Общи пластмасови изделия: основната материална система, която поддържа съвременния живот

Общите пластмаси се отнасят до вид пластмаса с голямо производство, широко приложение, ниски цени и умерена механична и топлоустойчивост, включваща главно пет категории: полиетилен (Специалист по икономически въпроси), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВЦ), полистирен (П.С.) и акрилонитрил бутадиен стиренов съполимер (ABS). Този вид материал представлява над 70% от световното производство на пластмаси. От ежедневните пазарски чанти и прибори за хранене до промишлените тръбопроводи и опаковки, пластмасовите продукти с общо предназначение са се превърнали в незаменими основни материали за производството и живота на съвременното общество, благодарение на отличната си обработваемост, разнообразие и икономичност.

1. Основни характеристики и система за класификация на общите пластмаси

Универсалността на универсалните пластмаси произтича от балансираната им производителност и широката им адаптивност. Различните категории формират допълващи се сценарии на приложение чрез разлики в молекулярните структури, като заедно формират материална система, обхващаща множество области.

Общи характеристики: предимства по отношение на добива и икономическата ефективност

Петте основни вида пластмаси за общо производство се характеризират с изобилие от суровини (базирани на петрол или природен газ), зрели производствени процеси (индустриализирана технология за полимеризация от повече от половин век) и разнообразни методи на обработка (шприцване, формоване чрез раздуване, екструдиране и др.). Годишното им производство надхвърля 10 милиона тона: Специалист по икономически въпроси и ПП заедно представляват повече от 50% от световното производство на пластмаси, ПВЦ и П.С. - около 10%, а ABS - около 5%. По отношение на цената, цената на пластмасите за общо производство обикновено е между 8000-20000 юана на тон, което е само една трета до една пета от тази на инженерните пластмаси, което ги прави подходящи за мащабно и нискобюджетно производство на продукти.

По отношение на производителността, въпреки че общите пластмаси може да нямат високата якост и устойчивост на висока температура, характерни за инженерните пластмаси, те могат да отговорят на повечето конвенционални изисквания чрез модификация: диапазонът на температурна устойчивост обхваща от -70 ℃ до 120 ℃, якостта на опън е 10-50 МПа, а границата на производителност може да бъде разширена чрез закаляване, армиране и други средства. Тази характеристика „основна производителност + възможност за модификация“ позволява използването им не само за производство на прости опаковъчни продукти, но и за структурни компоненти чрез композитна технология.

Индивидуални различия между петте основни категории

Различните универсални пластмаси имат уникални свойства поради различните си молекулярни структури:

Полиетилен (Специалист по икономически въпроси): Молекулната верига е съставена от въглерод и водород, без полярни групи. Той има отлична химическа устойчивост, гъвкавост и устойчивост на ниски температури, с плътност от 0,91-0,97 g/см³. Това е най-леката универсална пластмаса. Според плътността може да се раздели на три категории: ниска плътност (LDPE, мек), висока плътност (HDPE, твърд) и линейна ниска плътност (ЛЛДПЕН, с изключителна здравина).

Полипропилен (ПП): Молекулната верига съдържа метилови странични групи, с висока кристалност (50% -70%) и точка на топене 160-170 ℃. Това е единствената универсална пластмаса, която може да издържи на високи температури над 100 ℃, с плътност 0,90-0,91 g/см³. По-лек е от Специалист по икономически въпроси, има по-добра твърдост, но е по-изразена крехкост при ниски температури.

Поливинилхлорид (ПВЦ): със съдържание на хлор от 56%, той е устойчив на горене (кислороден индекс 24-28) и химическа устойчивост на корозия, а характеристиките му могат да се контролират чрез пластификатори. Твърдият ПВЦ (без пластификатори) има силна твърдост, докато мекият ПВЦ (съдържащ 30% -50% пластификатори) има добра гъвкавост, но лоша термична стабилност и изисква добавяне на стабилизатори.

Полистирен (П.С.): Молекулната верига съдържа бензенови пръстени, с висока твърдост и добра прозрачност (пропускливост на GPPS от 90%), но е крехка. Чрез добавяне на каучукова фаза може да се получи удароустойчив полистирен (БЕДРА), който увеличава ударната якост 3-5 пъти, но намалява прозрачността.

ABS: троен съполимер, който съчетава химическата устойчивост на акрилонитрила, здравината на бутадиена и обработваемостта на стирена. Има ударна якост от 10-40kJ/m² и е лесен за галванично покритие върху повърхността. Това е най-балансираният вид пластмаса по отношение на производителността и често се счита за квазиинженерна пластмаса.

