金属替代塑料：用于电梯、轴承和机械零件的超强工程材料

简答

金属替代塑料是高性能改性塑料，旨在在需要强度、刚度、耐磨性、尺寸稳定性、低噪音、耐腐蚀和减轻重量的选定零件中替代金属。

对于金属替代项目，从 强化塑料🔍 和 耐磨塑料🔍 当需要平衡强度、低噪音、滑动磨损和尺寸稳定性时。

“以塑代钢”的目标并不是取代所有钢件。经过机械设计、载荷计算、材料测试、模具设计和实物验证后更换合适的金属部件。

余姚德宇德宇塑料开发了DGK超强度金属替代材料平台。通过增强尼龙、长纤维系统、碳纤维增强、芳纶纤维耐磨系统、PTFE自润滑、MoS2固体润滑和混合工程塑料改性，DEYU可为电梯配件、轴承相关零件、衬套、滚轮、滑块、导块、齿轮和工业机械零部件提供高强度塑料材料。

对于电梯应用，此类材料更适用于导轨部件、滚轮、滑块、缓冲部件、衬套、耐磨垫、支架、防护罩和选定的非主要安全载荷部件。钢丝绳、制动系统、主要承重结构和经过认证的安全部件等安全关键部件必须遵循电梯行业标准，不能简单地通过材料替代来更换。

为什么越来越多的机械零件从金属转向塑料

在传统机械中，经常使用钢和其他金属，因为它们具有强度、刚度和长期可靠性。然而，金属零件也带来了重量、噪音、润滑需求、腐蚀风险、复杂的加工、装配成本、配合表面磨损以及运动系统的较高惯性。

改性工程塑料可以解决其中一些问题。通过增强和功能改性，塑料材料可以提供强度、耐磨性、自润滑、抗冲击、尺寸稳定性和更低的摩擦。

在许多应用中，塑料并不能因为在所有性能上都“比钢更强”而取代金属。它通过结合多种优势而获胜：重量更轻、摩擦更低、噪音更低、不生锈、维护成本更低、注塑成型复杂、集成设计、更少的加工步骤以及在需要时更好的电气绝缘。

什么是金属替代塑料？

金属替代塑料不是普通塑料。它是一种专为机械或结构功能而设计的改性工程塑料。

常见基础树脂包括 PA6、PA66、POM、PBT、PPS、PPA、PEEK、PC/ABS、高性能 PP 和选定的 TPU 或 TPE 系统。

常见的增强和功能系统包括玻璃纤维、长玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、PTFE、MoS2,石墨、有机硅润滑剂、耐磨添加剂、抗冲改性剂、热稳定剂、阻燃剂和导电或抗静电系统。

最终材料必须根据零件功能进行设计。 A齿轮、轴承保持架、电梯导轨块、滚轮、支架和衬套不需要相同的材料。

为什么使用塑料而不是钢？

减轻重量

工程塑料比钢轻得多。对于运动部件来说，减轻重量可以减少惯量、提高响应速度、减轻电机负载并降低能耗。在电梯配件、自动化部件、滚轮和移动机构中，较轻的部件可以降低运行噪音和振动。

降低噪音

塑料材料可以减少金属与金属的碰撞噪音。在滑动、滚动或间歇接触应用中，塑料部件通常可以提供更安静的操作。这对于电梯导轨部件、轴承保持架、滚子、齿轮、滑块、门系统部件、自动化设备以及家用或工业机械非常重要。

自润滑和低摩擦

POM、PA、PPS 和 PEEK 等材料可以用 PTFE、MoS2, 石墨、芳纶纤维或有机硅系统进行改性，以减少摩擦并提高耐磨性。这可以减少选定零件对润滑脂或机油的需求。

耐腐蚀

钢材在潮湿、化学或室外环境中可能会生锈。塑料可以在选定的工业、电气和建筑设备环境中提供更好的耐腐蚀性。

一体成型

金属零件通常需要机械加工、钻孔、表面处理、焊接或组装。塑料零件可以在注塑过程中集成夹子、肋、定位结构、孔、阻尼特征和功能形状。这可以减少组装步骤并提高生产效率。

DEYU DGK 超强度金属替代平台

DEYU的金属替代平台不是单一材料。它包括几条技术路线。

强化尼龙路线

PA6和PA66广泛用于金属替代，因为它们提供良好的强度、韧性、耐热性和加工性能。 DEYU可开发玻璃纤维增​​强PA66、碳纤维增强PA66、芳纶耐磨PA66、PA66/PTFE自润滑系统和增强冲击平衡PA6。

