盘点中国改性塑料发展动向与趋势

■资料来源:CPRJ 中国塑料橡胶

前言

塑料填充改性是近年来塑料工业中发展最快的新行业。 目前中国汽车、家电、通信、高档工具等对改性塑料的 需求量较大。消费升级、市场拉动,国民经济快速增长, 新材料、新技术不断出现,通过改性可使塑料的功能化、 轻量化、环保化的优势得到充分展现,这些都将带动对 改性塑料的大量需求。改性塑料是以改善或提高塑料物 理性能为目的,通过共混、填充、增强、共聚、交联等 方法对通用塑料和工程塑料进行改性,从而达到目的。
塑料填充改性是近年来发展最快的塑料工业中的新行 业。随着塑料工业的飞速发展,填充母料已不再单一的 应用为填充材料,人们通过更先进的工艺从开炼、密炼 的生产方式,加入无机材料、化学助剂等多种材料后凸 现出各自的特点和共性,进而采用双螺杆挤出机、三螺 杆挤出机进行混炼挤出,已成为人们改善塑料制品特殊 性能的重要途径和方法。

应用需求量大

目前中国汽车、家电、通信、高档工具等对改性塑料的 需求量较大。首先是汽车实现轻量化,又要达到应用要 求,而单一树脂难以实现应用要求,塑料改性已成为不 可或缺的重要技术与材料。 2017年,中国汽车总产量 达到2901.54万辆,对改性塑料的需求量超过500万 吨,并且呈现快速增长态势。中钢集团马鞍山新材料有限公司研制的中空玻璃微珠,密度 0.28g/cm3~0.6g/ cm3,加入 PA、PP、PC、ABS 等树脂中,物理性能 提高的同时,密度明显降低。

其次是家电行业。目前,各种家电产品中有许多塑料 零部件替代了金属零部件,对各种塑料的年需求量和 对改性塑料的需求量两位数增长,并在逐年递增。中 节能集团江西新材料有限公司研制成功微细石英粉应 用于塑料、橡胶,降低磨耗10%、提高冲击密度、绝 缘性和化学稳定性。
第三,各种改性塑料在通讯行业中的应用优势凸现, 笔记本电脑外壳、底板,手机等零部件大都使用改性 塑料。如ABS/碳纤维、PA/碳纤维、PP/碳纤维、树 脂/硅微粉等材料,这类新的高强度塑料功能材料已 逐渐替代金属材料。宁波博利隆复合材料科技有限公 司李志刚高工潜心研究碳纤维/树脂多种材料,应用 在笔记本电脑、汽车、智能机械等行业,被称为“隐 形冠军”。
第四,随着各种电动工具绝缘性、阻燃性、轻量化等 方面的要求不断提高,塑料改性可以使其功能得到改 善或提高,从而达到产品的应用要求。采用南京金来 旺塑料技术有限公司研制的改性剂,可降低无机粉体吸油值10%以上,提高塑料制品光泽性、韧性和冲击 强度。
第五,改性塑料在铁路、军工、医用、航天等方面的 应用越来越广泛。人造器官、人工骨关节及耐高温、 耐老化、高强度的功能改性塑料对高科技的快速发展 起到了积极作用。广州金发科技股份有限公司生产的 PP、PA、ABS、PS与滑石、硅灰石、云母及硅酮粉、 碳纤维等多种复合改性材料,已应用于汽车、医疗、 军工等行业。

第六,生物基塑料是新型生物降解材料,以可再生的 植物类资源中提取的可完全降解的原料聚合而成,废 弃后可以在自然环境中降解消纳,从而减少对环境的 污染,称为绿色塑料。生物基塑料在生物医药、绿色 医疗器材、汽车装饰、电子电器及一次性日用品等方 面具有非常广阔的市场发展前景。

生物基塑料通过改性、填充、发泡等加工工艺,可提 高材料的性能,降低生产成本,扩大应用领域。中科 院宁波材料研究所朱锦研究员深入研究了聚乳酸的改 性与应用。广州碧嘉材料科技有限公司生产的聚乳酸改性、发泡、3D打印、射出、片材等专用料,使聚 乳酸耐热温度超过100℃,降低材料成本,扩大了市 场应用领域。

