2011-7-8 來(lái)源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：聚合物微納米制造技術(shù) 塑料機(jī)械 注塑
一、我國(guó)塑料加工業(yè)的現(xiàn)狀
中國(guó)這幾年中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常快，塑料加工業(yè)發(fā)展的更為出色，在發(fā)展的速度上超過(guò)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展水平。這幾年塑料制品總產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了每年5000萬(wàn)噸的規(guī)模，總產(chǎn)值已經(jīng)超過(guò)了1萬(wàn)億，產(chǎn)量從排名上已經(jīng)位居世界第二。塑料制品的增加、需求量增加為塑料加工裝備業(yè)提供了很好的機(jī)會(huì)�，F(xiàn)在每年有20萬(wàn)套塑料裝備，由中國(guó)來(lái)生產(chǎn)，其中還有將近一半左右要出口到世界各國(guó)。在從塑料加工裝備的數(shù)量上也已經(jīng)達(dá)到了世界第一，這樣一個(gè)非常喜人的景象。
除了總量，再看人均的塑料制品，塑料消費(fèi)量的情況。目前根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，2009年世界按人口平均的話，平均每人是40公斤左右的塑料消費(fèi)量。中國(guó)已經(jīng)超過(guò)了這個(gè)世界平均量，達(dá)到46公斤，但是發(fā)展空間還是非常大的。
目前世界上最貴的塑料材料是PEEK，每克1塊錢，每噸是100萬(wàn)人民幣，這么一個(gè)價(jià)格；用PTCA球囊擴(kuò)張導(dǎo)管，按重量計(jì)算，這種材料每克可以達(dá)到400塊錢，這個(gè)附加值哪來(lái)的？就是通過(guò)技術(shù)賦予。國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)大部分是生產(chǎn)附加值非常低的一些塑料制品，所以探討將來(lái)塑料加工怎么在量提高的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步為國(guó)民經(jīng)濟(jì)，為國(guó)家提供急需高科技產(chǎn)品非常重要。
從裝備來(lái)講，雖然每年有20萬(wàn)套的生產(chǎn)能力，但是目前包括一些出口的產(chǎn)品仍主要集中在中低端的市場(chǎng)，在精密大型，還有一些微型的裝備目前還大量依靠國(guó)外來(lái)提供。
石化行業(yè)需要的很多大型裝備（包括塑料加工裝備）主要是依賴進(jìn)口。這個(gè)年產(chǎn)30萬(wàn)噸乙烯工程關(guān)鍵配套設(shè)備，大型擠壓機(jī)組的工廠設(shè)備，這是當(dāng)時(shí)照的照片，國(guó)外廠商提供的，這是瑞士公司生產(chǎn)的新一代BUSS擠出機(jī)，高性能的復(fù)合材料制備上發(fā)揮非常獨(dú)特的作用。盡管它的專利已經(jīng)過(guò)期了，但是它在中國(guó)市場(chǎng)上仍然在高端市場(chǎng)上占有主導(dǎo)地位。
二、聚合物微納米技術(shù)現(xiàn)狀及展望
1、微納科學(xué)與微納機(jī)電系統(tǒng)的概念及其研究領(lǐng)域和應(yīng)用發(fā)展
有人從技術(shù)發(fā)展的時(shí)代分階段劃分的，認(rèn)為在資本主義以前的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，封建社會(huì)和奴隸社會(huì)那時(shí)候都是模糊時(shí)代，從技術(shù)層面對(duì)事物的認(rèn)識(shí)和去改造客觀事物，沒(méi)有一個(gè)很精確量的概念。到了蒸汽機(jī)為標(biāo)志的資本主義開(kāi)始后進(jìn)入一個(gè)毫米時(shí)代，在那個(gè)時(shí)代人們開(kāi)始以毫米為基本尺寸去制造。到了20世紀(jì)，向前大大推進(jìn)到微米時(shí)代，一個(gè)毫米等于1000微米，也就是說(shuō)能夠在微米的尺度下設(shè)計(jì)和改造世界。
到了21世紀(jì)現(xiàn)在又發(fā)生什么樣的變化？有專家提出但也還有不同的意見(jiàn)，認(rèn)為21世紀(jì)是一個(gè)納米時(shí)代，又往前推進(jìn)了三個(gè)數(shù)量級(jí)，這是不是一個(gè)概念炒作呢？下面給大家看一些這樣的事實(shí)。
