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中国工程塑料发展现状与进展
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  工程塑料以其具有密度小、比强度高、电性能、热性能和耐化学腐蚀性能好,容易成型加工等特点,已成为现代工业,特别是高新技术产业必不可少的新材料之一。在世界发达国家被竞相发展,并成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志。近年来随着我国电子信息产业、汽车运输产业机械仪器行业以及航空航天等国防尖端技术的快速发展,工程塑料的生产、加工、应用也不断得到了加强,在国民经济和人们日常生活中的产品所占的比重在日益增加,表1列举了近年来五大工程塑料的国内需求量。
一、 尼龙(PA)
1999年,国内尼龙聚合能力已达480kt,实际产量370kt,其中用于工程塑料23.7kt。由于国内的尼龙数脂品种少、牌号单一、质量不稳定,加之专用助剂缺乏,造成了近几年大量国外尼龙树脂和改性材料点据市场,尤其是中高档改性材料市场几乎被国外产品占有。
我国尼龙工程塑料的主要消费领域是机械工业、交通运输、电子电器、体育器材和部分民用产品,预计今后几年的消费增长率在18%左右,其中汽车工业、运输业和包装业将成为新的消费增长点。
近年来国风塑料级树脂需求趋旺,利润空间较普通纺丝用切片大,许多原生产纺丝用切片的企业转向塑料市场推广产品。
除了尼龙6和尼龙66外,随着我国汽车工业的发展,一些长碳链尼龙,如PA11、PA12的用量逐年增多,目前用量已超过3000t/a,原料全部依靠进口。为了解决市场需求,国家已批准了一套尼龙11的生产装置的项目建议。同时我国自行开发的生物发酵法生产尼龙1212也已进入工业化开发阶段,经过改性后有望替代尼龙11和尼龙12。在尼龙树脂的改性方面,国内的科研成果和新产品也有很多,特别是合金技术和纳米技术的应用,使尼龙成为21世纪最具魅力的新型材料。纳米尼龙6的负载耐热可以从60~70oC提高到120~150oC。同时拉伸强度提高50%~75%,目前中国科学院化学所、岳阳石化总厂研究院等单位采用蒙脱土插层法制备尼龙6纳米复合材料已接近工业化程度。
据统计1999年全世界共销售纳米复合塑料1000t,全部都是以尼龙为基材,预计到2004年,世界纳米复合塑料销售量能达到120kt,尼龙仍占大多数比例。尼龙的合金技术近几年在应用与产品开发方面取得了较大的成功,使尼龙的搞冲击强度和拉伸强度有了很大的提高。另外,一种新型尼龙聚合物正在引起人们的关注,它是采用三元酸与己内酰胺共聚使原来呈带状的高分子结构变为星型枝状结构,分子半径减小,从而流动性增加,在玻璃纤维与矿物质填充量为65%时,仍保持较好的流动性和加工性。新型制作表面光洁度艰险,尺寸稳定,国外刚刚工业化生产,国内的研究成果4年前就已完成,但没有形成生产能力。
解决我国尼龙工程塑料的关键总是是加强跨行业部门的紧密合作,针对市场共同加快产品的开发应用步伐和助剂配套,制定工程塑料树脂的质量标准,以及品种单一和成本高等问题。
二、 聚碳酸酯(PC)
由于近几年来电子电器、计算机、通讯、建材等行业的快速发展,国内PC用量加速增加,已超过尼龙的用量,成为工程塑料应用量最大的品种,目前绝大多数树脂依靠进口。
聚碳酸酯是一种非结晶型的热塑性材料,具有优异的综合性能,尤其以耐冲击强度著称,其透光率在90%以上,且有非常好的电绝缘性、延伸性、尺寸稳定性、化学稳定性、无毒、卫生、易阻燃、易着色等优良特性,被广泛用于机械、汽车、航空航天、电子电气、建筑、信息存储、办公用品、家用电器、光学、体育、包装、医疗、照像器材、纺织器材、安全用品、食品机械、饮水瓶等各个领域。表3列出了国内PC的消费结构。