2、 Основни общи пластмасови продукти и сценарии на приложение

Общите пластмасови продукти са формирали цялостна категорийна система от фолиа, тръби до структурни компоненти чрез разнообразни техники на обработка, прониквайки в почти всички индустрии като опаковки, строителни материали, автомобили и стоки от първа необходимост.

Област на опаковане: Най-големият пазар на приложения

Опаковките са основната област на приложение на общите пластмаси, като представляват над 40%. Различни видове пластмаси заместват традиционните хартиени и стъклени опаковки със своите бариерни свойства, леко тегло и ниска цена.

Специалист по икономически въпроси продукти: LDPE фолио (дебелина 0,01-0,1 мм) се използва за торбички за храна и стреч фолио, със самозалепващи и полупрозрачни свойства; ЛЛДПЕН стреч фолио (удължение от 500% -800%) се използва за опаковане на палети, с отлична устойчивост на разкъсване; HDPE бутилки (вместимост 500 мл-20 л) се използват за опаковане на перилни препарати и козметика, като са едновременно устойчиви на химикали и твърдост.

ПП продукти: БОПП фолио (биаксиално ориентиран полипропилен, дебелина 10-30 μm) се използва за опаковане на бисквити и цигари, с висок гланц и добри бариерни свойства; ПП шприцовани чаши (като чаши за кисело мляко, чаши за млечен чай) могат да издържат на високи температури над 80 ℃ и са подходящи за топли напитки; ПП тъкани торби (с товароносимост 5-50 кг) се използват за опаковане на торове и зърнени храни, а здравината им е 3-5 пъти по-голяма от тази на хартиените торби.

П.С. продукти: GPPS вакуумно формована кутия (дебелина 0,2-1 мм) се използва за опаковане на плодове и електронни компоненти, с добра прозрачност; ЕПС кутия от пяна (плътност 10-30 кг/м³) се използва за транспортиране в студена верига, с отлични топлоизолационни характеристики, а цената ѝ е само 60% от тази на полиуретановата пяна.

ПВЦ продукти: ПВЦ термосвиваемо фолио (степен на свиване от 50% -70%) се използва за етикети на бутилки за напитки, които залепват плътно след нагряване; меко ПВЦ фолио се използва за вакуумно опаковане на месо, с изключителна гъвкавост и запечатване.

Архитектура и строителни материали: Интеграция на структурата и функцията

Универсалните пластмаси заместват традиционните материали (дърво, метал, цимент) в строителната индустрия, осигурявайки им издръжливост и лесен монтаж:

ПВЦ продукти: Твърдите ПВЦ тръби (с диаметър 16-630 мм) представляват 80% от пазара на тръби за отводняване на сгради, устойчиви са на киселинна и алкална корозия и имат експлоатационен живот над 50 години; ПВЦ профилите (рамки за врати и прозорци, декоративни линии) са модифицирани чрез формула, с устойчивост на атмосферни влияния над 10 години и по-добри изолационни характеристики от алуминиевите сплави.

Специалист по икономически въпроси продукт: HDPE двустенна гофрирана тръба (диаметър 200-2000 мм), използвана за общинска канализация, с пръстеновидна твърдост от 8 кН/m² или повече; Специалист по икономически въпроси-RT тръбите (термоустойчив полиетилен) се използват за подово отопление и могат да издържат на гореща вода до 70 ℃ за дълго време. Те имат добра гъвкавост и са лесни за огъване и полагане.

ПП продукти: ПП-R тръбите (произволен съполимер от полипропилен) се използват за тръби за топла и студена вода, с удобно заваряване и хигиенични характеристики, които отговарят на хранителните стандарти; ПП кухи плоскости (дебелина 2-10 мм) се използват за кофражни конструкции, тежащи само 1/5 от стоманения кофраж и могат да се използват повторно повече от 50 пъти.

Автомобилен и транспортен сектор: Лека основна сила

Общата пластмаса е основният материал за олекотяване на автомобили, с употреба от 100-150 кг на превозно средство, което представлява 70% от общото използване на пластмаса в превозното средство.

ПП продукти: представляват 40% от общото използване на пластмаса в автомобилите, включително брони (подсилени с 20% -30% талк на прах), арматурни панели (смес от ПП/ЕПДП) и панели на вратите, намалявайки теглото с 30% -50% в сравнение с метала.

Специалист по икономически въпроси продукти: HDPE се използва за резервоари за масло (подобрена устойчивост на масло) и въздуховоди; LDPE се използва за обвивка на кабелни снопове, с добра изолация и гъвкавост.