我們進(jìn)入納米時(shí)代或者說(shuō)我們進(jìn)入一個(gè)我們處于過(guò)渡的微納米的時(shí)代，它和需求有密切相關(guān)。它最主要的動(dòng)力我們?cè)谖⒓{機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展促進(jìn)了我們微納的發(fā)展。微納機(jī)電系統(tǒng)包括微米尺度的機(jī)電系統(tǒng)，還有納米尺度的機(jī)電系統(tǒng)，時(shí)間關(guān)系這里不可能展開(kāi)。可以這么說(shuō)，中國(guó)現(xiàn)在盡管有很多人關(guān)注，但是我們畢竟在這方面的實(shí)力情況目前跟國(guó)際上還有比較大的差距。但是在國(guó)外不光是微米尺度的這種機(jī)電系統(tǒng)，納米尺度的機(jī)電系統(tǒng)有了很大的進(jìn)展。
我們看一些具體的實(shí)例，現(xiàn)在在美國(guó)等國(guó)家做換熱器已經(jīng)做到了非常小的具有微結(jié)構(gòu)的這樣一些換熱器，在換熱能力上已經(jīng)是傳統(tǒng)換熱器的3-5個(gè)數(shù)量級(jí)。也就是說(shuō)不是說(shuō)提高幾倍，而是提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這個(gè)對(duì)我們傳統(tǒng)的過(guò)程工業(yè)還有很多的機(jī)器裝備提供很多的可能性。
像這種看起來(lái)很簡(jiǎn)單的微槽換熱器，它的換熱能力可以達(dá)到每平方米10-15千瓦，非常大，比傳統(tǒng)換熱器提高5個(gè)數(shù)量級(jí)，可以提高到10萬(wàn)倍。像這個(gè)電子器件能力越來(lái)越強(qiáng)，功率越來(lái)越大，體積越來(lái)越小。像這種高效散熱器，每平方厘米可以達(dá)到1000瓦換熱能力。我們現(xiàn)在的電腦每臺(tái)電腦的功率也就消耗200多瓦、300瓦，它一個(gè)平方厘米這么小的尺寸就可以解決1000瓦的散熱能力，這就是微納制造這個(gè)技術(shù)已經(jīng)走到我們現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，是一個(gè)客觀的需要和很大的市場(chǎng)。
我們知道，現(xiàn)在發(fā)展汽車，很大程度受制于能源，電動(dòng)汽車大家非�？春�，這里電動(dòng)汽車要解決很多問(wèn)題，塑料行業(yè)能做什么呢？我們不光做一些保險(xiǎn)蓋，做一些汽車內(nèi)飾等等。也能夠涉及汽車散熱，電池，肯定要散熱，怎么散熱？如果有高效的微結(jié)構(gòu)通道的散熱器可以輕而易舉的解決這個(gè)問(wèn)題。
還有，這幾年大家也都體驗(yàn)到了醫(yī)學(xué)發(fā)展非常之快，醫(yī)學(xué)的發(fā)展特別是介入醫(yī)學(xué)的發(fā)展跟塑料加工技術(shù)是密切相關(guān)的。現(xiàn)在國(guó)外已經(jīng)有技術(shù)測(cè)出清理血管的機(jī)器人，用針頭把它打到血管里頭，可以把有害東西清除干凈，通過(guò)過(guò)濾一下整個(gè)人都煥然一新，這整個(gè)是屬于微米級(jí)的機(jī)器人，還沒(méi)到納米尺度。這個(gè)已經(jīng)在國(guó)外開(kāi)始使用了，已經(jīng)得到了成功。這些工作我們現(xiàn)在關(guān)注一下，不可能馬上都能去做，知道一下國(guó)際前沿發(fā)展大家做的工作。
這些照片的微細(xì)結(jié)構(gòu)都是幾十個(gè)微米以下的微結(jié)構(gòu)，能夠做到這樣的規(guī)格，這需要很高的尺寸的精度，這是需要很高的技術(shù)。如果能做到這樣的技術(shù)水平的話，需求是非常大。像這里展示了像光纖連接器，微過(guò)濾器，實(shí)驗(yàn)芯片，這是現(xiàn)在做的最小的微行星齒輪，還有做的這種微型行的針等等都是用高分子材料做的。美國(guó)看的生物芯片就在有機(jī)玻璃做出來(lái)的，表面看不出什么來(lái)，但是上面有特征，設(shè)計(jì)好的微型流道，可以把各種細(xì)胞按照設(shè)計(jì)分離開(kāi)，可以快速做各種檢驗(yàn)，還可以做藥物開(kāi)發(fā)。陀螺儀、慢性系統(tǒng)等等，把它做得微型化，很多小型飛機(jī)可以做的像蜻蜓和蜜蜂一樣，不光是飛，可以執(zhí)行很多信息的采集的任務(wù)，這都離不開(kāi)微納的機(jī)電系統(tǒng)和制造系統(tǒng)。