最近,一些PC的生产工厂正在筹划建设,德国拜耳公司与上海氯碱公司投资建设的100kt/a装置预计2003年投产。常州合成化工总厂利用晨光化工研究院技术生产光盘用PC的装置也在建设。蓝星公司准备投资上马酯交换法PC工厂,产能在10~50kt/a,另外日本帝人、出光也都有计划在中国投资建设PC生产装置。
三、 聚甲醛(POM)
聚甲醛的生产装置在我国曾经建立过两套,但都因生产规模小,装置不配套生产工艺不稳定而先后下马,1998年国内已无生产,市场需求全部依靠进口。云天化引进波兰技术建设10Kt/a的项目已于2000年底试车成功,并准备将现有装置的单线生产能力从10Kt/a扩建为15Kt/a;蓝星公司准备恢复上海溶剂厂3kt/a生产装置,并在此基础上扩建20kt/a的工厂;日本宝理公司在南通60kt/a的项目已获江苏省批准,正在积极筹备建设中。在国家计委申请立项的几个单位中,大庆油田甲醇厂和山西兰花科创集团的项目建议书已经通过,进入可行性研究阶段。日本旭化成公司和美国杜邦公司也有计划在国内建立20kt/a的聚甲醛生产装置。
在应用方面,这几年需求上涨幅度较大,表4、表5分别列出了近年来POM的进口情况与应用情况。
聚甲醛的填充、改性近年来研究开发的比较多,特别是增韧、耐磨方面,通常采用异氰酸酯、聚氨酯类弹性体和乙烯烃弹性体或SBS、MBS作为增韧改性剂,缺口冲击强度能有明显提高。目前,奥迪、捷达、桑塔纳汽车和长春拖拉机上都使用有TPU增韧的聚甲醛。一般耐磨改性添加PTFE、硅油、MOS2、CU粉等,使POM的磨擦系数从0.4降到0.1,加上POM所具有的优越机械性能和化学性能,可以制作各种精密仪器,仪表部件以及轴承齿轮等,用途十分广泛。最近清华大学还研制出了采用界面活化后的碳酸钙增韧POM的改性树脂,并且效果十分明显,这为今后聚甲醛的改性又开出了一条新路。
四、 热塑性聚酯(PBT/PET等)
热塑性聚酯是一个比较大的家族,它包括了PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)、PCT(聚对苯二甲酸环己烷二酯)和PTT(聚对苯二甲酸丙二酯)、以及聚芳酯、聚酯弹性体等。其中作为工程塑料最常用的是PBT和PET。
我国PBT树脂于80年代初开始生产,到目前为止,年生产能力已超过335kt,在五大工程塑料中是开发最成功的一个,用途分配情况如表6。
PBT市场增幅在17%~20%左右,进口树脂和进口粒料占了大部分市场,国产PBT只满足中低档产品需求,大部分厂家开工不足。今年在发展PBT工程塑料时应着重提高RTI上下功夫,并在防析出产品品种、非卤阻燃体系、防翘曲品种以及表面改性方面做工作,形成多品种、高性能、高附加值、专用材料的配套产品系列。
PET近年来用于工程塑料的日渐增多,它的耐热性和表面光洁度都高于PBT,因此国外在汽车与电气上用量非常大,2000年美国用于汽车行业的PEt超过140kt,占总需求量的50%以上。我国PET工程塑料的工业化水平很低,目前为止还没有大规模工业化生产,只有少数几个厂有少量试产替代进口材料。2000年北京联科纳米公司利用中国科学院化学所技术与燕山石化公司联合开发了纳米材料改性PET取得了较好效果,并在生产装置上试车成功,正处于开发应用阶段。PEN与PET某些性能相似,是一种新型高性能工程塑料,它耐热、机械强度高、气阻性好、易加工,长期使用温度可达155oC以上,目前大多用在瓶子包装和胶片基等方面,国内有些厂家正在筹划生产这种材料,但由于原料来源问题,短期内很难形成生产规模。