这些材料适用于电梯配件、支架、轴套、轴承保持架、滚轮、导向块及机械结构件。

POM耐磨路线

POM具有低摩擦、良好的尺寸稳定性和较强的耐磨性能。适用于精密运动部件。 DEYU可开发POM/PTFE低摩擦材料、POM芳纶耐磨材料、POM碳纤维增强系统和POM导电耐磨材料。

这些材料适用于轴承、齿轮、滑块、导轨、衬套、滚柱和精密机械零件。

碳纤维增强路线

碳纤维可提高选定系统的刚度、尺寸稳定性、耐热变形性和导电性。适用于高刚度支持、精密支撑零件、导电机械零件、耐磨结构件及金属替代工程部件。

芳纶纤维耐磨路线

与某些硬质填料相比，芳纶纤维可以提高耐磨性，同时减少配合面的损坏。适用于轴承、滑块、衬套、导轨、耐磨垫、电梯导轨相关部件及低磨损精密零件。

混合自润滑路线

对于既需要强度又需要低摩擦的零件，DEYU 可以将增强材料与 PTFE、MoS2, 石墨或硅胶系统结合起来。典型组合包括PA66+玻璃纤维+PTFE、PA66+芳纶纤维+PTFE、POM+PTFE、POM+芳纶纤维、PPS+碳纤维+PTFE和PA66+MoS2.

应用方向1：电梯部件

电梯系统要求运行平稳、噪音低、尺寸可靠、使用寿命长。在选定的非主要安全负载部件中，金属替代塑料可以提供实用价值。

潜在应用包括导向块、滑块、滚轮、衬套、耐磨垫、门系统零件、缓冲组件、防护罩、定位支架、绝缘或阻尼组件以及选定的轴承相关零件。

电梯相关塑料部件可能需要高强度、耐磨、低噪音、尺寸稳定性、低摩擦、抗冲击、抗疲劳、抗蠕变、稳定的成型收缩、低湿气相关变形和阻燃性（如果需要）。

未经全面认证和工程验证，不应使用金属替代塑料来替代电梯安全关键部件。它们不适合简单替代主要承重结构、钢丝绳、制动部件、安全钳核心部件或经过认证的结构安全部件。

应用方向 2：轴承、衬套和滑动部件

塑料轴承和衬套是金属替代的主要领域。与金属轴承零件相比，塑料轴承材料可以降低噪音、避免生锈、减少润滑并在选定的设计中保护配合轴。

应用范围包括塑料轴承、轴承保持架、衬套、轴套、导套、滑块、滚子、低速旋转部件和干运转滑动部件。

这些零件通常要求低摩擦系数、耐磨性、抗压强度、尺寸稳定性、低吸水性（如果需要精度）、耐热性、低噪音、抗疲劳性和配合表面保护。

DEYU对于低摩擦精密滑动可推荐POM/PTFE，POM芳纶耐磨材料，PA66/PTFE用于自润滑结构件，PA66芳纶用于高磨损尼龙部件，PPS/PTFE用于较高温度滑动以及需要抗静电或导电时导电耐磨POM。

应用方向3：齿轮和传动部件

塑料齿轮广泛应用于低噪音、轻量化的传动系统。与金属齿轮相比，塑料齿轮可以降低噪音和重量，但必须仔细选择材料。

塑料齿轮材料需要齿部强度、耐磨性、尺寸稳定性、抗疲劳性、低摩擦、低噪音、成型收缩率控制和稳定的齿形精度。

DEYU可推荐POM/PTFE低噪音齿轮材料、POM芳纶耐磨齿轮材料、增强PA66齿轮材料、PA66/PTFE自润滑齿轮材料或PPS耐磨高温齿轮材料。

应用方向4：机械支架和结构件

对于支持和结构支撑，塑料材料必须提供强度、刚度、抗蠕变性和尺寸稳定性。

应用包括机械支持、支撑臂、定位部件、设备外壳、夹具底座、工业夹和结构盖。

DEYU可推荐玻璃纤维增​​强PA66、碳纤维增强PA66、高温增强PPA、增强PPS或增强阻燃PC/ABS外壳。

客户案例1：电梯导块材质升级

客户在电梯附属系统中使用了金属导轨相关部件。金属部件具有良好的强度，但会产生运行噪音并且需要定期润滑。在长期运动过程中，配合面出现明显的磨损痕迹。

客户想要一种能够降低噪音和润滑频率，同时保持尺寸稳定性的材料。 DEYU推荐了具有增强、芳纶耐磨平衡、PTFE辅助自润滑、尺寸稳定性控制和冲击平衡的PA66超强耐磨复合材料进行装配。

