工程塑料在汽車和電子電器業(yè)的應用
時間:2005-07-05
工程塑料是中國塑料工業(yè)中發(fā)展最快的品種。從1998至2002年的五年間，中國五大工程塑料的市場需求以平均每年30.3%的速度增長，而同期全球工程塑料的平均增長率不足8%?？梢哉f，中國已成為全球工程塑料市場的領跑者。而中國工程塑料的持續(xù)發(fā)展，主要得益於電子電器和汽車工業(yè)對工程塑料的旺盛需求。
工程塑料分為通用工程塑料和特種工程塑料兩大類。
通用工程塑料通常是指已大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的、應用範圍較廣的五種塑料，即聚西先胺（尼龍，PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、聚酯（主要是PBT）及聚苯醚（PPO）。特種工程塑料則是指性能更加優(yōu)異獨特、尚未大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)或生產(chǎn)規(guī)模較小、用途相對較窄的一些塑料，如聚苯硫醚（PPS）、聚西先亞胺（PI）、聚石風（PSF）、聚醚酮（PEK）、液晶聚合物（LCP）等。有些通用塑料經(jīng)改性使其升級或工程化後，性能接近於通用工程塑料，如改性聚丙烯（PP）、改性苯乙烯系聚合物（ABS、SAN等）和超高分子量聚乙烯，有時也稱為工程塑料或準工程塑料。
中國工程塑料的整體發(fā)展狀況
工程塑料性能優(yōu)良，可替代金屬作結構材料，被廣泛用於電子電氣、交通運輸、機械設備及日常生活用品等領域。工程塑料的主要應用市場及其份額依次為電子電氣25%、汽車22%、機械20%、日用消費品10%、其他23%。在國際上，工程塑料的發(fā)展非常迅速，每年都以7-10%的速度增長，其中PA的應用量和產(chǎn)量仍居五大塑料之首。 專家預測，在今後幾年內，工程塑料的市場需求量年均增長率將達到8%，2005年需求量將達到850萬噸，其中亞洲是主要的需求增長地區(qū)，年均增長率將達11.3%。
近年來，中國工程塑料一直強勢增長。從1998至2002年的5年間，中國五大工程塑料的市場需求以平均每年30.3%的速度增長。其中以PC的平均增幅最高，達到43.5%，2002年同比增長高達57.2%。
據(jù)中國工程塑料工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，今年1-5月，國內各類改性塑料的產(chǎn)量同比增長40%。預計今年全年五大工程塑料的市場需求將達到80萬噸。其中尼龍（PA）將達16.5萬噸，聚碳酸酯（PC）達40.5萬噸，聚甲醛（POM）14萬噸，PET和PBT合計達6.8萬噸，而改性聚苯醚（mPPO）的市場需求將達2.2萬噸。
保守估計，到2005年，中國工程塑料的市場總需求量將達到108萬噸。其中PA為21萬噸，PC為56萬噸，POM為18萬噸，PBT和PET合計為10萬噸，mPPO為3萬噸；到2010年，工程塑料需求還將繼續(xù)增長，總計將達到167萬噸。其中PA將達40萬噸，PC達78萬噸，POM達25萬噸，PBT和PET合計達18萬噸，mPPO將達6萬噸。
與旺盛的市場需求相比，中國工程塑料的自給率不足50%。預計到“十五”末，中國五大工程塑料年產(chǎn)能力將達到39萬噸，產(chǎn)量達到23.7萬噸，市場占有率將達到43.2%。其中PA、PBT兩種工程塑料的年生產(chǎn)能力將分別達到13萬噸和6萬噸，產(chǎn)量分別達到9.5萬噸和3.2萬噸。目前，國際上主要工程塑料生產(chǎn)廠商均十分看好中國工程塑料市場，紛紛在中國新建生產(chǎn)裝置或加大投資擴大產(chǎn)能。
工程塑料在電子電器上的應用
