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塑料的发明及发展回顾(下)
 
来源:中华包装瓶网    编辑:zynljh    发表时间:2007/12/12 15:02:53 在线投稿
 
 
爱好体育运动的人们也不会忘记塑料的好处。最早的人造塑料赛璐珞就是为了成为台球原料而问世的,如今绝大部分球类、高尔夫球杆、钓鱼杆、滑雪板等用具都是采用塑料制造的。
     2004年3月,德国2006年世界杯足球赛组委会在德国向公众展示了一个巨大的足球模型,这个庞然大物是由乙烯一四氟乙烯共聚物(ETFE)制成的32块塑料薄板构成,高达20米,很轻,能轻易拆装。在它内部设有极具艺术性的大屏幕,运用尖端技术设计的各种强光变幻多彩,还有实景图像和各种人机对抗游戏。球体内部可装配20个像束头、4800米多媒体电缆连线和40个扬声器系统。当夜幕降临,几台20000瓦的液晶显示屏发出耀眼的光芒,给人以更远更广的视觉效果。这个塑料足球模型在举办2006年世界杯赛的所有城市间巡回展示后引起了轰动。
     孩子们也是塑料制品的受益者,儿童玩具中有80%是用塑料制成的。
     历史的发展证明,任何一种新材料的出现,都会给人类的生活带来翻天覆地的变化,都促进了人类文明的巨大飞跃。从石器时代到青铜时代再到铁器时代,都是以新材料的出现和使用为标志的。
     20世纪以来以塑料为代表的高分子合成材料的出现,使几千年来的无机材料和金属材料在它面前都显得暗淡无光,任何一种材料都无法像塑料那样,短短百年间就活跃在普通大众的日常生活各个领域。正如伦敦科学博物馆馆长苏珊·莫斯曼所说的,“塑料的故事是过去百年材料世界的核心线索之一。有了塑料,才有消费革命,收音机、电视、计算机、合成纤维、一次性用具才得以大量生产。”但也正因如此,人们已经不再反复使用塑料,塑料成为用过即作为垃圾丢弃的消费品,即或是大型成型件,最后也会随着产品的损坏而被丢弃。
     人类的这种严重浪费资源的做法给我们赖以生存的地球环境带来了严重的破坏也给人们自身的健康带来了潜在的危害。
     说起塑料的危害,首当其冲就是大家耳熟能详的“白色污染”。“白色污染”主要是人们把各类生活塑料制品随意乱丢乱扔造成的,由于这些塑料制品难于降解处理,以致造成了城市环境的视觉污染,同时由于它们不能像草木一样被生物降解,还常常引起动物误食,并造成土壤环境恶化。
     1970年到1987年间,人们调查了太平洋海域的543只白额鹱等大型海鸟。由于它们分不清塑料与海草,竟在其中458头胃中找到了塑料类物品,海龟的胃中也有。由于塑料制品在动物体内无法被消化和分解,以致误食后即能引起胃部不适、行动异常、生育繁殖能力下降,甚至死亡。我国的某些动物园就曾发生过动物误食游人丢弃的塑料食品袋致死的不幸事件。农田里的废农膜、塑料袋等也同样会引起牲口误食因厌食而死亡。此外,当它们长期残留在农田中后,既会影响土壤透气性,阻碍水分流动和作物根系发育,还会缠绕农机,影响田间作业,长此下去又能影响深层土壤,使土壤环境恶化,进而威胁人类生存。
     废弃塑料对海洋的污染已经成为国际性问题。海洋漂浮物中PS泡沫占22%,其它塑料占23%。这些废弃塑料不但会缠住船只的螺旋浆,损坏船身和机器引起事故和停驶,给航运造成重大损失,而每清除1吨海上垃圾要用去清除陆地垃圾10倍的花费。
