制作塑膠齒輪的各種原材料優(yōu)缺點(diǎn)分析
一、聚甲醛（POM）
優(yōu)點(diǎn)：
力學(xué)性能優(yōu)異：聚甲醛具有接近金屬的強(qiáng)度和剛性，抗拉強(qiáng)度可達(dá) 70MPa 以上，耐磨性能突出，摩擦系數(shù)低（0.1-0.3），適合制造高負(fù)載、高轉(zhuǎn)速的齒輪，如汽車門窗升降齒輪、電子設(shè)備傳動(dòng)齒輪。
耐疲勞性強(qiáng)：可承受反復(fù)交變載荷，長(zhǎng)期使用不易變形，壽命較長(zhǎng)。
尺寸穩(wěn)定性好：成型收縮率低（1.5%-3.0%），且受溫度影響小，適合精密齒輪加工，齒形精度能保持在 ±0.05mm 以內(nèi)。
耐化學(xué)性佳：對(duì)有機(jī)溶劑、油脂等有良好耐受性，不易被常見(jiàn)化學(xué)介質(zhì)腐蝕。
缺點(diǎn)：
熱穩(wěn)定性差：熔點(diǎn)約 175℃，注塑成型時(shí)溫度超過(guò) 240℃易分解，產(chǎn)生甲醛氣體，需嚴(yán)格控制加工溫度；長(zhǎng)期使用溫度不超過(guò) 100℃，否則易軟化。
缺口敏感性高：齒輪若存在尖角或缺口，受力時(shí)易開(kāi)裂，設(shè)計(jì)時(shí)需避免銳角結(jié)構(gòu)。
成型收縮率大：雖優(yōu)于多數(shù)塑料，但仍需在模具設(shè)計(jì)中預(yù)留足夠補(bǔ)償量，否則易導(dǎo)致齒輪尺寸偏差。
二、尼龍（PA，如 PA6、PA66）
優(yōu)點(diǎn)：
綜合性能均衡：抗拉強(qiáng)度 60-80MPa，沖擊韌性好（缺口沖擊強(qiáng)度 20-50kJ/m²），適合制造受沖擊載荷的齒輪，如電動(dòng)工具、家電傳動(dòng)齒輪。
自潤(rùn)滑性突出：分子結(jié)構(gòu)中含極性基團(tuán)，摩擦系數(shù)低（0.2-0.4），且耐磨耗，可減少齒輪嚙合噪音（比金屬齒輪噪音低 10-15dB）。
耐油性優(yōu)異：對(duì)潤(rùn)滑油、燃油等耐受性強(qiáng)，適用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)周邊齒輪（如油泵齒輪）。
易改性強(qiáng)化：通過(guò)添加玻璃纖維（如 30% GF 增強(qiáng) PA66），可提升強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度達(dá) 120MPa 以上）和尺寸穩(wěn)定性，降低成型收縮率（從 1.5% 降至 0.5%）。
缺點(diǎn)：
吸濕性強(qiáng)：常溫下吸水率約 1.5%-3.0%，吸水后尺寸膨脹（線性膨脹率 0.2%-0.4%），導(dǎo)致齒形精度下降，需提前進(jìn)行調(diào)濕處理。
耐候性較差：長(zhǎng)期暴露在紫外線或高溫環(huán)境中易老化，顏色變深，性能下降，需添加抗氧劑、紫外線吸收劑改善。
成型工藝要求高：熔融粘度對(duì)溫度敏感，注塑時(shí)需控制模溫在 80-120℃，否則易產(chǎn)生熔接痕。
三、聚碳酸酯（PC）
優(yōu)點(diǎn)：
高透明度與強(qiáng)度：透光率達(dá) 90% 以上，同時(shí)抗拉強(qiáng)度 60-70MPa，沖擊強(qiáng)度極高（缺口沖擊強(qiáng)度 60-80kJ/m²），適合制造需觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)的齒輪，如光學(xué)儀器、儀表齒輪。
耐熱性良好：熱變形溫度達(dá) 130-140℃，可在 - 40℃至 120℃環(huán)境下長(zhǎng)期使用，適用于對(duì)溫度要求較高的場(chǎng)景。
尺寸精度高：成型收縮率低（0.5%-0.8%），且蠕變性能好，長(zhǎng)期受力不易變形，齒形誤差可控制在 ±0.03mm。
缺點(diǎn)：
耐磨性不足：摩擦系數(shù)較高（0.4-0.6），無(wú)自潤(rùn)滑性，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易磨損，需搭配潤(rùn)滑脂使用，否則壽命較短。
耐化學(xué)性一般：易受堿、酮類溶劑腐蝕，接觸后表面易開(kāi)裂，不適合化工設(shè)備齒輪。