電子電器產(chǎn)品，包括光盤等信息產(chǎn)品，是中國工程塑料應用量最大的領域，約占全部用量的25%以上，五大工程塑料都有應用。
隨著計算機業(yè)和光盤、介質材料的發(fā)展，PC的需求量急劇增加，現(xiàn)在已成為五大工程塑料中增長最快的品種。據(jù)統(tǒng)計，2001年，全球生產(chǎn)的190萬噸聚碳酸酯材料中有43萬噸用於制造光盤，相當於總產(chǎn)量的22%。
中國是光盤生產(chǎn)大國，正在成為全球最大的聚碳酸酯樹脂消費市場。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國現(xiàn)有光盤生產(chǎn)線200馀條，年需用聚碳酸酯達3萬噸，預計到2005年將達5萬噸。
手機和高檔手持類電子產(chǎn)品外殼是PC的另外一個主要的應用領域，PC/ABS合金可注塑加工成各種薄壁材料，具有優(yōu)異的機械性能和光澤性。
尼龍也是在電子電氣應用最為廣泛的工程塑料之一。尼龍可用於生產(chǎn)變壓器骨架、接線座、固定夾、開關、保險盒、端子、導線夾、各種電動工具外殼、內部構件等電氣部件，經(jīng)過玻纖、阻燃、增韌處理後，可以完全滿足此領域對材料的強度、阻燃性、電絕緣性、耐漏電、起痕及外觀等性能的要求，而且加工性能好，價格適中。
除傳統(tǒng)的尼龍6和尼龍66外，耐高溫尼龍PA9T也廣泛應用在電子電器行業(yè)，并已形成不填充、玻纖增強和阻燃級牌號，主要用於注塑插座、開關、繼電器設施和各種電子接插件，一些PA9T牌號被指定用於某些電子電器應用制品，如小型卡式接插件、手機外殼用高焊接強度接插件和板與板之間的接插件。
PBT的應用量也在日益擴大。PBT主要用於節(jié)能燈的生產(chǎn)，還用作電器電信產(chǎn)品的骨架和風扇扇葉。此外，在顯示屏中，PBT和尼龍也做為磁性材料的基材，生產(chǎn)會聚材料。
聚甲醛主要用於骨架材料，并用於電子行業(yè)的高頻印刷電路板的生產(chǎn)。
電子產(chǎn)品必須絕緣、耐熱，所以PA及PBT的應用量最多
工程塑料在汽車上的應用
汽車工業(yè)是發(fā)達國家工程塑料應用最為廣泛、使用量最大的工業(yè)門類，也是中國工程塑料最有發(fā)展?jié)摿Φ念I域之一。
每輛汽車塑料的用量是衡量汽車生產(chǎn)技術水平的標志之一。日本、美國和德國等發(fā)達國家的每輛轎車平均使用塑料已超過100千克，平均占汽車總重量的8%。目前，中國每輛汽車平均塑料用量為70千克，平均占汽車總重量的6%左右。工程塑料在全部汽車用塑料中只占10%左右的比例。
尼龍是最重要的汽車工業(yè)用工程塑料。汽車零部件也是PA6工程塑料最大的消費市場，超過總消費量的三分之一。隨?人們對汽車性能要求的不斷提高和PA6工程塑料自身的發(fā)展，汽車用PA6正呈逐年上升的趨勢。汽車上可使用PA6（包括改性產(chǎn)品）制作的部件有空氣濾清器、外殼、風扇、車輪罩、導流板、車內裝飾、儲水器材蓋、線卡、各種車內電氣接插件等。PA6/ABS具有密度低，流動性好的特點，并有良好的噪聲阻尼性和良好的耐熱性、耐化學性和機械性能，可用於汽車內飾件；玻纖增強PA/ABS可替代ABS做汽車排風格柵，并有可能成為汽車排空氣和除霜器護柵及車門組件，以及用於摩托車檔板的制作。
現(xiàn)在PA9T也已在日本汽車工業(yè)上應用，如動力換向裝置（齒輪結構）、滾動軸承架。PA9T耐燃油性強，適用於做汽車燃油系統(tǒng)部件。此外還可用於制造中間冷卻器罐、發(fā)動機支架和要求低摩擦系數(shù)的滑動部件。
改性PPO主要用於制作一些薄壁的復雜硬質結構件，如儀表盤骨架等。GE公司推出的熱固性PPO，具有高強、高韌性和良好的電性能，吸濕小，可用做汽車閥罩、燃油箱導電板、變壓器和風力發(fā)動機葉片等。而PPO/PS合金加工性良好，可用做流體加工部件、汽車機罩下部件和電子接插件。
