡稱LFT）是20世紀90年代中期以后開發的新材料，它最突出的優點就是剛度高、強度高、減震性回彈性好、耐熱、抗蠕變、尺寸穩定、使用壽命長。LFT一經問世，就在汽車工業上得到了迅速的推廣，并將塑料在汽車上的應用拓展到了車身覆蓋件和結構件，從而更多地替代了鋼材和其他金屬材料。全球第一款全塑結構車門，采用30%玻纖增強PC/PBT合金氣輔注塑成型，它替換了40個獨立的金屬零件，使每扇車門減輕3.3千克，每輛車則可減輕5.94千克。由沙伯基礎創新塑料開發成功的這款車門模塊，由于能在總裝線上把模塊置入車門，簡化了裝配過程，因此還能降低10%以上的成本，產品也因此獲得了2011年美國塑料工程師協會汽車創新大獎。巴斯夫在Smart概念車上配備的全塑輪轂也使用了LFT制作，每個輪子不但減輕了3千克，還提高了乘坐舒適性和燃油經濟性。在去年北京國際車展上，一款Bamboo的概念車，車身底部、輪轂部件、尾門、儀表板蓋和橫向穩定桿都采用LFT制成，部分結構件使用了泰科納碳纖維增強PPS材料。

　　“新材料推動塑料制件輕量化的例子舉不勝舉。其實除了輕量化之外，在功能化方面，新型塑料材料應用也是功不可沒。汽車運動中只有15%的能量用于驅動車輪，其余85%的能量消耗在無效的傳動部分，其中10%損失在克服傳動件間的摩擦力。一些新材料的自潤滑特性可降低汽車傳動件間的摩擦，同時材料的柔韌性和零部件高集成度，也提高了安全性、舒適性、燃油效率、密封性以及降噪效果。所以說塑料為汽車帶來的好處，遠遠不只是單純的輕量化。”鄭塏如是說。

塑料新材料新技術在汽車上的應用總是中國國際橡塑展每年必不可少的亮點之一。圖為浙江俊爾的工作人員在介紹該公司研發的LFT材料在汽車中的應用。

　　事實上，增強塑料制件的功能性是下游行業提高科技含量的迫切要求。“十二五”以來，我國的節能環保、新能源、高端裝備制造業、新能源汽車、電子信息、生物技術等新興行業發展如火如荼，對與之配套的塑料新材料的性能提出了更高的要求。比如：性能優異的鋰離子隔膜對提高電動汽車鋰電池的綜合性能具有重要的作用；超濾、納濾、反滲透膜材料是提升環保、化工和食品工業先進性和科技含量的基礎材料；電子信息領域中用到的塑料制件，要求材料具有導電、絕緣、導熱、阻燃等多種性能；而高端裝備制造業則對材料提出了高強度、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、自潤滑等苛刻的要求……

　　“隨著塑料改性以及塑料合金技術的進步，塑料又被不斷地賦予更多的高性能，比如高剛度、高強度、耐高溫、抗蠕變、尺寸穩定、長壽命等，塑料的品質和內涵在材料新技術的推動下正發生著日新月異的變化，使它在塑料制件的功能化、輕量化、微型化方面優勢得以充分地發揮。”鄭塏表示。

　　成型工藝：
　　提升功能不可或缺

　　如果說功能化和輕量化更多依靠材料本身的性能，那么塑料制件的微成型除了對材料性能有一定的要求外，更多的則是靠先進的成型工藝和技術來實現。

日本高性能膜技術展展示了國際上最先進高性能膜材料發展現狀。一位日本觀眾被展臺上展出的新型手機顯示器膜所吸引。
 

　　作為聚合物微納制造技術創新戰略聯盟的發起人，北京化工大學塑料機械及塑料工程研究所所長、機電工程學院副院長吳大鳴對于微納制造技術有著更加深入的了解：“對于微納尺寸的塑料制件做好‘表面文章’是關鍵,控制好制品的尺寸、精度和穩定性就顯得尤為重要。許多微型制品對于表面的微結構要求非常高，傳統的加工方法很難完成，加工過程需要用到許多全新的工藝技術和先進的控制技術。”

 
　　隨著微電子、微機械、微光學、介入醫學等領域的發展，微型塑料零件的需求量不斷增加，制品的尺寸可以達到微米級甚至納米級，也就是說制品的尺寸只有頭發直徑的千分之一甚至是萬分之一。如此細微的結構又能帶給我們哪些新的功能呢？