改性塑料发展现状-填充改性

填充母料是以降低生产成本为主要目的,大都采用价 格低廉、来源广泛的无机粉体或工业废物做为填充材 料,并加入适量的助剂和合成树脂生产而成。重质碳 酸钙填充母料是塑料工业中应用较广泛的填充改性材 料,生产厂家遍及全国各地,年产量超过500万吨。天津玉泉工贸有限公司采用共混、挤出、造粒环保生 产工艺制成颗粒状母料,产品主要应用在吸塑、射出、 压延等烯烃类塑料制品中,已成为降低塑料制品生产 成本、改善产品性能、扩大应用领域的重要措施和手 段。福建东南新材料有限公司研制的PLA/CaCO3包 装薄膜,添加钙粉50%以上,降低了原料成本,也 有利于丟弃后的制品完全自然降解。

轻质碳酸钙广泛应用于聚氯乙烯管材、异型材、板材 等产品中,广东东莞市澳达化工有限公司研制的功能 改性剂应用于PVC制品中,可提高冲击强度60%、伸长率200%,增加填充材料的用量,改善塑料制品 的收缩率及外观效果等。近年来,轻钙在生产过程中 耗能高、污染大,受到国家环保政策的限制,有很 塑料制品逐渐用重质碳酸钙替代轻质碳酸钙。

改性母料

改性母料是在填充母料基础上发展起来的新的改性材 料。在树脂中加入玻璃纤维、滑石粉、云母、硅灰石、 硫酸钡、高岭土等无机材料,或在加工中添加具有特 殊性能的合成树脂或助剂,如:抗老化剂、抗氧剂、 阻燃剂等助剂或POE、EVA等,这些复合材料在应用 中发挥不同材料的功能特性。如汽车保险杠、仪表盘、 汽车内装饰件等,采用PP+滑石粉,具有提高冲击强 度、改善弯曲模量、降低收缩率、降低车辆撞击造成 的刚性损失等优点。大连环球科技股份有限公司研制 的树脂/硅灰石/硅酮粉改性母料,用于汽车发动机 周边和大灯支架等塑料零部件,可改善物理性能,提 高塑料制品热变形温度40%~ 60%。
河北金天塑胶新材料有限公司生产的钢塑热熔胶、相 容剂等产品,用于金属/木粉/矿料/塑料多元复合 材料,改善不同材料的相容性,提高力学性能。

功能改性

塑料中加入石墨烯、硅酮粉、稀土、氢氧化镁、金属 微细粉(银、铜、锌等)等各种不同材料,通过改性 技术使产品指标提升,阻燃性、耐老化、耐高低温等 物理性能得到改善,还可实现导电、抗菌、绝缘、增 强等特殊性能,已在主要耐用塑料产品市场上占有一 席之地。中广核俊尔新材料有限公司是国内著名的高 性能改性工程塑料研发制造企业,主要产品有改性尼 龙、改性聚碳酸酯、改性聚酯、改性聚烯烃、热塑性 连续纤维复合材料和特种工程塑料,应用于工业电 器、汽车、电子、建筑材料、新能源、航空和核电等 领域,多项产品出口到欧美等国家。
北京中联建诚建材有限公司薛明生高工多年研究的树 脂/铝合金双层硬结皮微发泡木纹户外运动地板,具 有榫卯结合、拆装、移动方便、无毒无味、环保等优 点,符合美国ASTMF2772-11和国标GB/T19995-2的 标準要求,是新一代绿色环保运动场地新地板。
多元复合改性 浙江省余姚市汇合塑化有限公司研制的碳纤维/合成 树脂/功能助剂的多元复合改性材料,用于石油钻探工程、飞机、家电等零部件。多元复合改性主要通过 将塑料“合金化”方法,将塑料与一种或多种无机材 料、高分子材料、化学助剂等,通过共混、接枝、嵌 段等形式组合在一起,使各组分的性能相互取长补 短,构成一种兼具多种优良性能的塑料材料,从而达 到提高性能和多功能化的目的。