對(duì)塑料加工來(lái)講，現(xiàn)在很大的商機(jī)在電子顯示系統(tǒng)，液晶開(kāi)始向LED和OLED發(fā)展。有200萬(wàn)個(gè)16微米×16微米的微鏡組織出來(lái)的，怎么把它加工起來(lái)？像日本和德國(guó)可以直接解決了，像這樣的技術(shù)我們現(xiàn)在只能受制于人。還有存儲(chǔ)技術(shù)，現(xiàn)在一個(gè)SD卡可以做到16G，在從設(shè)計(jì)到制造解決了很多微納尺度的它的一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。包括它的設(shè)計(jì)和制造、檢驗(yàn)等等，還包括材料。今年日本去微納制造展，里面有很多做跟能源有關(guān)的，他們做小型的發(fā)電機(jī)可以放到鞋里，走路的時(shí)候電可以儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)然現(xiàn)在還是一個(gè)原理，以后類似這樣的關(guān)鍵技術(shù)通過(guò)微型的振動(dòng)能夠獲取電能。在石油總量越來(lái)越少的情況下，這些技術(shù)開(kāi)發(fā)是非常重要，而且是帶有戰(zhàn)爭(zhēng)意義的，塑料加工在這方面有很多工作要做。還有電容器，這是一個(gè)基本的微電子器件，體積越來(lái)越小，充放電的能力越來(lái)越強(qiáng)，但現(xiàn)在這方面高端還是依賴進(jìn)口。
2、聚合物微納米制造技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例和發(fā)展趨勢(shì)
不光是在尖端的場(chǎng)合，在醫(yī)用，在微電子材料，顯示材料等等都需要微納系統(tǒng)特別是微結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。這里面有很多基本的問(wèn)題需要解決，除了設(shè)計(jì)以外，特別是加工怎么解決在微納尺度下能夠完成這種精密的加工，這是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。但不是現(xiàn)在傳統(tǒng)的包括所謂的加工中心能夠解決的。
聚合物微納系統(tǒng)是目前最具產(chǎn)業(yè)化前景的一種技術(shù)領(lǐng)域。因?yàn)閯偛沤榻B的像很多微放射器有非常好的功能，卻沒(méi)有得到推廣，原因是因?yàn)樗墙饘俨牧匣蛘呤枪璨牧献龅�，制作成本非常高。像剛才說(shuō)的換熱器，一個(gè)小型的換熱器一個(gè)厘米見(jiàn)方的換熱器制作成本上萬(wàn)塊錢，通過(guò)各種手段一個(gè)槽一個(gè)槽做出來(lái)的。如果我們能用聚合物材料加工，可能采用微注射，還有塑料像最近開(kāi)發(fā)的壓印技術(shù)高效低成本的制造，這就有可能推向市場(chǎng)。
目前通過(guò)微注塑這種方法已經(jīng)可以做到從20微米到幾百微米，對(duì)于不同的場(chǎng)合，不同的材料可以已經(jīng)做到這個(gè)尺度。如果說(shuō)能夠做到幾十微米以內(nèi)，很多微納、微尺度、微結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)就可以解決。就拿微注塑來(lái)講，它的應(yīng)用領(lǐng)域這里列出來(lái)了，在微驅(qū)動(dòng)器、微機(jī)械零件、換熱器、光學(xué)器件還有一些傳感器等等，執(zhí)行器件，特別是醫(yī)療器件幾方面都是大有可為。
現(xiàn)在高分子材料用在微結(jié)構(gòu)制造非常成功的就是在光學(xué)源器件，一個(gè)透鏡上面有很多微小的透鏡，大透鏡的小透鏡，小透鏡的尺寸是幾十微米的尺度。有什么好處呢？一個(gè)是它的圖象像素就更高，它失真率越來(lái)越小。再就是除了做這種微透鏡微結(jié)構(gòu)的制品，除了做攝像機(jī)等等這樣的光纖鏡頭之外，它在做新型燈具這些材料也大有可為。最新發(fā)展的LED的燈具兩個(gè)問(wèn)題跟塑料有關(guān)，一個(gè)是散熱、一個(gè)是透鏡。散熱現(xiàn)在怎么解決大功率LED高效低成本散熱，這個(gè)問(wèn)題如果解決這個(gè)就可以突破。在透鏡怎么樣能夠繼續(xù)提高LED光學(xué)元的利用率，如果用這個(gè)技術(shù)，至少可以提高5個(gè)百分率，那不是一個(gè)葛洲壩的問(wèn)題，而是幾個(gè)葛洲壩電量的問(wèn)題，這也是塑料加工業(yè)所面臨的需要解決的問(wèn)題。
