自上世纪八十年代以来,改性塑料逐渐摆脱塑料加工企业中的一个车间或工段的单一模式,逐渐形成以填充母料、功能性母料和改性塑料专用料为主导产品的又一个方面军,它介于生产合成树脂的大型石油化工企业和以具体塑料制品为主要产品的塑料加工企业之间,形成了以合成树脂为主要原料,以中间粒子料为主要产品的专业化生产队伍。由于原料、添加剂和助剂以及混合、混炼设备基本上可以满足改性塑料行业的要求,我国改性塑料行业的整体技术装备水平较发达国家差距并不显著,有的方面还居领先地位。
据从中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会了解,“十一五”期间改性塑料行业的发展重点是通用塑料的工程化和工程塑料的高性能化,这将是我国塑料工业缩小与世界工业发达国家之间差距的重要途径之一。“十一五”期间,我国改性塑料行业将把焦点聚集在通过物理改性实现通用塑料的工程化及工程塑料的高性能化上。把改性塑料行业转变为效益增长型、高性价比型和资源能耗节约型的行业。
塑料产品产量不断增加,各类塑料制品在“十五”期间的产量年增长率均在10%以上。原料自给率不断提高,“十五”期末我国合成树脂产量占当年塑料用原料的58%左右,大大高于“九五”期间40%的水平。2005年,我国塑料行业经济运行发展继续保持快速增长。尽管2005年塑料原料价格仍然维持高位走势,但市场需求旺盛,出口的增加、新应用领域的开拓和高附加值产品产量的增长,仍促使该行业经济指标全面增长。工业总产值、销售收入、利税总额和利润总额等经济指标增幅均在25%以上。2005年塑料制品行业完成工业总产值5011亿元,同比增长25.81%;销售收入完成4846亿元,同比增长25.97%;利润总额完成325亿元,同比增长27.46%;利润总额206亿元,同比增长30%。
未来5~10年,我国塑料行业仍将保持较快的发展态势。如汽车行业,轻量、舒适和节能是世界汽车工业发展的趋势,而这一切都离不开汽车部件塑料化的进程。就世界平均水平来说,每辆轿车或轻型汽车约有40%是用改性塑料制作的,今后还将保持11%的年增长率,这不但能减轻重量,降低油耗,而且有明显的经济效益。业内专家表示:汽车自重每减少10%,燃油消耗可降低6-8%。最新资料显示,国外汽车自重同过去相比减轻了20-26%;预计未来的10年内,轿车自身质量还将继续减轻20%。目前我国的车用塑料量并不大,但未来会有一个高速的增长。2005年是我国汽车业变革和成长的一年,我国汽车市场以销售近592万辆的总规模一举超越德国和日本,提前跃居全球第二位;预计到2010年,全国汽车产量724.57万辆,汽车用塑料将达到128.7万吨;2020年,全国汽车产量1187.44万辆,汽车用塑料将达到618.6万吨。平均每辆汽车的塑料用量将从2005年的130千克提高到2020年的521千克。
一、材料的选择
目前很多塑料制品的生产厂商面对品种杂多的改性材料,不知如何选择。一般都是只知道塑料的基材,并且也提不出塑料材料的性能指标,所以在选材时都是先试试看再修改,导致整个制品开发周期加长,有时还因为制品试制时考虑不周或测试不全,从而导致批量供货时损失惨重。
改性塑料的选择不同于通用级别的塑料树脂选择,它是根据塑料制品的用途和使用环境赋于了特殊的功能,通常改性塑料的选择分为以下几步:
1)塑料制品性能及应用环境的了解
一般在我们选择塑料材料之前,必须先尽可能了解一些问题:(1)物理机械性能要求(如高刚性?高韧性?)?(2)高低温环境使用要求?(3)尺寸稳定性及精密度要求?(4)导电或抗静电?(5)耐磨要求(摩擦系数低或是磨耗低?)?(6)制品的使用环境是水、油、酸碱还是其它溶剂?(7)阻燃?(8)耐候?等等。只有当我们了解的越详细,我们才能更好更准确选择到符合要求的材料。
2)塑料基体的选择
我们通常把热塑性塑料分为两大类,结晶型塑料和无定型塑料。首先让我们来了解这两类材料的特点。
(1)结晶型塑料的主要优缺点为:有明显的熔点;耐化学性能好;收缩率高;容易翘曲;耐疲劳性能好;耐磨性能好;通常情况下都不透明。我们通常使用的结晶型塑料有尼龙(PA)、聚甲醛(POM)、PBT、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等等。