     1995年香港为打捞4765.6吨海上垃圾,耗资1200万港元。由玻璃钢制成的中、小型船身,当船只一旦报废就很难处理。在日本每年约有3000只这类废船被丢弃在港岸,既影响观瞻,又影响渔业,成为日本沿海的一大公害。
     不过科学家既然发明了塑料,总是会有办法解决塑料污染的问题的。近年来欧美日等发达国家已经开始重视废弃塑料的资源化,发展了多种废弃塑料的利用方法,主要包括:穴1雪直接作为材料这是一种物理再循环。对于材料为PP、PE、PVC等废弃的热塑性塑料制品,可以在进行分类、清洗后再通过加热熔融,使其重新成为制品。然而收集到的废塑料制品,常常由于所用材料无法迅速辨认而给再利用带来困难。比如极性的PVC与非极性的聚烯烃是不能很好混熔的,即或暂时熔在一起,也会很快破裂,而且即使是同一品种不同型号的塑料也不能发挥其应有特性,因而废塑料的分类成为再利用的一大障碍。为了解决上述困难,一些国家已经开始在制品上印刷或模压所用材料种类的标志。最常见的可回收用塑料有:聚酯PET、高密度聚乙烯HDPE、聚氯乙烯PVC、低密度聚乙烯LDPE、聚丙烯PP和聚苯乙烯PS。对于热固性塑料制品,由于它的不熔、不溶性,再利用的途径主要是把它粉碎后加入粘合剂作为加热成型产品的填料。
     (2)制单体和燃料油这是一种化学再循环。塑料用的合成树脂都是由各种各样的单体通过不同的聚合反应制成的,如果能把聚合成的树脂再转变成单体,则被看成是一种绝对循环,但目前只有有机玻璃(PMMA)的加热分解和聚酯的醇解比较容易实现。不过,由聚烯烃类制取乙烯、丙烯等单体的工艺也在研制中。
     对于难制成单体的废塑料可以用来制造燃料油,其方法是将它放入外热式加热炉内,以分子筛等硅铝酸盐为催化剂,在加热到430℃~460℃时,即裂解成低分子的石油烃,再通过分馏便得到汽油、煤油、柴油等有用的液体燃料。但这时不应使用含氯、含氮类废塑料,否则会产生氯化氢、氢氰酸等有害气体,腐蚀设备和污染环境。
     (3)制燃料气这是一种热再循环,但严格地说它不是再循环,只是有效地利用了燃烧时产生的热能而已。所用的方法实际上是类似古老的烧木炭的热裂化工艺,通过内热式反应器来制造燃料气体。热裂后得到的氢和C1~C4气体烃可直接供加热燃烧。
     作为液体燃料的石油,如果先制成塑料,然后再燃烧废弃的塑料,不但可以降低原油消耗,而且从做功效率来看也是极有意义的。
     塑料对人体健康的危害在20世纪60年代中期就开始引起人们的重视。从事PVC树脂制造的工人常常会得一种被称为“肢端骨溶解症”的怪病,也就是这些工人手指前端的骨头会慢慢溶化掉,而且还会出现手指麻木、刺痛等所谓白蜡症(雷诺氏综合症)。专家们发现罪魁祸首是PVC塑料中残存的氯乙烯单体!当人们接触氯乙烯单体后就会发生手指、手腕、颜面浮肿,皮肤变厚、变僵、失去弹性和不能用力握物的皮肤硬化症,同时还有人出现脾肿大、胃及食道静脉瘤、肝损伤,门静脉压亢进等症状。更可怕的是70年代后又在一些PVC生产厂中发现有人患有一种极少见的肝癌—肝脏血管肉瘤。此后业界虽然尽量控制PVC树脂中单体的含量,但并未彻底解决,故在1975年美国首先提出禁止用PVC塑料包装食品和饮料。后来人们用无毒的PE和PP塑料代替有毒的PVC食品袋,但在我国,有些小商贩为了降低成本,把从非正规厂家买来的回收PVC做成的廉价彩色塑料袋当作食品袋使用,对人们的身体健康造成了潜在的损害。因此我们应该提醒大家,要正确使用塑料袋,不要用彩色塑料袋盛食品,也不要把热腾腾的熟食放在塑料袋里,因为高温下塑料袋中有毒的添加剂就会渗到我们的食品上,给我们的健康造成危害。我们应当尽量减少一次性塑料餐具的使用。任何一次性餐具不仅不利于环保,也是对资源的最大的浪费。我们在日常生活中,不应过度依赖塑料袋。目前在欧美很多城市,禁用非生物降解塑料袋已经成为法律被付诸实施,更多城市则采取超市塑料袋收费的限用措施来逼迫人们少用塑料袋。
