你了解过塑料齿轮的常用材料吗？

塑料齿轮在玩具、家用器械、医疗设备、工业机械等行业应用很常见。相比于金属齿轮，塑料齿轮的成本更低，重量较轻，加工设计更灵活，适用于大批量注塑生产，基本不需要后加工，生产工序少，而且其强度和刚度等性能接近于金属材料，有些性能还优于金属材料。

塑料齿轮

那么制作塑料齿轮的材料都有哪些呢？通常制作齿轮的塑料有：聚甲醛、尼龙（聚酰胺PA）、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜和热塑性聚酯弹性体等。

1、聚甲醛（POM）

从使用性能、工艺性能和经济性等方面综合考虑，选用POM（聚甲醛）作为齿轮材料的确是一种很好的选择，用通俗一些的话语来评价就是“POM作为齿轮材料的性价比高”。

POM具有优异的综合性能，其强度高，刚性好，抗冲击，耐疲劳，蠕变性能较好，自润滑性能优良，摩擦系数小且耐磨性好，吸水较小，耐高温，同时制品尺寸稳定，适用于制造各类齿轮、轴承、其他传动零件、管道器件（如管道阀门、泵壳体）和草坪设备等。

有关POM的注塑模工艺条件如下。

知识要点：什么是均聚物？在合成高分子时，由一种单体成分反应生成的聚合物。而由两种以上单体共聚而成的聚合物则称为共聚物。

POM的化学和物理特性: POM是一种坚韧且有弹性的材料，即使在低温下仍然具有很好的抗蠕变特性，以及良好的几何稳定性和抗冲击特性。POM既有均聚物材料，也有共聚物材料。均聚物材料具有很好的延展强度、抗疲劳强度，但是加工不容易；共聚物材料则有很好的热稳定性和化学稳定性，而且还易于加工。无论是均聚物材料还是共聚物材料，它们都是结晶性材料，且不易吸收水分。POM的高结晶程度导致它具有相当高的收缩率，可以高达到2%~3.5%。注意：对于各种不同的增强型材料有不同的收缩率。

2、聚酰胺(PA，俗称“尼龙”)

PA为韧性角状半透明或乳白色结晶性树脂。PA具备良好的综合性能（包括力学性能、耐磨损性、耐热性、耐化学药品性和自润滑性等），其摩擦系数低，具有一定的阻燃性，制品易于加工，适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性，从而提高性能和扩大应用范围。PA的品种繁多，例如有PA46、PA6、PA66、PAll、PAl2、PA610、PA612、PAl010等，以及近几年开发的半芳香族尼龙PA6T和特种尼龙等很多新品种。PA中的主要品类是尼龙6和尼龙66。尼龙中的尼龙66的硬度、刚性最高，但韧性最差。尼龙的熔体流动性好，因而其制品壁厚可以被设计小至1mm。

在尼龙中，尼龙46、尼龙6和尼龙66可用于制作齿轮。

3、聚醚醚酮（PEEK）

这是一种高性能等的工程塑料，可用作齿轮材料。它在高温时，具有较好的性能，如抗化学腐蚀能力，以及有适应极端的机械应力，而其本身还具有一定的阻燃性和难燃性。可以在260°C环境下连续使用，可以和所有的润滑剂相容以高效应用在航天航空上，同时具有较好的滑动摩擦性。

4、聚苯硫醚（PPS）

线性聚苯硫醚具有较高的耐高温性能，具有良好的化学性能和抗疲劳性。

聚苯硫醚常被用于制作齿轮，例如，此类齿轮在高温230°C时仍有较好的尺寸稳定性。在工业泵中，聚苯硫醚齿轮能够抵抗热和腐蚀的流体。由于聚苯硫醚具有良好的尺寸稳定性，其应用范围较广，如在电脑打印机上用作机器内部齿轮。

