工程塑料在汽车和电子电器业的应用
时间:2005-07-05
工程塑料是中国塑料工业中发展最快的品种。从1998至2002年的五年间，中国五大工程塑料的市场需求以平均每年30.3%的速度增长，而同期全球工程塑料的平均增长率不足8%。可以说，中国已成为全球工程塑料市场的领跑者。而中国工程塑料的持续发展，主要得益於电子电器和汽车工业对工程塑料的旺盛需求。
工程塑料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已大规模工业化生产的、应用範围较广的五种塑料，即聚西先胺（尼龙，PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、聚酯（主要是PBT）及聚苯醚（PPO）。特种工程塑料则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）、聚西先亚胺（PI）、聚石风（PSF）、聚醚酮（PEK）、液晶聚合物（LCP）等。有些通用塑料经改性使其升级或工程化後，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，有时也称为工程塑料或准工程塑料。
中国工程塑料的整体发展状况
工程塑料性能优良，可替代金属作结构材料，被广泛用於电子电气、交通运输、机械设备及日常生活用品等领域。工程塑料的主要应用市场及其份额依次为电子电气25%、汽车22%、机械20%、日用消费品10%、其他23%。在国际上，工程塑料的发展非常迅速，每年都以7-10%的速度增长，其中PA的应用量和产量仍居五大塑料之首。 专家预测，在今後几年内，工程塑料的市场需求量年均增长率将达到8%，2005年需求量将达到850万吨，其中亚洲是主要的需求增长地区，年均增长率将达11.3%。
近年来，中国工程塑料一直强势增长。从1998至2002年的5年间，中国五大工程塑料的市场需求以平均每年30.3%的速度增长。其中以PC的平均增幅最高，达到43.5%，2002年同比增长高达57.2%。
据中国工程塑料工业协会的统计，今年1-5月，国内各类改性塑料的产量同比增长40%。预计今年全年五大工程塑料的市场需求将达到80万吨。其中尼龙（PA）将达16.5万吨，聚碳酸酯（PC）达40.5万吨，聚甲醛（POM）14万吨，PET和PBT合计达6.8万吨，而改性聚苯醚（mPPO）的市场需求将达2.2万吨。
保守估计，到2005年，中国工程塑料的市场总需求量将达到108万吨。其中PA为21万吨，PC为56万吨，POM为18万吨，PBT和PET合计为10万吨，mPPO为3万吨；到2010年，工程塑料需求还将继续增长，总计将达到167万吨。其中PA将达40万吨，PC达78万吨，POM达25万吨，PBT和PET合计达18万吨，mPPO将达6万吨。
与旺盛的市场需求相比，中国工程塑料的自给率不足50%。预计到“十五”末，中国五大工程塑料年产能力将达到39万吨，产量达到23.7万吨，市场占有率将达到43.2%。其中PA、PBT两种工程塑料的年生产能力将分别达到13万吨和6万吨，产量分别达到9.5万吨和3.2万吨。目前，国际上主要工程塑料生产厂商均十分看好中国工程塑料市场，纷纷在中国新建生产装置或加大投资扩大产能。
工程塑料在电子电器上的应用
电子电器产品，包括光盘等信息产品，是中国工程塑料应用量最大的领域，约占全部用量的25%以上，五大工程塑料都有应用。
随着计算机业和光盘、介质材料的发展，PC的需求量急剧增加，现在已成为五大工程塑料中增长最快的品种。据统计，2001年，全球生产的190万吨聚碳酸酯材料中有43万吨用於制造光盘，相当於总产量的22%。
中国是光盘生产大国，正在成为全球最大的聚碳酸酯树脂消费市场。据不完全统计，中国现有光盘生产线200馀条，年需用聚碳酸酯达3万吨，预计到2005年将达5万吨。
手机和高档手持类电子产品外壳是PC的另外一个主要的应用领域，PC/ABS合金可注塑加工成各种薄壁材料，具有优异的机械性能和光泽性。
尼龙也是在电子电气应用最为广泛的工程塑料之一。尼龙可用於生产变压器骨架、接线座、固定夹、开关、保险盒、端子、导线夹、各种电动工具外壳、内部构件等电气部件，经过玻纤、阻燃、增韧处理後，可以完全满足此领域对材料的强度、阻燃性、电绝缘性、耐漏电、起痕及外观等性能的要求，而且加工性能好，价格适中。
除传统的尼龙6和尼龙66外，耐高温尼龙PA9T也广泛应用在电子电器行业，并已形成不填充、玻纤增强和阻燃级牌号，主要用於注塑插座、开关、继电器设施和各种电子接插件，一些PA9T牌号被指定用於某些电子电器应用制品，如小型卡式接插件、手机外壳用高焊接强度接插件和板与板之间的接插件。
PBT的应用量也在日益扩大。PBT主要用於节能灯的生产，还用作电器电信产品的骨架和风扇扇叶。此外，在显示屏中，PBT和尼龙也做为磁性材料的基材，生产会聚材料。
聚甲醛主要用於骨架材料，并用於电子行业的高频印刷电路板的生产。
电子产品必须绝缘、耐热，所以PA及PBT的应用量最多
工程塑料在汽车上的应用
