機械工程領域的聚合物技術雖已發展多年，如今卻迎來高速增長期。隨著熱塑性復合材料技術的最新突破，以及定制化復合配方實現特定性能調控，眾多設計工程師開始將塑料應用于此前從未考慮過的場景。從新型熱塑性復合材料到前沿膠粘劑，機械與運動控制系統設計行業已然邁入全新的 “聚合物” 時代。

恩欣格塑料公司技術銷售與應用開發總監丹?塞德羅表示：“未來五年，各類運動控制部件中的聚合物應用規模，將達到當前的十倍。聚合物科學為工程設計領域做出了巨大貢獻，盡管該技術在工程設計中的應用尚屬新興，但持續的技術突破為設計師賦予了十年前難以想象的設計自由度，且這一發展勢頭毫無放緩跡象。”

正因如此，聚合物制造商正大力投資建設新基礎設施以提升產能。以恩欣格為例，其產能擴張同時覆蓋傳統石油基聚合物，以及以木材加工副產品等為原料的質量平衡生物基塑料。

但除了“更環保”塑料的可獲得性外，復合材料的使用在整體可持續性方面有巨大的提升，Curbell Plastics的業務發展與市場副總裁赫希特爾博士解釋道，該公司是Ensinger等先進塑料/塑料復合材料制造商的美國分銷商。 羅克林、三菱化學集團、杜邦和ITW高性能聚合物公司。

赫希特爾表示，由于新型塑料具有前所未有的強度屬性，但重量遠低于金屬，因此帶來了革命性的效率。

除了塑料在零部件中，使用甲基丙烯酸酯膠粘劑連接金屬（或其他許多工業材料）部件也具有可持續性優勢，而非焊接。“這些膠水比焊接更快，防水且極其堅固，”赫希特爾報道。“你還能減少隨著時間推移生銹的風險，這在兩種不同金屬的焊接中很常見。因此，制造效率不僅提升，同時隨著時間推移維護、修理和更換也更少。”

高性能塑料，如恩辛格的Tecapeek，具有優異的機械性能和耐化學性。它們廣泛應用于醫療、通用機械元件、半導體和電子等多個行業。

熱塑性復合材料重塑行業格局：兼具高強度與多重優勢

正如柯貝爾塑料公司業務發展與營銷副總裁基思?赫希特爾博士所言，如今的熱塑性復合材料強度與模量已逼近金屬，密度卻較鋁降低 40%，在保證結構完整性的同時實現了零部件輕量化。例如，聚酰胺塑料早已應用于建筑起重機的滑輪部件，采用該材料的起重機相較金屬滑輪起重機重量更輕，因此具備更大的負載能力。柯貝爾塑料公司是恩欣格、勒克林、三菱化學、杜邦及伊利諾伊工具制品集團高性能聚合物部門等高端塑料及塑料復合材料制造商的美國分銷商。

赫希特爾博士還指出，熱塑性復合材料可通過加熱對模快速成型，制造商能夠以更快的速度生產高強度薄壁部件，相比傳統玻璃纖維材料采用的手工鋪層工藝，碳足跡大幅降低。

碳纖維填充熱塑性塑料是另一類具備突破性強度與承重能力的聚合物材料，可一體化成型復雜幾何結構件。赫希特爾博士表示：“以往，要制造復雜形狀的成品部件，需要先生產兩個及以上的零件，再通過焊接或鉚接進行拼接。而新型熱塑性塑料可通過注塑工藝，一體化成型這類復雜幾何結構件，不僅節省了生產時間與能耗，還極大簡化了工程設計流程。”

塞德羅進一步解釋，填料的添加量與類型（碳纖維、納米管、凱夫拉纖維、玻璃纖維、聚四氟乙烯等），讓塑料企業能夠調控材料的抗壓強度、抗拉強度、電性能及其他特性。

以恩欣格的 TECATEC 系列熱塑性復合材料為例，該系列產品將樹脂與多種專用機織織物復合而成。塞德羅說：“我們可將碳纖維機織織物與聚碳酸酯、尼龍或聚醚酰亞胺等樹脂復合，以滿足特定應用場景的性能需求。”