成型難度大：熔融粘度高，需高溫注塑（料筒溫度 280-320℃），且模溫需保持在 80-120℃，否則易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致齒輪開(kāi)裂。
四、聚苯醚（PPO/PPO+PS）
優(yōu)點(diǎn)：
優(yōu)異的耐熱與絕緣性：熱變形溫度達(dá) 170-200℃，長(zhǎng)期使用溫度 120-140℃，且介電性能穩(wěn)定，適合制造電機(jī)、電子設(shè)備中的齒輪。
尺寸穩(wěn)定性極佳：成型收縮率僅 0.2%-0.7%，吸水率＜0.1%，幾乎不受濕度影響，適合精密齒輪（如鐘表、儀器齒輪）。
耐化學(xué)性強(qiáng)：對(duì)酸、堿、油脂耐受性好，優(yōu)于 PC 和尼龍，可用于接觸化學(xué)介質(zhì)的場(chǎng)景。
缺點(diǎn)：
加工性差：純 PPO 熔融粘度極高，需與 PS 共混（PPO+PS）改善流動(dòng)性，但共混后強(qiáng)度下降（抗拉強(qiáng)度 40-60MPa），需權(quán)衡性能。
成本較高：原材料價(jià)格比 PA、POM 高 30%-50%，限制了在普通齒輪中的應(yīng)用。
缺口沖擊強(qiáng)度低：純 PPO 缺口沖擊強(qiáng)度約 20kJ/m²，共混后提升至 30-40kJ/m²，但仍低于 PA，設(shè)計(jì)時(shí)需避免應(yīng)力集中。
五、聚丙烯（PP）
優(yōu)點(diǎn)：
成本低廉：原材料價(jià)格僅為 PA 的 1/3，適合制造低負(fù)載、低成本齒輪，如玩具、日用品齒輪。
成型性優(yōu)異：熔融粘度低，注塑溫度范圍寬（180-240℃），模溫要求低（20-60℃），生產(chǎn)效率高，廢品率低。
耐候性與耐蝕性好：耐酸、堿、鹽溶液腐蝕，且耐候性優(yōu)于 PA，戶外使用不易老化。
缺點(diǎn)：
力學(xué)性能弱：抗拉強(qiáng)度 25-35MPa，硬度低（邵氏硬度 D50-60），僅適用于輕載、低速場(chǎng)景（如風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪），無(wú)法承受高扭矩。
耐熱性差：熱變形溫度約 80-100℃，高溫下易軟化，使用溫度不超過(guò) 80℃。
收縮率大：成型收縮率 1.5%-2.5%，且方向性明顯，齒輪尺寸精度難以控制，齒形誤差可達(dá) ±0.1mm 以上。
六、聚醚醚酮（PEEK）
優(yōu)點(diǎn)：
高端性能突出：抗拉強(qiáng)度 90-100MPa，耐溫性極強(qiáng)（長(zhǎng)期使用溫度 260℃，短期可達(dá) 300℃），適合航空航天、醫(yī)療器械等極端環(huán)境齒輪。
耐磨損與耐化學(xué)性：摩擦系數(shù) 0.1-0.2，且耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑，甚至耐輻射，性能遠(yuǎn)超普通工程塑料。
尺寸穩(wěn)定性極佳：成型收縮率 0.2%-0.5%，吸水率＜0.1%，在高溫高濕環(huán)境中仍能保持齒形精度。
缺點(diǎn)：
成本極高：原材料價(jià)格是 PA 的 10 倍以上，僅用于高端領(lǐng)域，無(wú)法普及。
加工難度大：需高溫高壓成型（注塑溫度 380-400℃，模溫 150-200℃），設(shè)備要求高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。
總結(jié)與選擇建議
高負(fù)載、耐磨場(chǎng)景：優(yōu)先選 POM 或增強(qiáng)尼龍（如 30% GF-PA66），兼顧強(qiáng)度與自潤(rùn)滑性；
精密、耐溫需求：選 PC 或 PPO，前者透明高強(qiáng)，后者耐溫穩(wěn)定；
低成本、輕載場(chǎng)景：選 PP，降低成本且成型容易；
極端環(huán)境：選 PEEK，但需承受高成本；
設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合齒輪工況（負(fù)載、轉(zhuǎn)速、溫度、介質(zhì)）、精度要求及成本預(yù)算，綜合權(quán)衡材料優(yōu)缺點(diǎn)，必要時(shí)通過(guò)改性（如添加玻纖、潤(rùn)滑劑）優(yōu)化性能。