     塑料与工业———相互依存
     塑料工业的发展离不开煤和石油。早期的塑料都是以煤化工为基础,从煤焦油中提取所需原料,后来随着1936年石油催化裂化技术的开发,以低分子烯烃为原料的塑料品种迅速发展壮大。

1941年美国研究成功由石油轻质馏分催化重整制取芳烃的新工艺,开辟了苯、甲苯和二甲苯等重要芳烃的新来源(在此以前,芳烃主要来自煤的焦化过程),更加速了塑料工业以石油化工产品原料代替煤化工产品原料的进程。战后的欧洲也很快开始转用石油化工产品用作塑料原料,并开发成功了一些关键性的新技术,如20世纪50年代齐格勒-纳塔催化剂发明及其在PE和PP生产中的应用,这样廉价的原料供应、可靠又有发展潜力的生产技术和产品广泛的应用范围三个因素的综合,实现了由煤化工向石油化工的转换,完成了化学工业发展史上的一次飞跃,进而推动塑料工业的飞速发展。
     70年代后,随着世界各国国民经济和石油化工业的发展,合成树脂的生产规模不断扩大,工艺技术不断提高,产品种类也不断增加,到20世纪末塑料工业已成为对世界经济具有巨大影响的产业。可以说,塑料工业的飞速发展是站在石油化工的肩膀上。尽管如此,用于生产塑料的石油用量也仅占石油总量的不足10%。
     塑料工业本身包括三个生产系统:塑料原料的生产,塑料制品的加工,塑料成型机械穴包括模具雪的制造。三个生产系统互相依存,缺一不可。塑料原料指的是合成树脂和各种塑料添加剂。合成树脂在做成塑料之前只是无用的粉末、颗粒或液体,不过有的树脂可直接用于加工成型,故常是塑料的同义语,因而前文所述的一些塑料品种的发明年份实际上是其合成树脂的发明年代,合成树脂的产量也基本就是塑料的产量。大部分塑料制品都是往合成树脂中添加了增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂、阻燃剂等助剂以后做成。从最早的塑料开始,人们就已经利用各种塑料添加剂,木屑作为填充剂使酚醛塑料更为结实耐用,如果没有磷酸酯类高沸点溶剂的增塑作用,也许今天PVC还躺在化学家的实验室里睡大觉,由此可见添加剂对塑料制品的质量也起着重要作用。
     塑料加工工艺及塑料机械和模具对塑料制品的质量也有举足轻重的作用。
     塑料的成型加工是指由合成树脂制成最终塑料制品的过程。加工方法(通常称为塑料的一次加工)主要包括模压成型、注射成型、挤出成型、吹塑成型等成型技术。不少塑料加工技术都由借鉴橡胶、金属和陶瓷的加工而来。
     最早的塑料加工方法是模压成型。这种成型方法可追溯到19世纪90年代,当时由天然纤维素改性制成的硝酸纤维塑料———赛璐珞诞生之后,因其易燃,只能用模压法制成块状物,再经机械加工成片材,片材可用热成型法加工。这种加工方式具有成型装置简单、设备投资小、模具结构简单等特点,在机械化、自动化生产高度发达的今天,仍是一种最为普及的生产手段之一。它特别适用于酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂等热固性塑料的成型加工,也可用于热塑性塑料的加工。此外,还有一种特殊形式的模压方法,即先将粉状塑料压实,然后从模中取出料坯,放在炉中加热至熔点,使塑料颗粒熔化成一个整体,冷却后得制品或半成品。
     这种方法称烧结成型,主要用于聚四氟乙烯和聚酰亚胺的成型。模压成型的缺点是生产周期长,效率低,制品尺寸精度差。
     注射成型始于20世纪20年代,用于加工醋酸纤维素和聚苯乙烯,1952年往复螺杆式注射机的问世,使注射成型技术进入到一个新的阶段。如今注射成型技术发展到几乎适用于所有的热塑性塑料、某些热固性塑料及泡沫塑料。这种工艺的成型周期短穴几秒到几分钟雪,成型制品质量可由几克到几十千克,能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的模塑品。因此,适应性强,生产效率高。缺点是设备及模具成本高,注塑机清理较困难等。
     挤出成型的机械设备主要是挤出机,包括单螺杆和双螺杆挤出机。这种成型技术最早在20世纪30年代中期研制成功,当时用于软PVC挤出成型,塑料专用的单螺杆挤出机相应问世;1938年双螺杆挤出机也投入生产。挤出成型的优点是可挤出各种形状的制品,生产效率高,可自动化、连续化生产,因而广泛用于热塑性塑料制品的加工,比如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆包覆层等,还可用于塑料的混合、塑化造粒、着色、掺合等。挤出成型有时也用于热固性塑料的成型,并可用于泡沫塑料的成型。
     吹塑技术从20世纪40年代首先开始用于生产聚乙烯中空制品。但是直到1979年以后,吹塑成型才进入广泛应用的阶段。可用于吹塑的材料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、热塑性聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、醋酸纤维素和聚缩醛树脂等熔体指数为0.04—1.12的塑料。吹塑制品的应用涉及到汽车、办公设备、家用电器、医疗等方面。近年来多层吹塑技术也得到了较大的发展。与注射成型相比,吹塑的设备造价较低,适应性较强,可成型性能好穴如低应力雪、可成型具有复杂起伏曲线穴形状雪的制品,主要用于各种瓶、桶、壶类容器、薄膜及儿童玩具的制造。
     20世纪60到70年代,新发展起来了各种增强塑料新的成型方法,如缠绕、拉挤、片材模塑成型、反应注射成型、结构泡沫成型、异型材挤出成型、片材固相成型以及共挤出、共注塑等。进入80年代,塑料加工向着高效、高速、高精度、节能、大型化或超小、超薄等方向发展,计算机技术进入这一领域,把整个塑料加工技术提高到一个新的水平。
     塑料制品的加工质量在很大程度上决定于塑料机械(包括模具)。塑料机械主要有开炼机、密炼机、注塑机、挤出机和中空成型机等。世界各国政府特别是一些工业发达国家,如德国、美国、意大利、日本等国政府都非常重视和支持塑料机械的发展。塑料机械产业也集中在这些国家和地区。据德国机械制造协会VDMA发布的报告,2005年德国塑料机械在全球市场所占份额为24.4%,比2003年的26.8%稍有下降熏但依然占据全球市场绝对领先地位,排名第二的意大利占12.7%,紧随其后的是美国和日本。美国塑料成型机械产值连年减少,占世界总产值的比例由1999年的19.7%下降到2005年的9.4%。日本塑料机械占世界总产值的9.1%。近年来中国的塑料机械出口增长强劲,2005年在全球市场所占份额已达到12.4%,与排名第二的意大利非常接近。
     开炼机即双辊筒炼塑机,亦称开放式炼塑机,是塑料机械中最基本的一种设备。它主要用于塑料的混炼、为压延机喂料和配合炼机压片使用。目前世界各主要工业国家开炼机的生产早已形成系列,规格、尺寸、外形大致相似。
     密炼机亦称密闭式炼塑机,主要用于塑料的混炼及其它物料的混合等。对上述用途,密炼机完全可以代替开炼机,且生产效率和自动化水平大大提高,劳动条件得以改善。目前世界主要工业国家密炼机的生产都已形成系列,基本上有4种类型:穴1雪以美国法勒尔-伯明翰公司生产的本伯里式为代表的F系列;穴2雪以德国维尔纳·普弗莱特勒公司的产品为代表的GK系列;穴3雪以英国弗兰西斯·肖公司产品为代表的K系列;穴4雪以日本森山制作所生产的产品为代表的MS系列。
     20世纪90年代以来,这4种类型密炼机都在向快速、高压、大容量和加料与操作程序自动化方向发展。总体上来说,前3种系列的密炼机基本结构相近,第4种MS系列的主要结构与前3种系列相比有较大的变化。上述几种密炼机按时间顺序来讲后者对前者既有借鉴与继承,也有改进和创新。在国际市场的竞争中,它们之间既有相互吸收,也有自我改进和发展,各具特色。
     注塑机是塑料加工机械中的主要品种,工业发达国家的注塑机产量占塑机总量的50%~80%。近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要,推动了注射成型技术水平的发展和提高。
     20世纪70年代后塑料制品在汽车、船舶、宇航、机械以及大型家用电器方面的广泛应用,使大型注塑机得到了迅速发展。
     80年代以来,CAD/CAE/CAPP/CAM计算机应用技术在塑机制造业的广泛采用,促进了注塑机研发和制造水平的高速发展。由日本和德国一些知名公司生产的目前最先进的全电动注塑机,具有低能耗、高精度、低噪音的特点,且能大大提高生产率和降低成本。
     挤出机也是塑料机械的主要品种之一,占塑料机械总产值的31%,用挤出机加工的塑料制品占其总量的1/3左右。
     目前挤出机主要有单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位。双螺杆挤出机喂料特性好,适用于粉料加工,且比单螺杆挤出机有更好的混炼、排气、反应和自洁功能,加工热稳定性差的塑料和共混料时更显示出其优越性。近些年来国外双螺杆挤出机已经有很大的发展,各种形式的双螺杆挤出机已系列化和商品化,生产的厂商也较多。在双螺杆挤出机的基础上,为了更容易加工热稳定性差的共混料,有的厂家又开发出多螺杆挤出机如行星挤出机等。
     塑料机械和塑料制品在工业上的应用主要包括包装、建筑、交通、电子、农业及医疗等方面。
     一、包装行业在世界塑料工业中,用量最大的当数包装塑料。在许多国家,包装塑料都占最大比例,比如巴西和哥伦比亚有51%的塑料用于包装中,波利维亚的这一比例更是高达61%,意大利和芬兰为45%。塑料的应用是包装发展史上的一次飞跃。由于塑料具有轻、便、优、美四大优点,在纸、塑、金属、玻璃四大包装材料中仅次于纸,位居第二。以美国为例,1998年包装消费金额超过1212亿美元,其中塑料包装材料为397亿美元,占32%。在欧洲,1996年包装消费金额约1100亿美元,塑料包装占29%。在我国,2000年全国包装总产值达2200亿元,塑料包装在所有包装材料中也是排第二位占32.3%。纸仅能在运输袋和熟食携带包装市场上继续保持优势,而塑料在灌装包装薄膜和运输桶的硬质容器包装上显出技术优点和方便。