ABS продукти: използват се за части за интериорна декорация на автомобили (като волан, централна конзола), повърхността може да бъде боядисана или галванизирана, с едновременно красота и устойчивост на удар; БЕДРА се използва за облицовка на вътрешни панели на врати, с ниска цена и лесно формоване на сложни форми.

ПВЦ продукти: използват се за автомобилни уплътнителни ленти (меко ПВЦ) и стелки за крака (пяно ПВЦ), с устойчивост на атмосферни влияния и износоустойчивост, които отговарят на изискванията за автомобилна употреба.

В областта на стоките от първа необходимост и домакинските уреди: разнообразни продукти, които са близо до живота

Универсалните пластмаси, с богатите си цветове и лесни за обработка характеристики, са се превърнали в основни суровини за стоки от първа необходимост и домакински уреди.

ПП продукти: представляват 30% от пазара на стоки от първа необходимост, включително кутии за съхранение на свежи продукти (устойчиви на микровълнова фурна), дръжки за четки за зъби, закачалки, устойчиви на високи температури и нелесни за размножаване на бактерии; компоненти на домакински уреди, като вътрешна тръба на перална машина (подсилен ПП) и външна обвивка на климатик (огнеупорен ПП).

Специалист по икономически въпроси продукти: LDPE маркучи (като тубички за паста за зъби и козметични маркучи) могат да бъдат екструдирани за извличане на съдържанието; HDPE варели (5-50 литра) се използват за съхранение на вода и химикали и са устойчиви на удар и не се чупят лесно.

Продукти от полистирен: GPPS произвежда прозрачни канцеларски материали (линийки, папки), абажури; БЕДРА се използва за играчки като строителни блокове и кукли, с добра здравина и лесно оцветяване, отговаряйки на стандартите за безопасност на детските продукти.

ABS продукти: Корпусите за домакински уреди (като телевизори и принтери) представляват 25% от употребата на ABS, осигурявайки както твърдост, така и устойчивост на удар; Малките компоненти за домакински уреди, като например държачите за ножове на сокоизстисквачки, са прецизно формовани чрез шприцване.

3、 Производствен процес: пълна верига за обработка от смола до продукт

Диверсификацията на общите пластмасови продукти произтича от зряла система за обработка, от производството на основна смола до формоването на продукти, образувайки стандартизиран и мащабен индустриален процес.

Полимеризация на смола: индустриализиран зрял процес

Процесите на полимеризация на петте основни вида пластмаси са силно автоматизирани и различните разновидности приемат различни технически пътища:

Специалист по икономически въпроси: LDPE се произвежда чрез тръбен метод с високо налягане (100-300 МПа, 200-300 ℃), с висока степен на разклоняване на молекулярната верига; HDPE и ЛЛДПЕН се произвеждат чрез метод с ниско налягане (0,1-5 МПа) чрез суспензионна полимеризация и газофазна полимеризация, съответно, с добра редовност на молекулярната верига.

ПП: Основният процес е газофазна полимеризация в насипно състояние (като например процесът Сферипол), който използва пропилен като мономер и полимеризира под действието на катализатора Циглер Ната. Чрез регулиране на разпределението на молекулното тегло се получават продукти с различен индекс на топене.

ПВЦ: Суспензионната полимеризация се използва за над 80%, а винилхлоридният мономер се диспергира на капчици във вода, което задейства полимеризацията, за да се образува прахообразна смола с размер на частиците 0,1-2 мм. Впоследствие меките и твърдите свойства се регулират чрез добавяне на добавки.

П.С.: GPPS използва полимеризация в насипно състояние, докато ХИПС въвежда каучукова фаза (полибутадиен) чрез присадена съполимеризация, образувайки структурирана на морски остров ддддххх, за да подобри устойчивостта на удар.

ABS: Основният процес е методът на смесване с лосион за присаждане на насипни материали. Първо се приготвя бутадиенова каучукова смола, след това се присажда със стирен и акрилонитрил и накрая се слива със САН смола (стирен-акрилонитрилен съполимер).

Обработка на продукта: Диверсифицирани технологии за формоване

Формоването на общи пластмасови изделия се основава на четири основни процеса, които могат да бъдат избрани според формата на продукта:

Екструзионно формоване: подходящо за тръби (ПВЦ тръби, Специалист по икономически въпроси тръби), листове (П.С. плоскости, ПП плоскости) и фолиа (Специалист по икономически въпроси фолиа, БОПП фолиа). Разтопената пластмаса се екструдира през форми с помощта на шнекове за непрекъснато производство на линейни продукти със скорост 10-100 м/мин.