這類定制化需求可能是讓材料具備更高的強度，或是實現靜電消散、導電等功能。看似科幻的是，恩欣格已研發出一款名為 TECACOMP 的石墨雙極板材料，其導電性優于鋼材。

更優塑料性能，更低摩擦損耗：輸送機系統實現節能增效

塑料技術也為輸送機系統帶來了大幅的效率提升。傳統工廠中的鋼制牽引鏈在鋼制或混凝土軌道上運行時，需要消耗大量電力來克服鏈條摩擦，維持輸送機的穩定轉速，同時摩擦也會導致部件的高磨損率。而系統中任一部件的更換，都會增加整個系統的碳足跡。

超高分子量聚乙烯制成的新型鏈下耐磨條，徹底改變了這一現狀。赫希特爾博士解釋，加裝這類耐磨條能顯著降低摩擦與電力消耗，甚至可選用更小功率的電機。“這類耐磨條可應用于小型輸送機至大型輸送系統的各類設備，例如汽車總裝線上輸送汽車底盤的大型輸送機。”

赫希特爾博士還表示，由低摩擦、中等模量塑料制成的密封件，能夠降低驅動扭矩，減小所需電動、氣動或液壓執行器的電機規格。

塞德羅補充道，目前已有多款超高性能的自潤滑滑動軸承面市，部分產品的抗壓強度超過 40000 磅 / 平方英寸，各類軸承材料現已能耐受 600 華氏度以上的高溫、腐蝕性化學環境，還可在水下與真空環境中工作。

塞德羅說：“這些高性能材料為設計師賦予了前所未有的設計自由度。”

熱塑性塑料常用于密封與支撐部件，可通過玻璃纖維和碳纖維增強改性提升性能。

應用范圍持續拓展：軸承與密封件領域成主力

塑料制成的樞軸軸承與旋轉軸承，已廣泛應用于機器人、食品輸送機及醫療器械領域。復合軸承材料還能延長鐵路制動部件、重型設備鏟斗系統樞軸軸承及橋梁伸縮縫軸承等應用場景的部件使用壽命，降低維護需求。

塞德羅指出，自潤滑塑料軸承在高負載、高振動的應用場景中表現優異，相比金屬軸承，其能更好地緩解劇烈振動帶來的影響，同時耐受化學腐蝕與紫外線照射，目前已有數百萬個塑料軸承應用于鐵路領域。

在磨床、碎石機、破碎錘、鋪路設備等受振動影響的重型設備中，塑料鏈輪與齒輪的應用也在不斷增加。此外，重型設備與汽車的變速器中，高負載塑料止推墊圈的使用量也持續攀升。

跨行業應用版圖不斷擴大

塞德羅預測，隨著聚合物技術的不斷進步，塑料工程將被納入工科院校的課程體系。

與此同時，原始設備制造商的在職設計工程師需要及時了解最新的材料產品信息，目前各大企業幾乎每月都會推出新型塑料材料。例如，恩欣格近期推出了一款軸承級自潤滑復合材料，其抗壓強度達 50000 磅 / 平方英寸，可長期耐受 400 華氏度的高溫，短期耐受溫度可達 500 華氏度。

該公司還新研發出一款均聚甲醛材料，除其他優異性能外，還具備超高的剛度模量，適用于汽車與電動自行車領域的齒輪、鏈輪，以及車輪、滾筒和輸送機部件等應用場景。

為幫助工程師填補材料知識缺口，各大企業均配備了專業的技術團隊，為工程師提供特定應用場景的材料選型指導，包括定制化方案在內。恩欣格還可根據客戶需求，上門開展聚合物相關主題的免費技術午餐分享會。

正如任何一項新技術的發展規律，隨著工程師與技術人員對塑料材料的知識儲備和應用經驗不斷積累，塑料的應用規模也將同步擴大。

塞德羅以大型齒輪為例進行說明：長期以來，各行業的工程師均采用成熟的金屬加工工藝制造大型齒輪，但隨著塑料材料在強度、耐久性等方面的技術突破，業界對聚合物基大型齒輪的研發興趣正不斷提升。

塞德羅認為，聚合物材料的技術突破將持續推進，未來隨著塑料部件逐步應用于水下、陸地與空中自動駕駛車輛等全新場景，市場對復合材料的信任度也將快速提升。