5、聚砜

聚砜是分子主链中含有烃基-SO2-烃基链节的热塑性树脂，分普通双酚A型PSF（即通常所说的老聚砜PSF）、聚芳砜（PAS）和聚醚砜（PES）三种。

聚砜硬度和冲击强度高，属于无毒材料，其耐热、耐寒性和耐老化性好，具有自熄性，可以在-100°C~175°C环境下长期使用，还具有良好的综合电性能。在机械工业中，可以将它用于制造钟表壳体及零件、复印机及照相机等零件，可用作食品机械的热水阀、冷冻系统器具、传动零部件等。在聚砜塑料中加入聚四氟乙烯或石墨等耐磨填料后，可以用作高温负荷的轴承、活塞环、轴承保持架、热水测量仪表、温水泵泵体和叶轮等，还可用于制造汽车上的仪表盘、分速器盖、护板、滚珠轴承保持架、发动机齿轮、止推环等；此外，飞机上的热空气导管和框窗等亦可采用聚砜材料制作。

6、热塑性聚酯弹性体（TPEE）

TPEE（热塑性聚酯弹性体）是含有聚酯硬段和聚醚软段的嵌段共聚物，其中，聚醚软段和未结晶的聚酯形成无定形相（非晶相），聚酯硬段部分结晶形成结晶微区（结晶相），起物理交联点的作用。TPEE具有橡胶的弹性和工程塑料的强度；软段赋予它弹性，使它象橡胶；硬段赋予它加工性能，使它类比工程塑料；与橡胶相比，它具有更好的加工性能和更长的使用寿命；与工程塑料相比，同样具有强度高的特点，而柔韧性和动态力学性能更好。

TPEE主要用于要求减震、耐冲击、耐曲挠、密封性和弹性、耐油、耐化学品并要求足够强度的领域，例如这些应用：聚合物改性、汽车部件、耐高低温电线护套、液压软管、鞋材、传动皮带、旋转成型轮胎、挠性连轴节、消音齿轮、电梯滑道、化工设备管道阀件中的防腐耐磨耐高低温材料等。TPEE高性能的产品牌号有美国杜邦公司的TPEE 5526、5556、4056、4069等，在电线电缆及密封件等产品上应用广泛。另外，在汽车工业、电子电气行业、工业零部件和体育用品等领域也有普遍应用案例，例如用于生产汽车安全气囊盖板、汽车进气管、溜冰鞋轮、耐高低温电线护套及高档静音齿轮等。

7、聚酰亚胺（PEI）

聚酰亚胺树脂（PEI）具有高模量，其本身阻燃、耐温，抗化学性能好，较佳的润滑等级提供高耐磨性，以及减少噪音，可以在170°C高温下连续使用。和其他无定型聚合物一样，聚酰亚胺具有较低的收缩性。

聚酰亚胺具有较好的强度、耐磨性能和尺寸稳定性，如果添加玻纤（质量百分比30%），还可以提高其物理机械性能。未填充的聚合物，其润滑性不是很高，此时可以通过添加聚四氟乙烯等来提高其润滑性。

总结

A、对于在塑料齿轮中应用的塑料而言，可以将它们分成以下两种类型。

B、对于塑料齿轮应用的添加剂，可以将它们分为两类：一类是减少摩擦性的，另一类是提高耐热性和机械性能的。低摩擦添加物包括聚四氟乙烯、石墨和硅氧烷及二硫化钼；提高强度和热性能的增强材料包括玻璃和碳纤维。注意：芳族聚酰胺纤维可提高耐磨性性，减少齿轮的摩擦系数。

C、齿轮材料的选择经验

可以根据使用的环境来选择齿轮材料，例如，假设齿轮是为玩具用而设计的，那么可以选择POM材料来制作齿轮。在玩具应用场景下，POM齿轮是非常不错的选择，因为POM具有较高的耐磨性，又耐高温，足够满足玩具在高速传动下使用。如果是在复杂的环境下使用，比如要求承载大又要求耐高温，那么建议选用PA齿轮（尼龙齿轮）比较合适，因为尼龙齿轮具有较强的耐磨性，可以在-80°C~125°C范围内连续工作，如果采用“PA+玻纤”混合材料，那么齿轮硬度就更大了。如果要求满足齿轮运转时静音的话，那么可以采用TPEE材料的齿轮，一般情况下，在齿轮组设计一个TPEE齿轮用作消音齿，以达到很好的消音效果。但此类消音齿轮质地软，耐磨程度不高，故通常情况下在一个齿轮组内只设计一个消音齿，如果设计太多的消音齿轮，那么整个齿轮组的强度和刚度便不行，概括地来说就是整体承载差。