Специални пластмасови изделия: опора за основен материал за висококачествено производство

Специалните пластмасови продукти, като висок клас членове на семейството пластмаси, играят незаменима роля в различни ключови области на съвременната индустрия благодарение на отличните си характеристики. В сравнение с общите пластмаси и обикновените инженерни пластмаси, специалните пластмасови продукти могат да поддържат стабилна производителност при по-строги условия на околната среда, отговаряйки на строгите изисквания на високопроизводителни производствени индустрии като аерокосмическа, електронна информационна, автомобилна и медицинско оборудване за високопроизводителни и многофункционални материали. Те постепенно се превръщат в основна материална подкрепа за насърчаване на индустриалното обновление и технологичните иновации.

1. Характеристики на производителността на специални пластмасови изделия

Причината, поради която специалните пластмасови продукти могат да се откроят във висок клас приложения, се дължи главно на техните уникални и отлични характеристики, които полагат солидна основа за надеждното им приложение при екстремни условия.

Изключителна устойчивост на топлина

Температурата на непрекъсната употреба на специални пластмасови продукти обикновено е над 150 ℃, а някои продукти могат дори да работят стабилно дълго време при висока температура от 200 ℃ или дори 400 ℃. Например, температурата на дългосрочна употреба на полиетеретеркетон (PEEK) може да достигне 260 ℃ -280 ℃, а температурата на краткосрочна употреба може да се покачи до 330 ℃. Тази отлична устойчивост на топлина го прави предпочитан материал при производството на високотемпературни компоненти, като например самолетни двигатели и промишлено високотемпературно оборудване.

Отлична химическа стабилност

Специалните пластмасови продукти проявяват изключително висока устойчивост на химическа корозия. Подобно на политетрафлуоретилен (ПТФЕ), той проявява инертност към почти всички химични реактиви, което затруднява корозията му от силни киселини, основи или окислители. Това го прави широко използван в химически тръбопроводи, облицовки на реактори и други области, осигурявайки дългосрочна безопасна работа на оборудването в сложни химически среди.

Отлични механични свойства

Въпреки че специализираните пластмасови продукти имат относително ниска плътност, те притежават характеристиките на висока якост и висок модул. Вземайки за пример полиимида (ПИ), неговата якост на опън може да достигне 100-300 МПа, а също така има отлична устойчивост на умора и износоустойчивост. Той може да поддържа добри характеристики дори при дългосрочни променливи натоварвания и триене, отговаряйки на строгите изисквания за механични свойства на материалите на аерокосмическите структурни компоненти, висок клас механични части и др.

Добра електрическа изолация

В областта на електрониката и електротехниката, специалните пластмасови продукти имат значителни предимства по отношение на електроизолационните характеристики. Например, течнокристалният полимер (ЛКП) не само има ниска диелектрична константа, но и минимални диелектрични загуби, което може да поддържа стабилни електрически характеристики във високочестотни среди и ефективно да намалява затихването и смущенията по време на предаване на сигнала. Следователно, той има важни приложения в 5G комуникационно оборудване, високочестотни електронни платки и други области.

2、 Общи категории специализирани пластмасови продукти

Специалните пластмасови продукти обхващат множество категории, всяка от които демонстрира незаменима стойност в специфични области благодарение на своите уникални свойства.

Полиетер етер кетон (PEEK)

PEEK, като полукристален, термопластичен ароматен полимерен материал, притежава изключително отлични комплексни свойства. Той не само има добра топлоустойчивост, химическа стабилност и механични свойства, но и отлична обработваемост и може да бъде преобразуван в различни сложни по форма компоненти чрез различни процеси, като шприцване, екструдиране и компресионно формоване. В аерокосмическата индустрия PEEK се използва широко за производството на компоненти за самолетни двигатели, компоненти на горивните системи и корпуси за авиационно електронно оборудване; в медицинската област, поради добрата си биосъвместимост, може да се използва за производството на медицински изделия от висок клас, като изкуствени стави и гръбначни импланти.

Полиимид (ПИ)

ПИ е ароматно хетероциклично полимерно съединение, съдържащо имиден пръстен (-СО-Ню Хемпшир-СО-) в основната верига на молекулата. Неговите ключови свойства, като електрическа изолация, механични свойства и химическа стабилност, остават непроменени в широк температурен диапазон от -269 ℃ до 400 ℃. В електронната индустрия ПИ фолиото е идеален субстрат за гъвкави печатни платки (СКП), което може да отговори на нуждите за миниатюризация, олекотяване и висока надеждност на електронните продукти. В аерокосмическата област ПИ материалите могат да се използват за производство на термозащитни слоеве, изолационни компоненти и др. за космически кораби, като ефективно издържат на екстремни температури и радиация в космическата среда.