　　吳大鳴介紹說，塑料制品做到微米或納米級后，就會產生一些特殊的力學和光學功能。他介紹的幾種微結構的塑料制品，讓記者眼界大開，正可謂細微之處見功力。

　　微結構換熱器是微型化制品之一，可以大大提高熱交換效能，提高的比例不是3～4倍，而是3～4個數量級，如此算來，在寒冷的冬季里，一個十幾平方米的房間，也許只需要一個1立方厘米的暖氣片就能讓房間溫暖如春。

　　微針美容是目前醫學美容界最為時尚的一項美容技術，它采用的直徑為幾十微米金屬微針，能將活性養分直接輸送到真皮層，不僅成倍地提高了療效，而且不會對皮膚造成大的損傷，但金屬材質的微針成本十分昂貴，目前已經有人研發成功了塑料微針，大幅降低了微針的成本，有望推動這一技術廣泛地應用到皮膚病的治療上，藥效可以提高幾千倍。目前，一種可以清理人體血管壁脂肪的微型機器人已經在研發當中。

　　LED目前已經成為我國照明領域的節能減排的主力軍，但眩光一直是LED進入家庭照明最大掣肘，采用微納制造技術，在燈罩表面排列微透鏡陣列制成的高效散射材料和高效漫反射材料，可以在提高了LED照明舒適度的同時，減少光能損失20%以上。

　　微型塑料制件以及它們所發揮的功效還遠不止于此，微芯片、微反應器以及微表面結構家電和服裝，會在不久的將來帶給我們更多新奇的體驗。

　　但吳大鳴也指出，我國聚合物的微納制造技術尚處于起步階段，關鍵的技術和裝備主要依賴進口，在基礎理論研究上也不夠系統和深入，國內的技術研發主要還是在局部與個別產品方面，而國外，已經實現從產品、模具、工藝、材料的全方位系列化應用，成套技術、系列化是國內這一領域最為薄弱的地方。

　　塑機加工：為優質產品錦上添花

　　塑料制品要達到功能化、輕量化和微型化的要求，僅有性能優異的原材料和先進的加工工藝還不夠。要想順利地實現塑料制品的功能化、輕量化和微成型，還有個不可或缺的因素——就是要有高端的塑料機械，將材料和工藝整合到一起，加工成滿足市場需要的塑料制品。

　　談到塑料機械，中國塑料機械工業協會秘書長粟東平不止一次地向記者強調，我國的塑料機械產業正處于產業轉型升級的關鍵時期，塑料機械的加工制造水平也正在逐步由產業鏈的中低端向高端邁進，塑料機械作為 “工作母機”作用日益顯現，由塑料機械裝備生產的塑料產品不僅遍及人民生活的各領域，而且廣泛應用于國民經濟的各行各業。“塑料機械已經成為航空航天、國防、石化、海洋、電子、光電通信、建筑材料、包裝、電器、汽車及交通車輛、農業、輕工業等國民經濟各行業的重要技術裝備，也是新能源、新材料、節能環保、生物醫藥、信息網絡和高端制造等產業的配套專用設備。”粟東平表示。

 
　　“十二五”期間塑料機械加工業提出的專用化、系列化、標準化、復合化、微型化、大型化、個性化和智能化的發展方向，而這些因素正是塑料制品實現功能化、輕量化和微型化的必要條件。

　　吳大鳴則強調，對于制品的微型化，傳統的塑料加工設備和模具是無法滿足需求的，必須開發專用的設備和模具，比如微注射機、特殊的壓輥、專用的模具、高精度的控制系統等對于微納成型都是不可或缺的。在這方面，我國與國際先進水平的差距還較大，不僅體現在基礎制造能力和設計水平上，而且，基礎理論的研究也顯薄弱。

　　“我們希望‘十二五’期間，能夠在微注射、微擠出領域實現系列化，微壓印技術突破關鍵化技術，在設備、模具、工藝等方面實現關鍵技術國產，開發3～5種典型的微型、微結構制件成套技術。通過與國內外相關企業的合作，我們在微芯片、微針等設備的開發上已經取得了一些進展，LED高效散射材料也已經在做示范工程，并取得了令人滿意的效果。”吳大鳴表示。（本文圖片除署名外，均由本報記者李聞芝攝）