中国塑料加工工业协会近期出台的《塑料加工行业技术进步“十二五”发展指导意见》明确了塑料加工行业科技创新未来的方向，即功能化、轻量化和微成型的“新三化”，这也是塑料加工业实现从传统日用品加工向高端制造业华丽转身的落脚点。然而，由于塑料加工业是一个与上下游环环紧扣的产业，因此，要想顺利实现这些发展目标，离不开材料、加工技术、高端装备的鼎力支持。
材料替代：轻量化与环保兼得
“塑料加工业要想真正实现功能化、轻量化、微成型的目标，材料在其中发挥的作用不可小觑。合成树脂具有质轻、强韧、耐腐蚀、设计灵活、易加工的特性，广泛应用在高科技产业的各个领域，并在其中担当着无可替代的作用。”在接受采访时，中国合成树脂供销协会秘书长郑垲告诉记者。
图为中国国际橡塑展展出的汽车塑料零部件。
轻量化不是一个新鲜的话题，以塑料制件替代金属制品早已经成为汽车、高铁列车以及飞机等交通工具减重最主要的技术手段。其明显的作用就是提高能源利用效率，减少二氧化碳排放。特别是近几年，随着全社会节能环保的理念不断深入，安全、舒适、轻量、节能仍将是未来汽车工业发展的主要趋势。“据估计，未来10年，汽车的自重还将降低20%，塑料已经成为了21世纪汽车工业最好的材料选择。”郑垲说。中航工业副总工程师、歼-15总设计师孙聪也曾表示，在歼-15的设计中，在保证飞机综合性能的前提下，采用新材料减轻飞机质量是重要的考量指标之一。
欧洲人曾做过统计，如果现有欧洲路面上跑的汽车全部采用PC材料替代车侧窗和后窗的玻璃，仅此一项每年将节省燃油约21亿升，价值相当于24亿欧元，而每年还可减少1000万吨的二氧化碳排放。
随着材料科技的进步，人们对于节能减排的期待提升到新的高度。
通过加大技术研发，强化质量管理，今年前8个月，中国平煤神马集团工程塑料公司产品销售同比增长17.98%，在逆势中呈现出良好发展态势。图为公司职工正在将大包装产品装车。（黄海恩 摄）
长纤维增强热塑性材料（Long Fiber reinforced Thermoplastics，简称LFT）是20世纪90年代中期以后开发的新材料，它最突出的优点就是刚度高、强度高、减震性回弹性好、耐热、抗蠕变、尺寸稳定、使用寿命长。LFT一经问世，就在汽车工业上得到了迅速的推广，并将塑料在汽车上的应用拓展到了车身覆盖件和结构件，从而更多地替代了钢材和其他金属材料。全球第一款全塑结构车门，采用30%玻纤增强PC/PBT合金气辅注塑成型，它替换了40个独立的金属零件，使每扇车门减轻3.3千克，每辆车则可减轻5.94千克。由沙伯基础创新塑料开发成功的这款车门模块，由于能在总装线上把模块置入车门，简化了装配过程，因此还能降低10%以上的成本，产品也因此获得了2011年美国塑料工程师协会汽车创新大奖。巴斯夫在Smart概念车上配备的全塑轮毂也使用了LFT制作，每个轮子不但减轻了3千克，还提高了乘坐舒适性和燃油经济性。在去年北京国际车展上，一款Bamboo的概念车，车身底部、轮毂部件、尾门、仪表板盖和横向稳定杆都采用LFT制成，部分结构件使用了泰科纳碳纤维增强PPS材料。
“新材料推动塑料制件轻量化的例子举不胜举。其实除了轻量化之外，在功能化方面，新型塑料材料应用也是功不可没。汽车运动中只有15%的能量用于驱动车轮，其余85%的能量消耗在无效的传动部分，其中10%损失在克服传动件间的摩擦力。一些新材料的自润滑特性可降低汽车传动件间的摩擦，同时材料的柔韧性和零部件高集成度，也提高了安全性、舒适性、燃油效率、密封性以及降噪效果。所以说塑料为汽车带来的好处，远远不只是单纯的轻量化。”郑垲如是说。
塑料新材料新技术在汽车上的应用总是中国国际橡塑展每年必不可少的亮点之一。图为浙江俊尔的工作人员在介绍该公司研发的LFT材料在汽车中的应用。
事实上，增强塑料制件的功能性是下游行业提高科技含量的迫切要求。“十二五”以来，我国的节能环保、新能源、高端装备制造业、新能源汽车、电子信息、生物技术等新兴行业发展如火如荼，对与之配套的塑料新材料的性能提出了更高的要求。比如：性能优异的锂离子隔膜对提高电动汽车锂电池的综合性能具有重要的作用；超滤、纳滤、反渗透膜材料是提升环保、化工和食品工业先进性和科技含量的基础材料；电子信息领域中用到的塑料制件，要求材料具有导电、绝缘、导热、阻燃等多种性能；而高端装备制造业则对材料提出了高强度、耐高温、耐磨、耐腐蚀、自润滑等苛刻的要求……
“随着塑料改性以及塑料合金技术的进步，塑料又被不断地赋予更多的高性能，比如高刚度、高强度、耐高温、抗蠕变、尺寸稳定、长寿命等，塑料的品质和内涵在材料新技术的推动下正发生着日新月异的变化，使它在塑料制件的功能化、轻量化、微型化方面优势得以充分地发挥。”郑垲表示。
成型工艺：
提升功能不可或缺
