在當(dāng)今追求可持續(xù)發(fā)展的新時(shí)代，各行業(yè)都在積極探索環(huán)保、綠色的發(fā)展路徑。精密注塑行業(yè)也不例外，生物基材料的出現(xiàn)為其

注入了新的活力。生物基材料以可再生資源為原料，在降低對(duì)化石燃料依賴、減少碳排放以及緩解塑料廢棄物污染等方面具有顯

著優(yōu)勢(shì)，正逐漸成為精密注塑領(lǐng)域研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)方向。

一、生物基材料概述

（一）定義與分類

生物基材料是指利用可再生生物質(zhì)，如植物、微生物等為原料制備的材料。在精密注塑中應(yīng)用較為廣泛的生物基材料主要包括聚

乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）等聚酯類生物基材料，以及淀粉基生物降解塑料等。聚乳酸

由玉米淀粉、甘蔗汁等發(fā)酵制得，具有良好的生物相容性、熱穩(wěn)定性和透明度；聚羥基脂肪酸酯則是微生物在一定條件下合成的

可完全生物降解的聚酯，其種類多樣，性能各異；聚丁二酸丁二醇酯由丁二酸和丁二醇縮聚而成，具備較好的加工性能和力學(xué)性

能；淀粉基生物降解塑料通常以淀粉為主要原料，通過(guò)與其他聚合物共混改性制備，成本相對(duì)較低。

（二）特性與優(yōu)勢(shì)

可再生性：生物基材料的原料來(lái)源是可再生的生物質(zhì)，這與傳統(tǒng)依賴化石燃料的塑料原料截然不同。以玉米為例，每年的玉米收

獲季都能為聚乳酸的生產(chǎn)提供源源不斷的原料，大大減少了對(duì)有限且不可再生的石油、天然氣等資源的依賴。

生物降解性：在自然環(huán)境中，生物基材料可被微生物分解為水、二氧化碳和其他無(wú)害物質(zhì)，從而避免了傳統(tǒng)塑料廢棄物長(zhǎng)期存在

導(dǎo)致的土壤污染、海洋垃圾等環(huán)境問(wèn)題。例如，聚羥基脂肪酸酯制成的產(chǎn)品在堆肥條件下，幾個(gè)月內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)顯著降解。

環(huán)境友好性：從整個(gè)生命周期來(lái)看，生物基材料在生產(chǎn)、使用和廢棄后的處理過(guò)程中，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)塑料。其生

產(chǎn)過(guò)程中碳排放較低，廢棄后不會(huì)像傳統(tǒng)塑料那樣在環(huán)境中積累數(shù)百年甚至更久。

二、生物基材料在精密注塑中的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）醫(yī)療領(lǐng)域

在醫(yī)療精密注塑產(chǎn)品中，生物基材料的應(yīng)用已取得一定進(jìn)展。例如，在一些一次性醫(yī)療器械如注射器、輸液器等的制造中，聚乳酸

等生物基材料開(kāi)始得到應(yīng)用。這些材料具有良好的生物相容性，能有效降低患者在使用過(guò)程中發(fā)生過(guò)敏等不良反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，

其可降解特性也為醫(yī)療廢棄物的處理提供了便利，減少了醫(yī)療垃圾對(duì)環(huán)境的污染。此外，在組織工程支架等高端醫(yī)療產(chǎn)品中，聚羥基

脂肪酸酯憑借其獨(dú)特的生物降解性和可調(diào)控的力學(xué)性能，能夠?yàn)榧?xì)胞的生長(zhǎng)和組織的修復(fù)提供適宜的微環(huán)境，具有廣闊的應(yīng)用前景。

（二）電子消費(fèi)產(chǎn)品

隨著消費(fèi)者對(duì)環(huán)保產(chǎn)品的關(guān)注度不斷提高，電子消費(fèi)產(chǎn)品制造商也在積極尋求生物基材料在精密注塑零部件中的應(yīng)用。如手機(jī)外殼、

