跟上潮流!工程塑料四大改性趋势大有可为

■资料来源: CPRJ 中国塑料橡胶

前言

工程塑料是指一类可以作为工程结构件的塑料,因其具有密度小、比强度高、优良的耐磨性和低摩擦系数、高耐热性、电绝缘性、化学稳定性、耐酸/硷、可自由著色、易改性、加工性好等明显优势,

在汽车、电子、电气、通讯、交通、航天航空、机械等领域得到广泛应用, 已成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志之一。工 程塑料的改性 由于单一树脂性能存在局限,而人们对材 料低成本化、高性能化和性能多样化等方面的要求越来越高,各种工程塑料改性品种应运而生。工程塑料可通 过物理、化学或者物理和化学相结合的方法实现,包括共混(合金化)、共聚(接枝)和填充增强等。改性可使工程塑料的性能得到明显改善,另外可以使得一种聚 合物基体生产多种不同用途的产品,​​​​生产操作弹性大, 易于实现一机多用,实现产品的系列化和专用化。

工程塑料介绍

工程塑料是指可以作为结构材料承受机械应力、能在较 宽的温度范围和较为苛刻的化学及物理环境中使用的 塑料材料。工程塑料可分为通用工程塑料和特种工程塑 料两大类。通用工程塑料通常是指以大规模工业化生产的、应用范围较广的5种塑料,即聚酰胺(尼龙,PA)、 聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚酯( 主要是PBT ) 及聚苯醚(PPO)。特种工程塑料是指性能更加优异独特、 尚未大规模工业化生产或生产规模较小、用途相对较窄的一些塑料,如聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSF )、聚醚酮(PEK)、液晶聚合物(LCP)等。工程塑料性 能优良,可替代金属作结构材料,被广泛应用了电子电 气、交通运输、机械设备及日常生活用品等领域。

工程塑料的应用领域

目前,工程塑料主要应用于车辆、机械设备、电子电气、 家电、建材、医疗器械、军用装备、薄膜等。 2005年以来,工程塑料广泛应用于汽车、电子电气行业。汽车行业正朝着注重环保、安全、健康的方向发展,节能与环保成为汽车工业的两大课题,而轻量化、舒适化、节能化是汽车发展的最新趋势,这一趋势加速了汽车塑料化的进程。

塑料以其重量轻、设计空间大、制造成本低、性能优异、功能广泛等特点,最终使汽车在轻量化、安全性和制造成本等方面获得更多突破,从而成为21世纪汽车工业最好的选择。

同时,国内汽车零部件的加工水平正在迅速提高,新 的加工设备、加工工艺被大量地采用,从而使工程塑料的 应用水平和用量得以不断提升。电子电器向来是工程塑料的主要应用领域,其消耗量占到总用量的40%以上,随着中国电器产品出口量的逐年增加,工程塑料的用量呈上涨趋势,中国是世界制造业大国,尽管国内产品的技术含量和附加值都还很低,但并不影响制造业对工程塑料的巨大需求,特別是迫於成本压力,市场对材料本土化的要求越来越明显,这为工程塑料提供了广阔的应用前景。

图 1:工程塑料三角分析图

工程塑料改性的趋势

工程塑料改性的趋势在于:

1.通用塑料工程化。热塑性通 用塑料产量大、成本低,为提高力学性能和耐热性,可采用增强、填充和合金化等技术实现高性能化,在一定场合替代工程塑料,同时降低成本。特別是PP复合材料及合金,由于其高性价比,已成为汽车领域中用量最大的塑料品种。

2.通用工程塑料高性能化。通用工程塑料通过共聚、共混合金化和复合材料化,其力学性能、耐热性、耐久性等得到较大幅度提高,在一些场合可替代特种工程塑 料使用。另外,通过改性,赋予工程塑料磁、电、抗菌等功能性是今后高性能化的重要方向,特別是随着高性能碳纤维、碳纳米管、石墨烯制备工艺的成熟,工程塑料的高性能化、多功能化更加大有可为。

3.特种工程塑料低成本化。由于高昂的市场价格,特种工程塑料的应用往往局限於军工产品,而只有低成本化后才能实现在民用产品的规模推广,从而扩大应用范围和领域。

低成本化的路径有以下几种,一是与通用塑料和通用 工程塑料共混、合金化,填充、增强等;二是单体来源的 低成本路径;三是大规模生产。 4.原料、工艺和产品绿色化。随着全社会环保意识的增强,来自可再生资源、绿色工艺制备的工程塑料才是符合大众预期的安全产品,可降 解、可再生产品的需求越来越迫切。未来的工程塑料不仅 可以回收利用,还可以做到原料和工艺的绿色化。

图 2:工程塑料图

结论

专家们认为,未来5年工程塑料发展的潮流将是高 性能化和低成本化。一些具有耐高温、耐磨、导电、 电磁遮罩功能的高性能工程塑料将获得较快发展。此外,在工程塑料分子设计与制造过程中会特別注意保 护环境、重复利用等理念。工程塑料应用 工程塑料主 要应用在汽车、电子电气、机械、交通运输、建筑、 化工、国防军工等领域。据统计,2015年全球工程 塑料需求已经达到2000万吨,预计2020年将达到 2910万吨。在汽车领域的应用 工程塑料作为最重要 的汽车轻量化材料,在汽车行业的使用量增长迅速, 它能使零部件的品质减轻40%左右。

汽车每减少100kg自重,每百公里油耗可节省0.3~0.5 升,每公里CO2排放可减少8~11克。此外,汽车零 部件塑料化目的还在于提高零部件的功能、简化制造 工艺、提高汽车的舒适性和安全性、降低生产和维护成本,并赋予更高的设计自由度。从应用的部件来看, 无论是外装饰件、内装饰件,还是功能与结构件,随 处可见工程塑料制件的身影。随着工程塑料硬度、强度、韧性等性能的不断提高,塑料车窗、车门、骨架 乃至全塑汽车随之出现,汽车塑化进程也将进一步加 快。 ■

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