Полифенилен сулфид (ППС)

ППС е съставен от редуващо се подреждане на бензенови пръстени и серни атоми, с правилна молекулна структура и висока кристалност. Той има отлична химическа устойчивост на корозия и може да издържи на ерозията на различни силни киселини, силни основи и органични разтворители. В същото време има добра термична стабилност и може да се използва дълго време при температури от 220 ℃ до 240 ℃. В автомобилната индустрия ППС се използва често за производство на периферни компоненти на двигатели, като всмукателни колектори, корпуси на горивни помпи и др., което може ефективно да намали теглото на компонентите, да подобри разхода на гориво и надеждността на автомобилите; В областта на електронните уреди ППС може да се използва за производство на конектори, рамки за бобини и др., за да отговори на изискванията за употреба в среда с висока температура и висока влажност.

Течнокристален полимер (ЛКП)

ЛКП е ароматен полиестерен материал с голям брой твърди бензенови пръстенни структури в основната верига, притежаващ уникални свойства на течни кристали. По време на процеса на формоване, молекулите на ЛКП могат автоматично да се подреждат и да образуват силно подредени структури, като по този начин придават на продукта изключително висока якост и модул. ЛКП има много малък коефициент на линейно разширение, изключително висока точност на размерите и стабилност. В областта на електрониката и електрическите уреди, особено в антените, РФ конекторите и чиповете на 5G комуникационното оборудване, ЛКП се е превърнал в ключов материал за постигане на миниатюризация и прецизност на високопроизводителни електронни устройства, благодарение на отличните си електрически характеристики и стабилност на размерите.

Полиарилетерсулфон (ПСП)

Основната верига на ПСП молекулите съдържа сулфонови групи (-така че₂-) и ариленови групи, които могат да бъдат класифицирани в полисулфон (Захранване), полиетер сулфон (ПЕСУ) и полифенилен сулфон (ППСУ) въз основа на различните синтетични мономери. ПСП има добра топлоустойчивост, с дългосрочна употреба при температури над 180 ℃. В същото време, той има отлични механични свойства, с якост на опън над 70 МПа и изключителна устойчивост на влага и топлина. Срокът на експлоатация в пара от 145 ℃ е най-малко 12 години. В областта на медицинските изделия, ПСП се използва често за производство на медицински продукти за еднократна употреба, като хемодиализни мембрани и инфузионни комплекти. Поради високата си безопасност, той отговаря на хранителните и хигиенни стандарти на Американската FDA (Агенция по храните и лекарствата) и Европейския съюз; В аерокосмическата област, ПСП може да се използва за производство на интериорни декорации, корпуси за електронно оборудване и др. на самолети, което може да намали общото тегло на самолета, като същевременно гарантира структурна здравина.

3. Производствен процес и технически трудности

Високите изисквания за производителност на специалните пластмасови продукти определят сложността и техническата трудност на техните производствени процеси, като всеки вид специална пластмаса има свой уникален производствен процес и ключови технически възли.

Технология за синтез на суровини

Синтезът на специални пластмаси често изисква прецизен контрол на реакционните условия и съотношенията на суровините. Вземайки за пример синтеза на PEEK, обикновено се използва реакция на нуклеофилно заместване, като 4,4'-дифлуоробензофенон и хидрохинон са основни суровини, а реакцията на полимеризация се провежда в присъствието на силни полярни разтворители и карбонати на алкални метали. По време на реакционния процес фактори като температура, налягане, време на реакция и чистота на суровините могат значително да повлияят на молекулното тегло, молекулната структура и свойствата на полимера. Следователно е необходим високо прецизен контрол на процеса и модерно реакционно оборудване.

Контрол на процеса на агрегиране

По време на процеса на полимеризация, скоростта на полимеризационната реакция, разпределението на молекулното тегло и микроструктурата на полимера на специалните пластмаси трябва да бъдат стриктно контролирани. Например, процесът на полимеризация на ПИ обикновено се разделя на два етапа. Първо, бинарният анхидрид и бинарният амин претърпяват нискотемпературна кондензационна реакция в полярен разтворител, за да се генерира полиамидна киселинна преполимер. След това полиамидната киселина се превръща в ПИ чрез термична имидизация или химическа имидизация. В този процес степента и методът на имидизация директно определят производителността на ПИ и е необходим прецизен контрол на температурата, времето на реакцията и количеството на имидизиращия реагент.