目前國(guó)際上很多國(guó)家日本、德國(guó)、美國(guó)包括國(guó)內(nèi)的香港，最近的海天都在開(kāi)發(fā)這種微注塑機(jī)系統(tǒng)。日本在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)占有率非常高，這種技術(shù)的開(kāi)發(fā)必須要加大力量來(lái)，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研的合作形式繼續(xù)往前推進(jìn)。
今天看精誠(chéng)模具是我們的贊助商，精誠(chéng)模具除了做好現(xiàn)在傳統(tǒng)的擠出、注射模具之外，能不能在微納的模具上做一些工作，比如說(shuō)機(jī)器可以買人家的，制品的模具領(lǐng)域自己解決，要是能解決，這個(gè)意義及其重大。用戶一起探討這個(gè)問(wèn)題，手段可能就不是常規(guī)的一些加工手段。
這種技術(shù)不能像其他有些技術(shù)，可以跟人家學(xué)、去買。這個(gè)產(chǎn)品人家說(shuō)了，中國(guó)不賣，企業(yè)也不賣，大學(xué)更不賣，這些東西就是人家在技術(shù)上還是對(duì)中國(guó)很大的戒心，也作為一種戰(zhàn)略或者是軍事用途上對(duì)中國(guó)是有所限制的。這個(gè)只能靠我們自己去研究，不光是對(duì)我們社會(huì)主義國(guó)家，實(shí)際上在西方這些國(guó)家之間，技術(shù)也是非常保密的，所以現(xiàn)在世界各國(guó)都在進(jìn)行這方面的研究。資料了解到，丹麥大學(xué)做微注射的研究，臺(tái)灣幾所大學(xué)，中研大學(xué)，臺(tái)大，臺(tái)大清華大學(xué)幾個(gè)學(xué)校都有微注射成型的可視化檢測(cè)研究，德國(guó)也有專門的大學(xué)做這方面的技術(shù)研究和這種實(shí)驗(yàn)研究，都是在以塑料為原料做這種微納制造。所以現(xiàn)在在這個(gè)領(lǐng)域靠錢是買不到技術(shù)，光靠企業(yè)或者是光靠研究單位做這個(gè)，可能都很難取得比較快比較實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。在這里也希望產(chǎn)學(xué)研在這個(gè)領(lǐng)域能探討怎么樣能夠很好的合作。
現(xiàn)在今天談的塑料加工高峰論壇，一個(gè)是在微納制造方向希望大家能夠引起注意。另外還有一些國(guó)內(nèi)的成果，也需要產(chǎn)學(xué)研很好的結(jié)合。比如說(shuō)最近華南理工大學(xué)徐教授講的葉片擠塑機(jī)取得了很好的效果。這個(gè)由國(guó)內(nèi)多家研究和制造單位，大連橡塑、蘭州天華包括用戶聯(lián)合制造20萬(wàn)噸大型擠壓造粒機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)了首次的試車，已經(jīng)取得了比較大的突破，這也是值得高興得事。這個(gè)設(shè)備直徑320毫米，每小時(shí)產(chǎn)量可以達(dá)到35噸，這也是標(biāo)志著很大的進(jìn)展。我們跟海天合作的精密注射機(jī)現(xiàn)在也已經(jīng)推向市場(chǎng)，產(chǎn)值每年精密機(jī)達(dá)到20億左右。
塑料產(chǎn)業(yè)還為汽車制造等等領(lǐng)域提供了很多技術(shù)含量比較高的精密的制品，還有各種混煉裝備上國(guó)內(nèi)做得也很多，從雙螺桿到三螺桿，串聯(lián)式磨盤(pán)擠出機(jī)，還有一些自己的分散的工藝等等，學(xué)校做的一些這樣的能夠產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)，也希望能夠跟企業(yè)做一個(gè)很好的結(jié)合。在重新裝備上，做一些塑木復(fù)合擠出成行技術(shù)及裝備上，有一些得到了很好的應(yīng)用�，F(xiàn)在也有希望有這個(gè)機(jī)會(huì)給大家做一個(gè)參考，大家有這方面的需求希望可以多進(jìn)行合作。
現(xiàn)在環(huán)保也是一個(gè)主題，塑料機(jī)械不光是節(jié)能，環(huán)保做的比如說(shuō)氟利昂的材料已經(jīng)不允許做了，要做好準(zhǔn)備現(xiàn)在微注塑機(jī)也開(kāi)始做了，希望跟企業(yè)有很好的合作.