如果说功能化和轻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对材料性能有一定的要求外，更多的则是靠先进的成型工艺和技术来实现。
日本高性能膜技术展展示了国际上最先进高性能膜材料发展现状。一位日本观众被展台上展出的新型手机显示器膜所吸引。
作为聚合物微纳制造技术创新战略联盟的发起人，北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所所长、机电工程学院副院长吴大鸣对于微纳制造技术有着更加深入的了解：“对于微纳尺寸的塑料制件做好‘表面文章’是关键,控制好制品的尺寸、精度和稳定性就显得尤为重要。许多微型制品对于表面的微结构要求非常高，传统的加工方法很难完成，加工过程需要用到许多全新的工艺技术和先进的控制技术。”
随着微电子、微机械、微光学、介入医学等领域的发展，微型塑料零件的需求量不断增加，制品的尺寸可以达到微米级甚至纳米级，也就是说制品的尺寸只有头发直径的千分之一甚至是万分之一。如此细微的结构又能带给我们哪些新的功能呢？
吴大鸣介绍说，塑料制品做到微米或纳米级后，就会产生一些特殊的力学和光学功能。他介绍的几种微结构的塑料制品，让记者眼界大开，正可谓细微之处见功力。
微结构换热器是微型化制品之一，可以大大提高热交换效能，提高的比例不是3～4倍，而是3～4个数量级，如此算来，在寒冷的冬季里，一个十几平方米的房间，也许只需要一个1立方厘米的暖气片就能让房间温暖如春。
微针美容是目前医学美容界最为时尚的一项美容技术，它采用的直径为几十微米金属微针，能将活性养分直接输送到真皮层，不仅成倍地提高了疗效，而且不会对皮肤造成大的损伤，但金属材质的微针成本十分昂贵，目前已经有人研发成功了塑料微针，大幅降低了微针的成本，有望推动这一技术广泛地应用到皮肤病的治疗上，药效可以提高几千倍。目前，一种可以清理人体血管壁脂肪的微型机器人已经在研发当中。
LED目前已经成为我国照明领域的节能减排的主力军，但眩光一直是LED进入家庭照明最大掣肘，采用微纳制造技术，在灯罩表面排列微透镜阵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照明舒适度的同时，减少光能损失20%以上。
微型塑料制件以及它们所发挥的功效还远不止于此，微芯片、微反应器以及微表面结构家电和服装，会在不久的将来带给我们更多新奇的体验。
但吴大鸣也指出，我国聚合物的微纳制造技术尚处于起步阶段，关键的技术和装备主要依赖进口，在基础理论研究上也不够系统和深入，国内的技术研发主要还是在局部与个别产品方面，而国外，已经实现从产品、模具、工艺、材料的全方位系列化应用，成套技术、系列化是国内这一领域最为薄弱的地方。
塑机加工：为优质产品锦上添花
塑料制品要达到功能化、轻量化和微型化的要求，仅有性能优异的原材料和先进的加工工艺还不够。要想顺利地实现塑料制品的功能化、轻量化和微成型，还有个不可或缺的因素——就是要有高端的塑料机械，将材料和工艺整合到一起，加工成满足市场需要的塑料制品。
谈到塑料机械，中国塑料机械工业协会秘书长粟东平不止一次地向记者强调，我国的塑料机械产业正处于产业转型升级的关键时期，塑料机械的加工制造水平也正在逐步由产业链的中低端向高端迈进，塑料机械作为 “工作母机”作用日益显现，由塑料机械装备生产的塑料产品不仅遍及人民生活的各领域，而且广泛应用于国民经济的各行各业。“塑料机械已经成为航空航天、国防、石化、海洋、电子、光电通信、建筑材料、包装、电器、汽车及交通车辆、农业、轻工业等国民经济各行业的重要技术装备，也是新能源、新材料、节能环保、生物医药、信息网络和高端制造等产业的配套专用设备。”粟东平表示。
“十二五”期间塑料机械加工业提出的专用化、系列化、标准化、复合化、微型化、大型化、个性化和智能化的发展方向，而这些因素正是塑料制品实现功能化、轻量化和微型化的必要条件。
吴大鸣则强调，对于制品的微型化，传统的塑料加工设备和模具是无法满足需求的，必须开发专用的设备和模具，比如微注射机、特殊的压辊、专用的模具、高精度的控制系统等对于微纳成型都是不可或缺的。在这方面，我国与国际先进水平的差距还较大，不仅体现在基础制造能力和设计水平上，而且，基础理论的研究也显薄弱。
“我们希望‘十二五’期间，能够在微注射、微挤出领域实现系列化，微压印技术突破关键化技术，在设备、模具、工艺等方面实现关键技术国产，开发3～5种典型的微型、微结构制件成套技术。通过与国内外相关企业的合作，我们在微芯片、微针等设备的开发上已经取得了一些进展，LED高效散射材料也已经在做示范工程，并取得了令人满意的效果。”吴大鸣表示。（本文图片除署名外，均由本报记者李闻芝摄）