Шприцване: използва се за 3D продукти (като ПП чаши, ABS черупки), инжектиране на разтопена пластмаса в затворена форма, охлаждане и оформяне преди изваждане от формата, с кратък цикъл (10-60 секунди/форма), подходящо за масово производство и точност на размерите до ± 0,1 мм.

Формоване чрез раздуване: разделя се на кухо формоване чрез раздуване (като HDPE бутилки) и фолио чрез раздуване (като LDPE торби). Разтопената пластмаса се разширява и формова под налягане на въздуха, подходящо за производство на кухи продукти. Скоростта на производство на бутилки може да достигне 1000-6000 броя/час.

Разпенване: Използва се за П.С. пяна и Специалист по икономически въпроси пяна. Чрез добавяне на разпенващ агент (като пентан) се образува затворена клетъчна структура вътре в пластмасата, за да се намали плътността (до 0,01-0,1 g/см³) и да се подобрят топлоизолационните и омекотяващи свойства.

По време на обработката, параметрите трябва да се регулират според характеристиките на пластмасата: температурата на обработка на Специалист по икономически въпроси и ПП трябва да бъде 150-250 ℃, ПВЦ трябва да се контролира на 160-200 ℃ (за да се предотврати разлагане), а температурата на обработка на П.С. и ABS трябва да бъде 200-250 ℃. Чрез добавяне на цветен мастербач, антиоксиданти, смазочни материали и други добавки, продуктът може да постигне функции като оцветяване, устойчивост на стареене и лесно отделяне от формата.

4. Екологични предизвикателства и пътища за устойчиво развитие

Пластмасовите продукти отдавна са обект на спорове относно замърсяването с бял цвят поради широката им употреба и трудното им разграждане. През последните години, чрез рециклиране, иновации в материалите и политически насоки, постепенно се установи система за устойчиво развитие.

Екологични проблеми: Замърсяване и управленски натиск

Екологичните предизвикателства, свързани с универсалните пластмаси, се отразяват главно в три аспекта:

Замърсяване на продукти за еднократна употреба: продуктите за еднократна употреба, като например полиетиленови торбички и кутии за обяд от полистиренова пяна, имат кратък експлоатационен живот (само няколко часа), но естественото разграждане отнема стотици години. Случайното изхвърляне води до замърсяване на почвата и морската среда. Всяка година около 8 милиона тона пластмаса попадат в морето.

Системата за рециклиране не е перфектна: Общото рециклиране на пластмаси се основава главно на физическо рециклиране, но поради трудности при класификацията (като например сходството във външния вид между Специалист по икономически въпроси и ПП), високото съдържание на примеси и големите колебания в качеството на рециклираните материали, глобалният процент на рециклиране е само 15%-20%, което е много по-ниско от това на металите и стъклото.

Специфични рискове, свързани с материалите: ПВЦ съдържа хлор и ако температурата е недостатъчна по време на изгарянето, ще се отделят диоксини; Традиционната полистиренова пяна има голям обем и високи разходи за транспортиране и оползотворяване; Някои пластификатори, като например фталатите в ПВЦ, представляват риск от ендокринни нарушения.

Рециклиране: Технологично подобрение от физика към химия

Технологията за рециклиране на пластмаси като цяло продължава да се развива, образувайки многостепенна система за рециклиране:

Физическо рециклиране: Най-зрелият метод за рециклиране, при който отпадъчните продукти се сортират, почистват, раздробяват, стопяват и гранулират, а рециклираният Специалист по икономически въпроси може да се използва за направата на торби за боклук и тръбопроводи; рециклираният ПП се използва за автомобилни интериори и пластмасови табуретки; регенерираният П.С. се използва за фоторамки и декоративни ленти. Чрез интелигентни технологии за сортиране, като например избор на цвят и магнитно разделяне, ефективността на сортирането е подобрена до над 90%.

Химическо рециклиране: За силно замърсени или смесени отпадъци, пластмасите се разлагат на мономери или горива чрез пиролиза (300-800 ℃), като например Специалист по икономически въпроси и ПП, които могат да се разложат на бензинови и дизелови компоненти; П.С. може да се деполимеризира в стиренов мономер с чистота над 99% и да се използва повторно за полимеризация, за да се постигне затворена циркулация.

Оползотворяване на енергия: Отпадъците, които не могат да бъдат оползотворени, се изгарят за производство на електроенергия, с калоричност от приблизително 40 МДж на килограм пластмаса (еквивалентно на 1,5 пъти тази на въглищата), но изискват поддържащи съоръжения за пречистване на отработени газове за контрол на емисиите на диоксини.