这些材料“合金”在高科技工业中使用后,具有品质 轻、强度高、性能优等特点,成为航空、航天、汽车、 铁路、机械零部件、医用材料等方面的新型功能材料。 中北大学材料科学与工程学院主要研究方向是塑料的 高性能化与功能化,研究成功的尼龙阻燃复合材料, 采用尼龙/无机材料/氢氧化镁、锑酸钠和硼酸锌复 合改性,阻燃性能达到V-0级,环保效果明显、耐热 性提高,应用于电子、电器及军工产品。

特殊改性 在特种塑料中加入不同的功能材料或助剂,使价格昂 贵的特种塑料既保持原有的特性,又具有特殊的功 能,适应多种产品的市场应用。如聚苯硫醚(PPS)、 聚酰亚胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF) 和液晶聚合物(LCP)等高性能树脂,加入碳纤维、石墨烯、液晶高分子、稀土等不同材料,具有电性能 好、耐高温、尺寸稳定和特殊的阻燃性、耐放射性、 耐化学性及机械性能,这些改性后的新材料在电子电 器、汽车、家电、航空、石油化工以及火箭、宇航等 尖端科技领域具有越来越重要的应用领域。重庆可益 荧新材料有限公司研发并批量生产的尼龙/液晶高分 子,尼龙/PC复合改性材料用于汽车、军工等方面, 取得令人满意的效果。

改性塑料发展趋势-无机材料纳米化

无机材料在塑料中得到广泛应用,无机材料的功能随 著粒度的超细化而逐渐凸现,利用无机纳米粉体改性 后的塑料具有很多独特性能,给塑料工业的发展带来 新的发展机遇。无机纳米粒子可以赋予塑料新的功 能,改善塑料的耐老化性、阻燃效果,提高热变化温 度、耐磨耗性能等。如用5%的有机蒙脱土改性PA6 的热变形温度可以提高1.5倍;PET中加入纳米粘土 后大幅度降低材料的气体透过率,比纯PET的氧透过 率小100倍。塑料中的无机纳米粒子加入量较小,一 般为3%~5%,复合材料的密度与原来树脂相比几乎 不变或增加很小,也没有因填料过多导致其他性能下降的弊端。

化学助剂高效化

开发新型高效助剂成为改性塑料的重要发展方向,改 性塑料涉及的助剂除了塑料加工常用的助剂,如热稳 定剂、增塑剂、紫外吸收剂、成核剂、抗静电剂、分 散剂和阻燃剂等外,增韧、阻燃、增效、合金相容(介 面相容)等高效、多效功能助剂对改性塑料也是非常 关键的。通常一些助剂的种类和品质对改性塑料的某 些性能和成本起著关键作用,尤其在新的增韧剂、阻 燃增效剂、合金相容剂对实现工程塑料高性能化及特 种工程塑料低成本化等方面意义重大。

改性塑料环保化

随着人们的环保意识增强、环保法规日趋严格,塑料 的可再生利用、环境可消纳性、可生物降解、无毒、 无味、无污染等保护环境的理念已融入改性塑料的设 计与制造过程中,要注重能源资源的节约和合理利 用,研制开发无污染、全降解、可循环再生利用的绿 色环保型改性塑料产品成为新热点。改性塑料是不同行业的融容联姻,应关注和重视生产技术的改进与提 高,注重多元复合材料、多种工艺技术的理论与实践 研究推广。特別是在绿色生物助剂的研究生产应用、 特殊功能材料批量生产(如碳纤维、液晶高分子、石 墨烯等)、无机矿物粉体的选择、纳米级材料分散应 用及表面改性处理等方面的工艺技术,应引起行业、 企业、专家的高度关注,为中国塑料工业绿色环保低 碳发展作出贡献。

中国改性塑料产业发展迅速、竞争激烈,在技术攻关、 产品应用研究方面尚存在著不可忽视的缺板,应加强 与国外同行业的技术交流,加大与国际名企的合作, 加快改性塑料向高精尖方面发展。国外塑料制品重视 产品耐久性、功能性、回收性,而中国塑料制品将成 本与价格作为首要条件,不但影响了应用效果,还给 自然环境带来难以解决的困难,特別是在农用塑料、 包装薄膜等方面尤为突出,已引起政府与行业的高度 关注。■

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