物品	原装金属部件	DEYU PA66超强耐磨材料
零件重量	100%参考	42-48%
工作噪音	68 分贝	57-60 分贝
润滑间隔	每 15 天	每 45-60 天
配合面磨损	0.15 mm	0.06 mm
腐蚀风险	展示	无生锈风险
加工步骤	多种的	注塑一体件

客户并不是简单地用普通塑料代替金属。最终的解决方案采用了增强型耐磨PA66系统，以减轻重量、噪音、磨损和润滑频率，同时保持功能可靠性。

客户案例 2：塑料轴承衬套取代金属套筒

机械设备客户在低速旋转位置使用了金属套筒。金属套筒具有良好的承载能力，但需要脂润滑。长时间运行后，噪音增大，轴表面出现磨损。

DEYU推荐了POM/PTFE低摩擦耐磨材料。该配方包括用于尺寸稳定性的POM、用于自润滑的PTFE、耐磨添加剂平衡、低摩擦系数和用于衬套公差的稳定收缩。

物品	原装金属套	DEYU POM/PTFE 套管
润滑要求	必需的	在选定条件下减少运行或干运行
200小时后的噪音	64 分贝	54-56 分贝
轴表面磨损	0.10 mm	0.03 mm
衬套磨损	0.08 mm	0.05 mm
腐蚀风险	中等的	无生锈风险
装配重量	100%参考	35-45%

对于低速轴承套，金属替代可以减少润滑、噪音、腐蚀和轴磨损。关键不仅是强度，还有摩擦控制和尺寸精度。

客户案例3：高强度塑料支架替代锌合金

客户在工业设备中使用了锌合金支架。金属部件坚固但很重，需要二次加工。客户想要一个更轻的部件，具有集成的定位肋和稳定的安装精度。

DEYU推荐采用玻璃纤维增​​强超强PA66材料。设计方向包括高强度PA66基体、玻璃纤维增​​强、冲击平衡、低翘曲、热老化稳定性以及通过成型实现功能集成。

物品	锌合金支架	DEYU加强型PA66支架材质
零件重量	100%	45-55%
二次加工	必需的	成型后不需要
组装作业	4步骤	2步骤
尺寸重复性	中等的	模具修正后改善
腐蚀防护	需要涂层	无生锈风险
生产周期	长的	通过成型更短

对于结构支架来说，金属替代的价值不仅仅是强度。它还包括减重、一体成型、更少的加工步骤和更稳定的生产。

主要选择目标

在选择塑料替代金属时，首要问题不是“塑料能替代钢铁吗？”正确的问题是：零件承受什么负载，负载是静态还是动态，是否存在冲击、疲劳或振动，是否存在蠕变风险，使用的温度范围是什么，涉及什么配合表面，以及零件是否是安全关键的。

对于轴承、衬套、齿轮、滑块和导轨零件，摩擦和磨损往往比单独的拉伸强度更重要。对于支架和结构件，抗蠕变性、刚度、螺钉凸台可靠性和尺寸稳定性至关重要。对于电梯相关应用，在材料替代之前必须明确认证边界和安全责任。

DEYU DGK定制范围

DEYU可调节基础树脂、玻璃纤维含量、碳纤维含量、芳纶纤维含量、PTFE含量、MoS2体系、抗冲改性剂、热稳定剂、阻燃性、导电性或抗静电功能、磨损方向、摩擦系数、拉伸强度、弯曲模量、冲击强度、尺寸稳定性、流动性、颜色和成本。

对于开发，DEYU建议客户提供当前的金属材料、零件应用、负载条件、温度范围、配合材料、滑动或旋转条件、润滑、当前故障模式、目标使用寿命、图纸或3D文件、公差、冲击或疲劳要求、阻燃要求、导电性或绝缘要求、样品（如果有）和客户测试标准。

结论

金属替代塑料不是模仿钢的普通塑料。它们是通过强度、刚度、耐磨性、低摩擦、自润滑、尺寸稳定性、低噪音、耐腐蚀和一体成型的平衡来替代选定金属零件的工程系统。

DEYU的DGK超强度金属替代平台涵盖增强PA66、耐磨POM、芳纶纤维、碳纤维、PTFE、MoS2, PPS、PPA、PEEK以及电梯配件、轴承、衬套、滚轮、滑块、导轨块、支架、齿轮和机械结构件的混合路线。

成功的以塑代钢需要材料选择、结构设计、成型验证、机械测试、磨损测试、公差控制和实际操作验证。最好的结果不是简单地用塑料代替金属，而是更轻、更安静、维护成本更低且集成度更高的机械部件。