汽车工业是发达国家工程塑料应用最为广泛、使用量最大的工业门类，也是中国工程塑料最有发展潜力的领域之一。
每辆汽车塑料的用量是衡量汽车生产技术水平的标志之一。日本、美国和德国等发达国家的每辆轿车平均使用塑料已超过100千克，平均占汽车总重量的8%。目前，中国每辆汽车平均塑料用量为70千克，平均占汽车总重量的6%左右。工程塑料在全部汽车用塑料中只占10%左右的比例。
尼龙是最重要的汽车工业用工程塑料。汽车零部件也是PA6工程塑料最大的消费市场，超过总消费量的三分之一。随?人们对汽车性能要求的不断提高和PA6工程塑料自身的发展，汽车用PA6正呈逐年上升的趋势。汽车上可使用PA6（包括改性产品）制作的部件有空气滤清器、外壳、风扇、车轮罩、导流板、车内装饰、储水器材盖、线卡、各种车内电气接插件等。PA6/ABS具有密度低，流动性好的特点，并有良好的噪声阻尼性和良好的耐热性、耐化学性和机械性能，可用於汽车内饰件；玻纤增强PA/ABS可替代ABS做汽车排风格栅，并有可能成为汽车排空气和除霜器护栅及车门组件，以及用於摩托车档板的制作。
现在PA9T也已在日本汽车工业上应用，如动力换向装置（齿轮结构）、滚动轴承架。PA9T耐燃油性强，适用於做汽车燃油系统部件。此外还可用於制造中间冷却器罐、发动机支架和要求低摩擦系数的滑动部件。
改性PPO主要用於制作一些薄壁的复杂硬质结构件，如仪表盘骨架等。GE公司推出的热固性PPO，具有高强、高韧性和良好的电性能，吸湿小，可用做汽车阀罩、燃油箱导电板、变压器和风力发动机叶片等。而PPO/PS合金加工性良好，可用做流体加工部件、汽车机罩下部件和电子接插件。
PC在汽车上也有广泛应用。PC的高透明性使之成为车灯罩的主要生产材料。硅橡胶/PC也可以用做汽车保险槓。而PC的另外一大用途是以合金的形式充当汽车内饰材料。PC/ABS外观好，容易着色，广泛用於汽车内饰件如仪表板等。
PBT加工性能和绝缘性能较好。PBT玻璃化温度低，加工周期短。PC/PBT、PBT/ABS等主要用於汽车内饰件。此外，由於PBT对汽油、发动机油的耐受性好，PBT也用於汽车发动机系统配件材料的生产。
聚甲醛树脂是高度结晶的聚合物，具有类似金属的硬度、强度和刚性，很宽的温度和湿度条件下都具有很好的自润滑性、良好的耐疲劳性、低磨擦系数，因此，聚甲醛主要用於定性要求比较严格的滑动和滚动机械部件上，包括齿轮、凸轮、轴承、槓杆、滑轮、扣链轮和轴衬等，与金属和尼龙相比，聚甲醛具有很低的磨擦系数，是很好的轴承材料。
特种工程塑料在汽车工业中也有应用，如聚醚亚胺（PEI），由於其玻璃化温度可达249℃，可满足汽车反光灯的反光板和软电路板、恒温箱板等产品的要求。
德国BASF公司开发的由聚醚石风Ultrason E制备的发泡塑料Ultratoct也已开始用於BMW公司M3 CSL型运动车的後座靠背，这种新的後座靠背重5.5千克，重量仅为以前钢质结构的一半，汽车碰撞时显示同样的性能，而振动阻尼性则优於传统结构制品。
改性塑料对传统工程塑料的冲击
一方面，工程塑料新品不断，在不断开拓?应用领域，并由於生产装置的扩大，成本逐渐降低；另一方面，改性技术使通用热塑性树脂不断具有工程化特点，并抢占部分传统工程塑料的应用市场。
ABS是最重要的“准工程塑料”，中国已成为全球ABS用量最大的国家。除此之外改性PP是最为活跃的产品。不断推出的PP增强和高抗冲新牌号，为其在一些领域替代工程塑料提供了可能。到2003年末，全球PP在汽车方面的消量将由目前的140万吨增至260万吨，增长率将达8-9%，其中亚太地区增长最快，估计年增长率达20%。
玻纤和矿物增强PP已用於汽车零配件，并对PC共混物市场构成较大冲击。改性PP也正在进入传统的PA领域，如泵体和风扇叶。目前全球90%的玻纤增强PP用於轿车上，其目标主要是用於发动机罩、仪表板骨架、蓄电池托架、座椅骨架、轿车前端模块、保险槓、行李架、备胎盘、挡泥板、风扇叶片、发动机底盘、车顶棚衬架等。全世界生产玻纤增强PP的厂商主要集中在美国、日本、德国等发达国家。
具有硬度和高抗冲牌号的PS，也在工程方面的应用上获得进展。由於开发改进、兼具抗冲性和高光泽的产品改进了流变行为，因而会使PS需求有上升的趋势。
技术的发展还使不少牌号的PVC可用来替代工程塑料。最有意义的发展包括采用共混物和合金改进热变形温度和冲击强度。改性PVC主要用於办公室设备和计算机外壳以代替ABS。
SPS是由金属催化得到的间规聚苯乙烯，是一种结晶形聚合物，具有优良的耐热性、耐化学品性、良好的机械性能以及卓越的耐湿性、电性能和加工性能。其性质与价格可与多种热塑性工程塑料，如PET、PBT、尼龙66、PPS以及某些液晶聚合物相媲美。SPS无定型玻璃转化温度和结晶熔点均高於尼龙66、PET等，尺寸稳定性良好，加工过程中通常不需要预先乾燥，耐化学品腐蚀，具有良好的耐酸、堿、醇和大多数有机溶剂特性，其耐机动车油、防冻液和柴油性能优良，但耐汽油性一般。此外，其电性能也十分优越，主要的应用领域是汽车和电器零件。
此外，超高分子量PE、HIPS等也是目前通用塑料工程化发展的重点产品。