平板電腦框架等產(chǎn)品，部分企業(yè)已嘗試采用生物基材料。一方面，生物基材料的可再生和可降解屬性符合企業(yè)綠色環(huán)保的品牌形象；

另一方面，一些生物基材料具有良好的機(jī)械性能和外觀質(zhì)感，能夠滿足電子消費(fèi)產(chǎn)品對(duì)強(qiáng)度、美觀等方面的要求。例如，某些以淀粉

基材料為基礎(chǔ)改性制備的生物基塑料，經(jīng)過(guò)特殊

理后可用于制造電子設(shè)備的外觀部件，不僅具有一定的強(qiáng)度，還能呈現(xiàn)出獨(dú)特的紋理和光澤。

（三）汽車(chē)內(nèi)飾

汽車(chē)行業(yè)同樣在探索生物基材料在精密注塑汽車(chē)內(nèi)飾件中的應(yīng)用。汽車(chē)內(nèi)飾件使用生物基材料，不僅有助于減少車(chē)內(nèi)有害氣體的揮發(fā)，提高車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量，還能降低汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放，符合汽車(chē)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。像汽車(chē)座椅的塑料部件、儀表盤(pán)外殼等，部分企業(yè)已開(kāi)始采用生物基材料進(jìn)行制造。例如，聚丁二酸丁二醇酯與其他材料共混制備的生物基塑料，具有較好的耐熱性和機(jī)械性能，可用于制造汽車(chē)內(nèi)飾中的一些結(jié)構(gòu)部件，既能保證產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命，又能體現(xiàn)汽車(chē)制造商的環(huán)保理念。

三、應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

（一）材料性能方面

力學(xué)性能相對(duì)較弱：與傳統(tǒng)石油基塑料相比，大多數(shù)生物基材料的力學(xué)性能，如拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等仍有一定差距。在一些對(duì)零部件強(qiáng)度要求較高的精密注塑應(yīng)用場(chǎng)景中，生物基材料可能無(wú)法完全滿足要求。例如，在制造高強(qiáng)度的機(jī)械零部件時(shí)，生物基材料目前還難以替代傳統(tǒng)工程塑料。處熱穩(wěn)定性不足：生物基材料的熱穩(wěn)定性普遍較差，在高溫環(huán)境下容易發(fā)生降解或變形，限制了其在一些高溫應(yīng)用領(lǐng)域的使用。如在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)周邊零部件等需要承受較高溫度的場(chǎng)合，生物基材料的應(yīng)用就受到很大限制。

（二）加工工藝方面

加工窗口較窄：生物基材料的加工對(duì)溫度、壓力、時(shí)間等工藝參數(shù)較為敏感，加工窗口相對(duì)較窄。例如，聚乳酸在注塑過(guò)程中，如果溫度控制不當(dāng)，過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致材料降解，降低制品性能；而過(guò)低的溫度則會(huì)使材料流動(dòng)性差，難以填充模具型腔，影響制品的成型質(zhì)量。模具磨損問(wèn)題：部分生物基材料在熔融狀態(tài)下具有一定的腐蝕性，長(zhǎng)期使用可能會(huì)對(duì)注塑模具造成磨損，增加模具的維護(hù)成本和更換頻率。這對(duì)于精密注塑模具而言，是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，因?yàn)槟＞叩木戎苯佑绊懙疆a(chǎn)品的質(zhì)量。

（三）成本方面

原材料成本高：目前生物基材料的生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較小，原材料的獲取和生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性導(dǎo)致其成本普遍高于傳統(tǒng)塑料。例如，聚羥基脂肪酸酯的生產(chǎn)需要特定的微生物發(fā)酵過(guò)程，且發(fā)酵條件較為苛刻，使得其生產(chǎn)成本居高不下。生產(chǎn)效率較低：由于生物基材料的加工工藝難度較大，在生產(chǎn)過(guò)程中需要更多的時(shí)間和精力來(lái)調(diào)整工藝參數(shù)、優(yōu)化生產(chǎn)流程，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率相對(duì)較低，進(jìn)一步增加了生產(chǎn)成本。