Материални иновации: Алтернативна и зелена посока

Зелените иновации в областта на общите пластмаси се фокусират в три направления:

Разградими алтернативи: въвеждане на разградими компоненти чрез смесване или съполимеризация, като например Специалист по икономически въпроси и ПБАТ (полибутилен адипат терефталат), смесени за получаване на компостируеми пластмасови торбички, които се разграждат в естествена среда в продължение на 6-12 месеца; П.С. се заменя с пяна на основата на нишесте за омекотяване на опаковките.

Универсални биопластмаси: Използването на биомаса суровини за производство на пластмаси, като например биополиетилен (с използване на етанол от захарна тръстика като суровина) и биополипропилен (с използване на растително масло като суровина), осигурява съответствие с традиционните продукти с производителността, а въглеродният отпечатък е намален с повече от 50%. Кока-Кола, Нестле и други предприятия вече са ги приложили в голям мащаб.

Намаляване на висока производителност: Намалете разхода на материали чрез структурна оптимизация, като например олекотяване на ПЕТ бутилки (от 30 g на 9 g); ПП подобрява здравината чрез нанокомпозити, намалявайки дебелината на стените на продукта с 20%, като същевременно запазва същата производителност.

5. Бъдещи тенденции: Технологична итерация и индустриална модернизация

Пластмасовите продукти се развиват в посока на висока производителност, ниска консумация на енергия и рециклируемост, а технологичните иновации и политическите решения ще променят индустриалния пейзаж.

Повишаване на производителността: от универсален към специализиран

Чрез прецизна модификация, универсалните пластмаси постепенно навлизат в средния и високия клас:

Функционализация: Разработване на антибактериално Специалист по икономически въпроси фолио (с добавени сребърни йони) за съхранение на храни, удължаващо срока на годност с 3-5 дни; За електронни опаковки се използва огнеупорен ПП, достигащ ниво UL94 V0; Устойчивият на атмосферни влияния П.С. удължава експлоатационния си живот на открито от 1 година на 5 години чрез добавяне на Ултравиолетово абсорбатори.

Легиране: Смес от ABS/компютър (сплав ABS/компютър) подобрява устойчивостта на топлина и се използва за корпуси на батерии за нови енергийни превозни средства; смес от ПП/Пенсилвания (сплав ПП/Пенсилвания) подобрява устойчивостта на масло и се използва за компоненти на двигателя.

Кръгова икономика: Управление на целия жизнен цикъл

При насърчаване на политиките, общата верига на пластмасовата индустрия се трансформира към модел със затворен цикъл:

Разширена отговорност на производителя (Електронна поща (EPR)): Предприятията са длъжни да поемат отговорност за рециклирането на продукти, като например изискването на ЕС за 90% рециклиране на пластмасови бутилки до 2030 г., политиката на Китай за двойно въглеродно изхвърляне, насърчаваща използването на рециклирани материали, а използването на рециклирани пластмаси от автомобилните компании трябва да достигне 30% или повече.

Мащаб на рециклиране на химикали: В световен мащаб са построени съоръжения за рециклиране на химикали с капацитет от милиони тона, като например процесът за рециклиране на Специалист по икономически въпроси/ПП на Черупка, който може да преобразува смесени отпадъци в суровини от първично качество на цена, постепенно приближаваща се до традиционните процеси.

Интелигентно производство: Ефективност и подобряване на качеството

Интелигентната производствена технология дава възможност за универсално производство на пластмаси:

Оптимизация с изкуствен интелект: Чрез оптимизиране на параметрите на инжектиране чрез машинно обучение, процентът на брак се намалява с 50%; Мониторинг в реално време на дебелината на заготовката по време на процеса на формоване чрез раздуване, автоматично регулиране на налягането на въздуха и подобряване на равномерността на дебелината на стената до ± 5%.

Дигитален близнак: Създайте виртуални производствени модели, за да симулирате производителността на продукта при различни суровини и процеси и да съкратите цикъла на разработка на нови продукти (от 3 месеца на 1 месец).

Като крайъгълен камък на съвременната индустрия, разработването на универсални пластмасови продукти отразява координирания напредък на материалознанието и социалното търсене. От прости опаковки до сложни автомобилни компоненти, от продукти за еднократна употреба до рециклируеми материали, Общи Пластмаси преодолява екологичните пречки чрез технологични иновации и продължава да играе незаменима роля в устойчивото развитие. В бъдеще, с развитието на биоматериалите, химическото рециклиране и интелигентното производство, универсалните пластмаси ще постигнат двойно подобрение – висока производителност и зеленина, подкрепяйки по-екологичен и ефективен съвременен начин на живот.