五、 改性聚苯醚(MPPO)
MPPO是一种电性能优异、耐热性、阻燃性、耐热水性和耐候性都非常好的材料,长期使用温度在-120~120oC,在-40~+80oC范围内其力学性能随温度、湿度的变化很小,相对密度小(仅1.06),因此广泛用于电子、汽车、办公设备、医疗器械、航天航空等领域。目前国内用量在10kt/a左右。90年代初,我国曾建成两套聚合装置,形成了2kt/a树脂生产能力的4kt/a的掺混能力,但目前已停产,只剩下国内其他几个共混工厂,共混能力在4kt左右,根据国家计委和科技部安排的"十五"期间项目,到"十五"末期,国内PPO的生产能力可达1kt/a。
六、 特种工程塑料
主要指以聚苯硫醚(PPS)、聚砜(PSF)、聚酰亚胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砚(PES)、液晶聚合物(LCP)等高分子聚合物及其合金材料,近年来国内用量增长迅速,用量较大的有PPS、PSF、PI、LCP和PEEK。
(一)聚苯硫醚
主要用在电子电器、汽车、仪表、家电、航空、纤维以及涂料行业,它具有电性能好、耐高温、易成型、尺寸稳定等特性。2000年用量5700t,其中60%~70%是以制件形式进口的,预计2005年用量将超过10kt/a,国内目前一些百吨级的装置在生产。"十五"期间,部分扩建PPS项目将陆续上马(见表10),逐步解决长期依赖进口的局面。
(二)聚酰亚胺
主要用于机电仪表结构、石油化工以及火箭、宇航等尖端科技领域。我国1962年开始研制,全国现有生产能力超过1kt/a,2005年将达到1.7kt/a,需求量2002年为4kt,2010年预计将达到8~10kt。
(三)聚砜
由于具有耐热性、耐水解性、高温下对酸碱和热水稳定、低温性能好、容易注射、挤出和中空吹塑成型,其合金性能相当优越,强度可与某些钢材相比。上海塑料工业公司已着手建立PSF生产装置。作为工程塑料,主要开发方向是塑料合金产品。
(四)液晶聚合物
主要是随着我国计算机系统、通讯设备小型化,用量逐年增加,具在加工过程中能够形成微纤分散于共混体中,构成原位复合材料,从而提高聚合物的力学性能。如LCP/PC、LCP/超高分子量聚乙烯等。目前国内北京大学、浙江大学、天津合成材料所、武汉化工学院、中国科学院化学所、清华大学等都在进行合成与应用的研究工作。
(五)聚醚醚酮
具有很好的阻燃性,耐放射性、耐化学性和机构性能,因此用途十分广泛。目前主要用于大规模集成电路芯片的清洗托架、压缩机闸片、汽车摩托车配件和特殊泵体配件。国家"863"成果产业化的示范工程,国家计委已批给了吉林大学特种工程塑料厂,规模为年产500tPEEK、PES、PEKK和其他特种工程塑料。
七、 国内工程塑料的发展趋势
(1)采用新单体合成新品种聚合物,由于难度高、周期长、投资大,目前不太容易,而改进催化剂、改变分子结构而提高材料性能(如SPS、星型尼龙、茂金属催化剂等)并通过合金化共混改性等技术制成新品种材料,满足不同市场需求,即塑料工程化、工程塑料高性能化、低成本化将成为今后发展的主要趋势。
(2)环境总是是可持续发展战略中十分重要的一环,今后开发产品不仅要考虑它的经济性,而且要考虑环境因素,以往的材料科学与工程总是以追求最大限度发挥材料的内在性能为出发点,而对资源环境未予重视,今后则必须考虑以节约能源、节约资源、有利于环保为前提,同时废旧材料的回收利用将成为塑料工业的战略性课题,企业的环境战略将直接影响企业的竞争能力。
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