四、應(yīng)對(duì)策略及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

（一）材料研發(fā)方向

共混與復(fù)合改性：通過(guò)將生物基材料與其他高性能材料進(jìn)行共混或復(fù)合，可有效改善生物基材料的性能。例如，將聚乳酸與納米纖維素復(fù)合，能夠顯著提高聚乳酸的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性；將淀粉基材料與聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBAT）共混，可改善淀粉基材料的加工性能和力學(xué)性能，拓寬其應(yīng)用范圍。

新型生物基材料開(kāi)發(fā)：加大對(duì)新型生物基材料的研發(fā)投入，尋找性能更優(yōu)異、成本更低的生物基材料。例如，一些科研團(tuán)隊(duì)正在研究利用海洋生物資源制備生物基材料，有望開(kāi)發(fā)出具有獨(dú)特性能的新型生物基材料。

（二）加工工藝優(yōu)化

工藝參數(shù)優(yōu)化與模擬：借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，對(duì)生物基材料的注塑工藝進(jìn)行模擬分析，提前預(yù)測(cè)不同工藝參數(shù)下制品的成型質(zhì)量，從而優(yōu)化工藝參數(shù)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。例如，通過(guò)模擬軟件可以精確計(jì)算出生物基材料在注塑過(guò)程中的熔體流動(dòng)行為、溫度分布等，為工藝調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。

模具設(shè)計(jì)改進(jìn)：針對(duì)生物基材料的特性，設(shè)計(jì)專門(mén)的注塑模具。例如，采用耐腐蝕的模具材料，優(yōu)化模具的流道系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，以提高生物基材料的成型性能，減少模具磨損，降低生產(chǎn)成本。

（三）成本控制策略

規(guī)模化生產(chǎn)：隨著市場(chǎng)對(duì)生物基材料需求的增加，加大生產(chǎn)規(guī)模，通過(guò)規(guī)模效應(yīng)降低原材料和生產(chǎn)成本。例如，一些大型企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)大規(guī)模的生物基材料生產(chǎn)基地，以提高生產(chǎn)效率，降低單位產(chǎn)品的成本。

生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新：不斷創(chuàng)新生物基材料的生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)過(guò)程中的能耗和物耗。例如，研發(fā)新的微生物發(fā)酵技術(shù)，縮短聚羥基脂肪酸酯等生物基材料的生產(chǎn)周期，提高原料轉(zhuǎn)化率，從而降低生產(chǎn)成本。

（四）未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)拓展：隨著生物基材料性能的不斷提升和成本的降低，其在精密注塑領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒊掷m(xù)拓展。除了現(xiàn)有的醫(yī)療、電子、汽車(chē)等行業(yè)，在航空航天、食品包裝、建筑等領(lǐng)域也有望得到更廣泛的應(yīng)用。例如，在航空航天領(lǐng)域，生物基材料的輕量化和環(huán)保特性使其有可能用于制造一些非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件和內(nèi)飾件。

與智能注塑技術(shù)融合：未來(lái)生物基材料將與智能注塑技術(shù)深度融合。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物基材料注塑過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)控制，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。例如，利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注塑過(guò)程中生物基材料的溫度、壓力等參數(shù)，并通過(guò)人工智能算法自動(dòng)調(diào)整工藝參數(shù)，確保生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

五、結(jié)論

生物基材料憑借其可再生、生物降解和環(huán)境友好等特性，在精密注塑領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。盡管目前在材料性能、加工工藝和成本等方面還面臨諸多挑戰(zhàn)，但隨著材料研發(fā)的不斷深入、加工工藝的持續(xù)優(yōu)化以及成本控制策略的有效實(shí)施，這些問(wèn)題將逐步得到解決。在新時(shí)代可持續(xù)發(fā)展理念的引領(lǐng)下，生物基材料在精密注塑中的應(yīng)用將不斷拓展和深化，為推動(dòng)精密注塑行業(yè)向綠色、環(huán)保、可持續(xù)方向發(fā)展發(fā)揮重要作用。各相關(guān)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)抓住機(jī)遇，加大投入，共同推動(dòng)生物基材料在精密注塑領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏。