工程塑料“飞入寻常百姓家”

■ 郭永峰

石化与生活

工程塑料“飞入寻常百姓家”

■ 郭永峰

石化产品种类数以万计，“工程塑料”是其中一个重要分支，以其坚韧的刚度、丰富艳丽的色彩和轻盈多姿的形态而闻名于世。这些精巧的工程塑料产品，具有“铁之刚硬”、“铜之精巧”、“瓷之亮丽”，放在古代大抵是“奇技淫巧”之物，会放置在皇宫里以供达官贵人享用。如今这些工程塑料已进入寻常百姓家，成为人们的生活必需品。

何谓工程塑料

工程塑料，其全称是工程用途塑料，指被用做工程机器零件或外壳的塑料制品，主要是相对于通用塑料而言。而通用塑料，则是生活用途塑料的别称，一般用于制成百姓日常生活使用的塑料制品，如塑料脸盆与塑料玩具等。

相对于通用塑料，工程塑料有三大特点，即物理稳定性、化学稳定性、结构稳定性。

物理稳定性能，主要包括材料稳定性与电稳定性，有高强度与硬度、高耐冲击性以及良好的耐热和耐寒性能，一般耐热达150℃以上。化学稳定性能包括材料化学性质稳定性与热稳定性，即有高耐热性、高抗老化性、耐磨损及耐疲劳性，熔点较高，热膨胀系数较小，以及耐化学药品性、电绝缘性、耐燃性。结构稳定性即有精确的尺寸加工性能与稳定的构件组合性能。

工程塑料的用途

说工程塑料飞入寻常百姓家，是因为它的用途十分广泛，主要应用在以下领域：

（1）汽车制造。工程塑料在汽车上的应用日益增多，主要用作保险杠、燃油箱、仪表板、车身板、车门、车灯罩、燃油管、散热器以及发动机相关零部件等（图1）。据英国国家统计局(UK's Office for National Statistics)资料显示，1950年英国生产汽车只有1.6%是非金属材料，而到2015年，英国生产汽车所使用的非金属材料，即合成材料已达到约83%，其中一部分为工程塑料。

图2 工程塑料在通用机械与医疗用具的应用

图1 工程塑料在汽车仪表盘的应用

（2）通用机械产品。工程塑料可用于轴承、齿轮、丝杠螺母、密封件等机械零件和壳体、盖板、手轮、手柄、紧固件及管接头等机械结构件上（图2）。这里着重提到石油机械产品，包括钻井机械与采油机械，其外壳与受力不大的齿轮等联接部件，越来越多 地使用工程塑料制造。

（3） 通用电子产品。工程塑料可用于电线电缆包覆、印刷线路板、绝缘薄膜等绝缘材料和电器设备结构件，以及医疗用品方面。具体在家用电器上，工程塑料可用于电冰箱、洗衣机、空调器、电视机、电风扇、吸尘器、电熨斗、微波炉、电饭煲、收音机、组合音响设备与照明器具上。

（4）化工工艺设备。工程塑料可用于热交换器、化工设备衬里等化工设备上和管材及管配件、阀门、泵等化工管路中。

和通用塑料相比，工程塑料在机械性能、耐久性、耐腐蚀性、耐热性等方面能达到更高的要求，而且加工方便，并可替代金属材料。工程塑料被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、办公设备、机械、航空航天等行业，“以塑代钢”、“以塑代木”已成为国际流行趋势。据美国塑料行业学会（Society of the Plastics Industry）2012年发布的报告，美国国内塑料工业，主要是工程塑料业，已成为美国4大制造业之一，仅排在汽车、电子与石油炼制业之后，全国有21000家塑料制造厂商。作为近年国际高新科技成果的“骄子”——3D打印技术使用的打印喷涂媒介即为工程塑料。所以，业界所说的“无工程塑料就无3D打印技术的概念”，反映出工程塑料在现代高科技领域的独特地位。

工程塑料发展简史

1931年，美国杜邦（DuPont）公司的卡洛斯(W.H. Carothers)，发明了“尼龙66”，开创了工程塑料工业化基础。

1958年德国拜耳（Bayer）公司开发了聚酸酯(PC)，作为结构性工业塑料应用于工业界。聚碳酸酯是具有优良综合性能的透明工程塑料，应用广泛，是发展最快的工程塑料之一，在工程塑料领域，其产量和消费量仅次于聚酰胺而居第二位。

1960年杜邦（DuPont）公司商业化生产聚甲醛(POM)，由于其高刚性、低摩擦系数、高硬度与机械强度，部分场合替代金属，因此被人称为“塑料钢”，目前多用于制作机械轴承，人造心脏瓣膜等。

1964年美国通用公司（General Electric Company）开发聚苯醚树脂并投入了工业化生产，聚苯醚的热性质与电气性质优异。同年杜邦（DuPont）公司成功开发出聚亚酰胺(PI)为迄今耐热性最佳的高分子材料。

1970年美国赛拉尼斯（Celanese）公司发展聚对苯二甲酸丁二酯（PBT），成为五大工程塑料之一。五大工程塑料为聚酰胺类(PA6，PA66)、聚热塑酯类（PBT，PET）、聚碳酸酯（PC）、聚苯醚（PPO）和聚甲醛（POM）。

1976年柯达公司发表p-羟基安息香酸改性的液晶性聚酯后开启了液晶聚酯的研发，在半结晶与非晶性塑料之外另外有液晶行为的高分子材料，由于其特殊的自我补强、特殊取向行为与耐高温特性，在航天与电子电器用途用量越来越高。

1980年，英国ICI（(Imperial Chemical Industries）公司成功开发了熔点高达336℃的工程塑料聚醚醚酮（PEEK)。PEEK具有卓越的耐热性、耐辐射性和耐化学药品性，并能注射成型。

1985年，开发成功热致液晶聚合物是特种工程塑料发展史上又一重大事件。液晶聚合物耐热性优异，使用温度可达200℃以上，具有自增强、高强度、高模量、耐化学药品等特性，熔体粘度低，成型方便，在电子工业领域具有非常广阔的应用前景。

国内外工程塑料概况

工程塑料已成为当今世界塑料工业中增长速度最快的领域，其发展不仅对国家支柱产业和现代高新技术产业起着支撑作用，同时也推动传统产业改造和产品结构的调整。

中国是全世界工程塑料需求增长最快的国家。我国工程塑料需求增长最快的年份为2012年，消费约750亿元（RMB）, 年度同比增长为23.9%。我国工程塑料消费量最高年份为2015年，消费约940亿元（RMB）,417万吨，年度同比增长为1.5%，这与2012年以来，我国国民经济增长速度放缓的情形相吻合。但是今后国内对工程塑料需求的绝对值稳定增长的趋势没有变化。以我国家电行业为例，仅冰箱、冷柜、洗衣机、空调及各类小家电产品每年的工程塑料需求量将达60万吨左右。而用于通信基础设施建设以及铁路、公路建设等方面的工程塑料用量则更为惊人，预计2017年以后，每年工程塑料的总需求量将达到450万吨以上。

图3 中国工程塑料年产量与增速

而在国际上，据相关研究报告称，2013年，全球工程塑料市值约为535.8亿美元，预计到2018年将达到790.3亿美元，复合年增长率为8%。2014年，亚太地区占据了全球工程塑料市场主体，据统计2013年亚太地区占全球工程塑料市场需求的47.9%市场份额。预计2018年亚太地区将继续保持世界最大工程塑料市场的地位，其次为西欧市场，未来5年，其工程塑料市场需求年均增速预计为7.8%。

工程塑料是当今世界上石油、石化产品的重要下游分支，并且随着科技发展，工程塑料在石油、石化产品中的产量与份额会越来越大。发展工程塑料的重要意义，一是可以引领石油石化产品向高技术含量、高附加值方面转型，将石油产品制成塑料，比起炼成汽油供汽车产生动力，产值与利润要高得多（产值大约增大3.4倍，利润增长约2.6倍），对于我国目前的经济转型工作有重大意义。二是丰富人民日常生活，促进人们的衣食住行向个性化、便利化和定制化方向发展。