Технология за формоване и обработка

Формоването и обработката на специални пластмасови изделия също са изправени пред много предизвикателства. Поради високата точка на топене и високия вискозитет на стопилката, те изискват строги параметри като температура, налягане и сила на срязване за оборудването за обработка. Вземайки за пример шприцоването на ЛКП, температурата на шприцоване обикновено трябва да достигне 300 ℃ -350 ℃, а температурата на матрицата също трябва да се контролира на високо ниво, за да се гарантира, че молекулите на ЛКП могат да бъдат напълно ориентирани и кристализирани, като по този начин се получат добри характеристики на продукта. Освен това, поради изключително високите изисквания за точност на размерите и качество на повърхността на специалните пластмасови изделия, по време на процеса на формоване са необходими и усъвършенстван дизайн на матриците и прецизни техники за обработка, като високоскоростно прецизно шприцоване и технология за микроформоване.

4. Области на приложение и типични случаи

Специалните пластмасови продукти, с отличните си характеристики, са широко използвани в множество висококачествени производствени области, превръщайки се в ключова сила за насърчаване на технологичния прогрес и продуктовите подобрения в различни индустрии.

Аерокосмическа област

В аерокосмическата индустрия приложението на специални пластмасови изделия е изключително широко. Например, компонентите на системата за впръскване на гориво на самолетните двигатели обикновено са изработени от PEEK материал, който може да издържи на високи температури, високо налягане и корозия на горивото, като същевременно намалява теглото на компонентите и подобрява горивната ефективност и надеждността на работата на двигателя. По отношение на космическите кораби, субстратът на слънчевите панели на спътниците често е изработен от ПИ композитни материали. Високата якост, ниската плътност и отличната радиационна устойчивост на ПИ материалите могат да осигурят дългосрочна стабилна работа на слънчевите панели в тежки космически условия, осигурявайки надеждно енергоснабдяване за спътниците.

В областта на електронната информация

С бързото развитие на електронната информационна индустрия, изискванията за производителност на материалите се увеличават и приложението на специални пластмасови продукти в тази област става все по-важно. ЛКП се използва широко в производството на антени и гъвкави платки в електронни продукти като смартфони и лаптопи. ЛКП антените се характеризират с ниска диелектрична константа и ниски загуби, което може ефективно да подобри ефективността и качеството на предаване на сигнала, отговаряйки на търсенето на високоскоростно и високочестотно предаване на сигнали в 5G комуникацията; ЛКП гъвкавите платки имат добра гъвкавост и размерна стабилност, което може да постигне миниатюризация и лек дизайн на електронните продукти.

Автомобилно-производствена област

В областта на автомобилостроенето, прилагането на специални пластмасови продукти спомага за постигане на лекота и висока производителност на автомобилите. Например, всмукателният колектор на автомобилния двигател е изработен от ППС материал, който може да намали теглото му с 30% до 50% в сравнение с традиционните метални материали. В същото време ППС може да подобри ефективността на всмукателния колектор, да намали консумацията на енергия и емисиите на двигателя. Освен това, специални пластмаси като PEEK и ПИ постепенно се прилагат във вътрешните и външните компоненти на автомобилите. Например, PEEK може да се използва за производство на механизми за регулиране и катарами за предпазни колани за автомобилни седалки, което може да намали теглото на компонентите и да подобри цялостната производителност на автомобила, като същевременно гарантира здравина и безопасност.

Област на медицинските изделия

В областта на медицинските изделия, специалните пластмасови изделия са се превърнали в идеални материали за производство на висококачествени медицински изделия, благодарение на отличната им биосъвместимост, химическа стабилност и механични свойства. Например, материалът PEEK може да се използва за производство на изкуствени стави и гръбначни импланти. Неговият модул на еластичност, който е подобен на този на човешките кости, може ефективно да намали защитата от напрежение между имплантите и човешките кости, да намали риска от разхлабване и счупване на имплантите и да подобри експлоатационния живот на имплантите и качеството на живот на пациентите. Освен това, ПСП материалите често се използват за производство на корпуса и диализната мембрана на кръвните диализатори, а добрата им биосъвместимост и устойчивост на химическа корозия могат да гарантират безопасността и ефективността на процеса на кръвна диализа.