(2)无定型材料的主要优缺点为:尺寸稳定性好;收缩率低;不易翘曲;耐化学性能差;耐疲劳性能差;耐磨性能差;通常情况下都可以是透明的。我们通常使用的无定型材料有聚碳酸酯(PC)、ABS、聚苯乙烯(PS)、AS、聚苯醚(mPPO)、聚氯乙烯(PVC)、聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)等等。
我们在了解两类基材树脂的特性后,根据材料的使用环境及要求,先选出我们的制品应该选用哪一类塑料作为基材,再结合每种树脂的各自特点选定改性塑料的具体品种。
3)塑料的改性方法
在很多制品生产商看来,塑料的改性方法太复杂,不需要他们了解,其实这是一个误区。改性塑料的很大一个特点就是它可以根据你使用要求来改性,只有当你能提出要求,材料供应商才知道怎么去改,从而改性方法的很多命名都是根据制品的要求而命名的。
主要的改性方法有:玻纤增强,碳纤维增强,抗冲击改性,矿物填充,阻燃,防静电及导电,耐候,耐磨及润滑,耐热等等。很多时候是多种改性方法一起使用。从上面就可以看出,当你知道制品的情况越多,也就是知道的改性方法就越多了。这样你就能更好的描叙你的材料要求。
4)“苹果换梨”的降成本材料选择
以上写到的是一个新的塑料制品选材的步骤,接下来要讨论的是在现有的成熟制品和性能条件下如何降成本选材的问题,我相信这是很多企业希望了解的。尤其在现在市场竞争如此激烈的情况,汽车零部件每年降价5%~15%,家电更是如此。很多企业想到的都是采用副牌或回料来降低成本,而副牌或回料都是不太稳定的,并且采用这种方法是一个恶性循环,每年为了降价,采用的回料越来越差,尤其环保问题也得不到保障,这不是我们今天要讨论的。在这里要谈到的是“苹果换梨”的方法。
很多制品生产厂在选材时一般都是沿用过去老的经验或用习惯的材料,而实际上在后来的制品中根本就不需要性能像过去那样的材料,或者只有某几项性能是必须保证的。而由于制品厂的产品设计工程师没有和材料供应商进行很好的沟通,一般都沿用过去使用的材料,从而导致材料成本非常贵。等到国外供应商已经改变了或者其它竞争对手改了才急急忙忙拷贝别人的材料,实际已经晚了,到头来又是一番恶性价格竞争。并且在很多本土企业眼里,国外的都是好的,既然他们都没改,那肯定是不行的。其实不然,文章的开头我就提到过,现在国内的改性技术并不比国外差多少,只是观念差别从而导致国内材料供应商的价格恶性竞争。并且品质的不太稳定导致整个行业的口碑不太好,而实际上,国内很多材料供应商企业都在注重品质和质量,整个行业都在朝着一个很好的方向发展。
关于这种办法,需要制品供应商能提出非常详细的材料使用状况和环境,产品的设计情况,模具的设计情况和收缩率等等,然后和材料供应商细致的沟通,从而开发出符合要求的材料。如聚威公司开发的80G6X(PP 30%玻纤增强,耐低温-40度,高温160度,高刚性高冲击复合材料)在园林工具,电动工具等领域成功替代PA6 30%玻纤增强材料,致使材料综合成本降低50%以上等等。
二、实际应用举例
1)汽车水室材料
使用环境:发动机周围,制品里装防冻液
材料要求:长期耐热,高刚性,耐水解醇解
材料设计:PA66,耐热,30%玻纤增强,耐水解醇解
2)汽车前大灯饰框
使用环境:灯光反射,55W灯泡照射,承受汽车运动过程的颠簸和震动
材料要求:电镀性能好(底漆和免底漆),耐热达150~180度,耐冲击,
尺寸稳定性好
材料设计:PA6或PBT,耐热,矿物填充,抗冲,电镀优异
3)工具外壳
使用环境:室内室外,工具使用过程中的刚性和抗冲击,马达运行产生的热
材料要求:高刚性,高韧性,耐热160度以内
材料设计:过去一直沿用大功率工具使用的PA6 30GF抗冲击材料
“苹果换梨”材料设计:PP,30%玻纤增强,化学改性,抗冲,耐热
这样的例子在国内其它企业还有很多。改性塑料作为一个中间体材料行业正在中国迅猛发展,国外的大公司也都在中国纷纷建厂,塑料改性将是今后塑料工业最具发展前景、最为充满活力的领域,是提高企业经济效益、赋予塑料材料新的功能、开发塑料材料新用途的重要途径。