塑料包装制品种类繁多,一般可分为膜、袋、瓶、大型中空容器、浅盘和托盘等等。每一包装形态又因为用途和所用材料不同而分为很多品种。从各种塑料包装产品看,包装薄膜的数量和金额都居首位,目前已占全球塑料消费总量的25%,其中主要是聚乙烯和聚丙烯。各种鲜货、宠物食品、肉类、家禽类、海鲜类、速食等产品市场的快速成长促进食品塑料包装市场不断扩大。随着社会整体生活水平的不断提高,各种汽水、果汁、蔬菜、饮料所需的塑料容器需求量与日俱增。美国生产的果汁和蔬菜饮料中,塑料包装容器在数量上占全部容器的30%,在各类容器中用量居首位。在碳酸饮料和牛奶的包装容器中,塑料都占第2位。聚酯瓶具有良好的阻隔性,是近年来市场增长最快、最受注目的塑料包装品种,在各种碳酸饮料、果汁、奶乳制品、茶饮料、矿泉水等包装领域成为最主要的包装材料,并在多个领域几乎完全代替了玻璃包装。
     PP透明包装瓶的开发是近几年国内外塑料包装的另一个热点,可广泛用于注吹、挤吹、挤压、热成型各种容器、食品、药品瓶等,性价比适宜,是PS、ABS、PET、PE瓶的竞争对手。此外,塑料还广泛用在医药包装和化妆品包装上。
     二、建筑行业塑料制品在建筑行业的应用仅次于包装行业,有统计数据显示,全球每年建筑工业消耗塑料大约在1000万吨以上,占全球塑料总产量的25%。目前,塑料已与水泥、钢铁、木材统称为四大建筑材料。塑料机械在建筑行业中,主要用来生产塑料异型材(塑钢门窗)、建筑给水管(冷、热水和供暖管、燃气管)、城乡供水管、市政排水管等。
     塑料门窗最早于1955年由德国开发成功。由于塑料门窗装饰性好,保温、隔热、隔音、耐潮湿、耐腐蚀等方面均优于木门窗和金属门窗熏能在-40℃~70℃的环境温度下使用三十年以上,而且生产能耗低,仅为钢窗能耗的26%,是理想的代钢、代木材料,目前在全世界得到广泛应用,在欧美日等国的市场普及率都在40%以上,我国政府也在三北和沿海地区大力推广这种节能材料。目前塑料门窗主要采用改性PVC制成。
     PVC是目前建筑上使用最多的塑料制品,它成本低、产量大,耐久性较好,加入不同添加剂可加工成软质和硬质的多种产品。硬PVC除了做门窗,还适于做给排水管道、瓦棱板、装饰板、建筑零配件等。软PVC可挤压、注射成薄板、薄膜、管道、壁纸、墙纸、墙布、地板砖等,还可磨细悬浮于增塑剂中制成低粘度的增塑溶胶,作为喷塑或涂刷于屋面、金属构件上的防水防蚀材料。用软PVC制成的止水带适用于地下防水工程的变形缝处,抗腐蚀性能优于金属止水带。
     PVC加入一定量的发泡剂还可制成PVC泡沫塑料,是一种新型软质保温隔热、吸声防振材料。
     塑料管材代替铸铁管和镀锌钢管,具有重量轻,水流阻力小,不结垢,安装使用方便,耐腐蚀性好,使用寿命长等优点。并且生产能耗低,如塑料上水管比传统钢管节能62%~75%,塑料排水管比铸铁管节能55%~68%;使用塑料管安装费用约为钢管的60%左右,材料费用仅为钢管的30%~80%,生产能源可节省80%。因而在城市住宅建筑排水管应用方面熏塑料管也占据了领先地位。目前的塑料管材质,除PVC外还有PE和PP及玻璃纤维增强塑料(GFRP)。
     PE塑料管材的使用温度范围和PVC一样,都不超过50℃,现在市场上最流行的PPR水管是PP塑料管的一种,可耐100℃热水。
     GFRP是以不饱和聚酯、酚醛塑料或者氨基树脂等热固性树脂为胶粘剂,以玻璃纤维制品为增强材料的塑料复合材料,适用于各种建筑物的屋面排水,也可用于工业、家庭废水、污水的排水,还常用作卫生洁具。用GFRP制成的卫生洁具壁薄质轻,强度高,耐水耐热,耐化学腐蚀,经久耐用。
