在當今追求可持續發展的新時代，各行業都在積極探索環保、綠色的發展路徑。精密注塑行業也不例外，生物基材料的出現為其

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

著優勢，正逐漸成為精密注塑領域研究與應用的熱點方向。

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，如植物、微生物等為原料制備的材料。在精密注塑中應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、甘蔗汁等發酵制得，具有良好的生物相容性、熱穩定性和透明度；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性

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

（二）特性與優勢

可再生性：生物基材料的原料來源是可再生的生物質，這與傳統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提供源源不斷的原料，大大減少了對有限且不可再生的石油、天然氣等資源的依賴。

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

導致的土壤污染、海洋垃圾等環境問題。例如，聚羥基脂肪酸酯制成的產品在堆肥條件下，幾個月內即可實現顯著降解。

環境友好性：從整個生命周期來看，生物基材料在生產、使用和廢棄后的處理過程中，對環境的負面影響遠小于傳統塑料。其生

產過程中碳排放較低，廢棄后不會像傳統塑料那樣在環境中積累數百年甚至更久。

二、生物基材料在精密注塑中的應用現狀

（一）醫療領域

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

等生物基材料開始得到應用。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程中發生過敏等不良反應的風險。同時，

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

脂肪酸酯憑借其獨特的生物降解性和可調控的力學性能，能夠為細胞的生長和組織的修復提供適宜的微環境，具有廣闊的應用前景。

（二）電子消費產品

隨著消費者對環保產品的關注度不斷提高，電子消費產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用。如手機外殼、

平板電腦框架等產品，部分企業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綠色環保的品牌形象；

另一方面，一些生物基材料具有良好的機械性能和外觀質感，能夠滿足電子消費產品對強度、美觀等方面的要求。例如，某些以淀粉

基材料為基礎改性制備的生物基塑料，經過特殊

理后可用于制造電子設備的外觀部件，不僅具有一定的強度，還能呈現出獨特的紋理和光澤。

（三）汽車內飾

汽車行業同樣在探索生物基材料在精密注塑汽車內飾件中的應用。汽車內飾件使用生物基材料，不僅有助于減少車內有害氣體的揮發，提高車內空氣質量，還能降低汽車生產過程中的碳排放，符合汽車行業可持續發展的趨勢。像汽車座椅的塑料部件、儀表盤外殼等，部分企業已開始采用生物基材料進行制造。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械性能，可用于制造汽車內飾中的一些結構部件，既能保證產品的質量和使用壽命，又能體現汽車制造商的環保理念。

三、應用面臨的挑戰

（一）材料性能方面

力學性能相對較弱：與傳統石油基塑料相比，大多數生物基材料的力學性能，如拉伸強度、沖擊強度等仍有一定差距。在一些對零部件強度要求較高的精密注塑應用場景中，生物基材料可能無法完全滿足要求。例如，在制造高強度的機械零部件時，生物基材料目前還難以替代傳統工程塑料。處熱穩定性不足：生物基材料的熱穩定性普遍較差，在高溫環境下容易發生降解或變形，限制了其在一些高溫應用領域的使用。如在汽車發動機周邊零部件等需要承受較高溫度的場合，生物基材料的應用就受到很大限制。

（二）加工工藝方面

加工窗口較窄：生物基材料的加工對溫度、壓力、時間等工藝參數較為敏感，加工窗口相對較窄。例如，聚乳酸在注塑過程中，如果溫度控制不當，過高的溫度會導致材料降解，降低制品性能；而過低的溫度則會使材料流動性差，難以填充模具型腔，影響制品的成型質量。模具磨損問題：部分生物基材料在熔融狀態下具有一定的腐蝕性，長期使用可能會對注塑模具造成磨損，增加模具的維護成本和更換頻率。這對于精密注塑模具而言，是一個不容忽視的問題，因為模具的精度直接影響到產品的質量。

（三）成本方面

原材料成本高：目前生物基材料的生產規模相對較小，原材料的獲取和生產工藝的復雜性導致其成本普遍高于傳統塑料。例如，聚羥基脂肪酸酯的生產需要特定的微生物發酵過程，且發酵條件較為苛刻，使得其生產成本居高不下。生產效率較低：由于生物基材料的加工工藝難度較大，在生產過程中需要更多的時間和精力來調整工藝參數、優化生產流程，從而導致生產效率相對較低，進一步增加了生產成本。

四、應對策略及未來發展趨勢

（一）材料研發方向

共混與復合改性：通過將生物基材料與其他高性能材料進行共混或復合，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合，能夠顯著提高聚乳酸的力學性能和熱穩定性；將淀粉基材料與聚己二酸對苯二甲酸丁二酯（PBAT）共混，可改善淀粉基材料的加工性能和力學性能，拓寬其應用范圍。

新型生物基材料開發：加大對新型生物基材料的研發投入，尋找性能更優異、成本更低的生物基材料。例如，一些科研團隊正在研究利用海洋生物資源制備生物基材料，有望開發出具有獨特性能的新型生物基材料。

（二）加工工藝優化

工藝參數優化與模擬：借助先進的計算機模擬技術，對生物基材料的注塑工藝進行模擬分析，提前預測不同工藝參數下制品的成型質量，從而優化工藝參數，提高生產效率和產品質量。例如，通過模擬軟件可以精確計算出生物基材料在注塑過程中的熔體流動行為、溫度分布等，為工藝調整提供科學依據。

模具設計改進：針對生物基材料的特性，設計專門的注塑模具。例如，采用耐腐蝕的模具材料，優化模具的流道系統和冷卻系統，以提高生物基材料的成型性能，減少模具磨損，降低生產成本。

（三）成本控制策略

規模化生產：隨著市場對生物基材料需求的增加，加大生產規模，通過規模效應降低原材料和生產成本。例如，一些大型企業已經開始建設大規模的生物基材料生產基地，以提高生產效率，降低單位產品的成本。

生產技術創新：不斷創新生物基材料的生產技術，提高生產效率，降低生產過程中的能耗和物耗。例如，研發新的微生物發酵技術，縮短聚羥基脂肪酸酯等生物基材料的生產周期，提高原料轉化率，從而降低生產成本。

（四）未來發展趨勢

應用領域持續拓展：隨著生物基材料性能的不斷提升和成本的降低，其在精密注塑領域的應用領域將持續拓展。除了現有的醫療、電子、汽車等行業，在航空航天、食品包裝、建筑等領域也有望得到更廣泛的應用。例如，在航空航天領域，生物基材料的輕量化和環保特性使其有可能用于制造一些非關鍵結構部件和內飾件。

與智能注塑技術融合：未來生物基材料將與智能注塑技術深度融合。通過物聯網、人工智能等技術，實現對生物基材料注塑過程的實時監測和精準控制，進一步提高產品質量和生產效率。例如，利用傳感器實時監測注塑過程中生物基材料的溫度、壓力等參數，并通過人工智能算法自動調整工藝參數，確保生產過程的穩定性和產品質量的一致性。

五、結論

生物基材料憑借其可再生、生物降解和環境友好等特性，在精密注塑領域展現出了廣闊的應用前景。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，但隨著材料研發的不斷深入、加工工藝的持續優化以及成本控制策略的有效實施，這些問題將逐步得到解決。在新時代可持續發展理念的引領下，生物基材料在精密注塑中的應用將不斷拓展和深化，為推動精密注塑行業向綠色、環保、可持續方向發展發揮重要作用。各相關企業和科研機構應抓住機遇，加大投入，共同推動生物基材料在精密注塑領域的產業化應用和技術創新，實現經濟效益和環境效益的雙贏。