PC在汽車上也有廣泛應用。PC的高透明性使之成為車燈罩的主要生產(chǎn)材料。硅橡膠/PC也可以用做汽車保險槓。而PC的另外一大用途是以合金的形式充當汽車內飾材料。PC/ABS外觀好，容易著色，廣泛用於汽車內飾件如儀表板等。
PBT加工性能和絕緣性能較好。PBT玻璃化溫度低，加工周期短。PC/PBT、PBT/ABS等主要用於汽車內飾件。此外，由於PBT對汽油、發(fā)動機油的耐受性好，PBT也用於汽車發(fā)動機系統(tǒng)配件材料的生產(chǎn)。
聚甲醛樹脂是高度結晶的聚合物，具有類似金屬的硬度、強度和剛性，很寬的溫度和濕度條件下都具有很好的自潤滑性、良好的耐疲勞性、低磨擦系數(shù)，因此，聚甲醛主要用於定性要求比較嚴格的滑動和滾動機械部件上，包括齒輪、凸輪、軸承、槓桿、滑輪、扣鏈輪和軸襯等，與金屬和尼龍相比，聚甲醛具有很低的磨擦系數(shù)，是很好的軸承材料。
特種工程塑料在汽車工業(yè)中也有應用，如聚醚亞胺（PEI），由於其玻璃化溫度可達249℃，可滿足汽車反光燈的反光板和軟電路板、恒溫箱板等產(chǎn)品的要求。
德國BASF公司開發(fā)的由聚醚石風Ultrason E制備的發(fā)泡塑料Ultratoct也已開始用於BMW公司M3 CSL型運動車的後座靠背，這種新的後座靠背重5.5千克，重量僅為以前鋼質結構的一半，汽車碰撞時顯示同樣的性能，而振動阻尼性則優(yōu)於傳統(tǒng)結構制品。
改性塑料對傳統(tǒng)工程塑料的沖擊
一方面，工程塑料新品不斷，在不斷開拓?應用領域，并由於生產(chǎn)裝置的擴大，成本逐漸降低；另一方面，改性技術使通用熱塑性樹脂不斷具有工程化特點，并搶占部分傳統(tǒng)工程塑料的應用市場。
ABS是最重要的“準工程塑料”，中國已成為全球ABS用量最大的國家。除此之外改性PP是最為活躍的產(chǎn)品。不斷推出的PP增強和高抗沖新牌號，為其在一些領域替代工程塑料提供了可能。到2003年末，全球PP在汽車方面的消量將由目前的140萬噸增至260萬噸，增長率將達8-9%，其中亞太地區(qū)增長最快，估計年增長率達20%。
玻纖和礦物增強PP已用於汽車零配件，并對PC共混物市場構成較大沖擊。改性PP也正在進入傳統(tǒng)的PA領域，如泵體和風扇葉。目前全球90%的玻纖增強PP用於轎車上，其目標主要是用於發(fā)動機罩、儀表板骨架、蓄電池托架、座椅骨架、轎車前端模塊、保險槓、行李架、備胎盤、擋泥板、風扇葉片、發(fā)動機底盤、車頂棚襯架等。全世界生產(chǎn)玻纖增強PP的廠商主要集中在美國、日本、德國等發(fā)達國家。
具有硬度和高抗沖牌號的PS，也在工程方面的應用上獲得進展。由於開發(fā)改進、兼具抗沖性和高光澤的產(chǎn)品改進了流變行為，因而會使PS需求有上升的趨勢。
技術的發(fā)展還使不少牌號的PVC可用來替代工程塑料。最有意義的發(fā)展包括采用共混物和合金改進熱變形溫度和沖擊強度。改性PVC主要用於辦公室設備和計算機外殼以代替ABS。
SPS是由金屬催化得到的間規(guī)聚苯乙烯，是一種結晶形聚合物，具有優(yōu)良的耐熱性、耐化學品性、良好的機械性能以及卓越的耐濕性、電性能和加工性能。其性質與價格可與多種熱塑性工程塑料，如PET、PBT、尼龍66、PPS以及某些液晶聚合物相媲美。SPS無定型玻璃轉化溫度和結晶熔點均高於尼龍66、PET等，尺寸穩(wěn)定性良好，加工過程中通常不需要預先乾燥，耐化學品腐蝕，具有良好的耐酸、堿、醇和大多數(shù)有機溶劑特性，其耐機動車油、防凍液和柴油性能優(yōu)良，但耐汽油性一般。此外，其電性能也十分優(yōu)越，主要的應用領域是汽車和電器零件。
此外，超高分子量PE、HIPS等也是目前通用塑料工程化發(fā)展的重點產(chǎn)品。