5. Състояние и тенденции в развитието на пазара

През последните години, с бързото развитие на световната индустрия за производство на висококачествени продукти, пазарът на специални пластмасови продукти показва стабилна тенденция на растеж. Според институции за пазарни проучвания, размерът на световния пазар на специални инженерни пластмаси е нараснал от 65,2 милиарда юана през 2018 г. до 94 милиарда юана през 2022 г., със сложен годишен темп на растеж от 9,58% през този период; През същия период размерът на пазара на специални инженерни пластмаси в Китай се е увеличил от 7,2 милиарда юана до 13,5 милиарда юана, със сложен годишен темп на растеж от 16,9%. Очаква се до 2027 г. размерът на световния пазар на специални инженерни пластмаси да достигне 138,2 милиарда юана, а размерът на китайския пазар да достигне 21,2 милиарда юана със сложен годишен темп на растеж от 9,53%. Темпът на растеж на китайския пазар е по-висок от този на световния пазар за същия период.

Капацитет и модел на търсене и предлагане

В момента глобалният производствен капацитет на специализирани пластмасови продукти е концентриран главно в ръцете на няколко големи химически предприятия в развити страни и региони като Европа, Америка и Япония, като например ДюПонт в Съединените щати, БАСФ в Германия и Баоли в Япония. Тези предприятия доминират пазара на висококачествени специализирани пластмаси с модерни технологии и богат производствен опит. Въпреки това, с непрекъснатия растеж на търсенето на специализирани пластмасови продукти в азиатски страни като Китай и Южна Корея, както и с подобряването на местните възможности за научноизследователска и развойна дейност в областта на технологиите, делът на производствения капацитет в азиатския регион постепенно се увеличава. По отношение на търсенето и предлагането, поради непрекъснатото разширяване на областите на приложение на специалните пластмасови продукти, особено в резултат на развиващите се индустрии като превозни средства с нова енергия, 5G комуникации и аерокосмическа индустрия, пазарното търсене на специални пластмасови продукти продължава да бъде силно. Въпреки това, все още има недостиг на предлагане за някои висококачествени продукти, особено тези със специални изисквания за производителност и спецификации, които разчитат в голяма степен на внос.

Технологичните иновации движат развитието

Технологичните иновации са основната движеща сила зад развитието на пазара на специални пластмасови продукти. От една страна, големите предприятия и изследователски институции непрекъснато увеличават инвестициите си в научноизследователска и развойна дейност в областта на специалните пластмасови материали. Чрез молекулярен дизайн, оптимизация на процесите на синтез и добавяне на функционални добавки, те са разработили нови видове специални пластмасови продукти с по-висока производителност и по-добра рентабилност. Например, през последните години е постигнат значителен напредък в научноизследователската и развойна дейност в областта на биологично базираните специални пластмаси. Специалните пластмасови продукти, приготвени от възобновяеми ресурси, като биологично базирани полиамиди и биологично базирани полиестери, не само имат сходни свойства с традиционните специални пластмаси на петролна основа, но и ефективно намаляват въглеродния отпечатък на продуктите, отговаряйки на изискванията за устойчиво развитие. От друга страна, с развитието на интелигентни производствени технологии, производственият процес на специални пластмасови продукти непрекъснато се автоматизира и се подобрява интелигентно. Чрез въвеждането на модерно производствено оборудване и системи за контрол се подобрява ефективността на производството, намаляват се производствените разходи и се осигурява стабилност и постоянство на качеството на продукта.

Разширяване на приложенията и пазарни перспективи

С непрекъснатото подобряване на производителността на специалните пластмасови продукти и постепенното намаляване на разходите, техните области на приложение ще се разширят допълнително. По отношение на нововъзникващите индустрии, с бурното развитие на индустрията за превозни средства с нова енергия, приложението на специални пластмасови продукти в системите за управление на батерии, изолацията на двигатели, леките конструкции на каросерията и други области ще претърпи експлозивен растеж. В областта на 5G комуникацията, с широкото покритие на 5G мрежите и непрекъснатото обогатяване на сценариите на приложение, изискванията за производителност на специалните пластмасови продукти по отношение на предаването на сигнала, електромагнитното екраниране, разсейването на топлината и други аспекти ще стават все по-високи, осигурявайки широко пазарно пространство за специални пластмасови продукти. Освен това, специалните пластмасови продукти ще играят все по-важна роля в области като здравеопазването, опазването на околната среда, националната отбрана и военната промишленост, благодарение на своите уникални предимства в производителността. Може да се предвиди, че бъдещите пазарни перспективи за специални пластмасови продукти ще бъдат широки и ще се превърнат във важна подкрепяща сила за насърчаване на развитието на висок клас производство в световен мащаб.