     建筑上还常用PS泡沫塑料、PU泡沫塑料、脲醛泡沫塑料等作为隔热隔音材料。此外,木塑复合建筑用材还可克服原木建材易吸水、易翘曲、易受细菌昆虫侵蚀等缺点,而且加工、修饰方法多样、简便,可用于制成各种家具、铺板、地角板、门窗等制品。
     芽美国SmartDeck公司是生产铺板产品的龙头企业,该公司利用回收的牛奶罐、杂物袋和拉伸薄膜作为塑料组分,商业化生产木塑铺板,很好地解决了塑料制品废弃后带来的环保问题。
     三、交通运输行业塑料及其复合材料在现代交通运输业的基础设施方面,广泛用于路基、高速公路护栏、各种交通标识和标牌,以及高速铁路的钢轨扣件穴包括绝缘板、垫和挡板座等雪、轨道填充材料及弹性枕木等部件。在交通运输工具方面,应用塑料最多的是汽车。在铁路机车上塑料则主要用于无油润滑部件、制动盘摩擦片、车窗玻璃等。
     聚苯乙烯(PS)泡沫板材在国外作为路基填充材料已有30年历史,在美国和欧洲已被普遍采用。
     PS泡沫板材在公路建设上的应用,可有效改善路面质量,更好地保证道路完好平坦,尤其是在一些特殊地段,如沼泽地带、冻土地区、雨雪较多的山地。用PS泡沫板作路基填料费用低廉,维护工作量和费用也大大降低。另外,路基用PS泡沫板还可以采用包装材料的回收料来制作,为包装废弃物寻找了一个合理的去处。
     纤维增强塑料(FRP)代替钢材用作高速公路护栏,可以很好地解决公路钢护栏锈蚀的问题,而且安装方便,成本低,使用性能优于钢护栏,同时它也成为人们解决桥梁钢筋锈蚀问题的一个重要选择。
     FRP绝缘的特性使它还可代替钢材制作道路照明用灯杆。
     FRP目前主要有3种,即碳纤维增强塑料CFRP、芳纶纤维增强塑料AFRP和玻璃纤维增强塑料GFRP。
     其中CFRP是迄今为止应用于土木工程领域最早、技术最成熟,用量最大的FRP。日本最早采用CFRP绞线作为先张预应力筋修建了跨度576m、宽70m的Shinmia公路桥。近年来,国外又新建了很多不同型式的CFRP桥梁。因为CFRP能提供铝合金大致相同的性能,还被广泛用于各种航空航天工具的主要部位。
     GFRP因其优异的性能现在也已经广泛用于各类桥梁的建设,同时由于它能抗海生物附着,且可设计性好,整体性好,成型简便,造价低,所制造的舰船维修保养方便,使得它已成为一种重要的船用材料。
     GFRP还大量使用在各种航空航天工具一些较为次要的部位。
     由聚碳酸酯穴PC雪制作的交通指挥灯、路标灯灯罩,可以避免玻璃破碎伤人、更换灯罩不及时而影响市容等一系列问题。国外还在越野公路、山区道路上敷设PC反光道钉。这种道钉两侧贴上反光微珠,夜间可在汽车前灯照射下能够形成二三百米的光带,保证了行车安全。
     改性聚烯烃制品用于交通标识制品在户外使用,能承受风、雨、烟雾、汽车尾气、日光等外界因素的多重污染和侵蚀,也可承受一定应力破坏。
     超韧PA塑料和FRP用在高速铁路的轨道结构中,可满足耐低温、抗冲击、绝缘等要求。此外,塑料还用作可变垫板、电热垫板、轨道填充材料、弹性枕木等零部件。美国2003年商业化生产一种命名为Tuff-Tie的铁路用塑料轨枕,这种轨枕利用回收的HDPE材料,添加了50%的生石膏制造,可与原先的木轨枕一样铺设和使用,并有更佳的机械性能,成本更低穴价格是木轨枕的1/2雪,而使用寿命却延长2~3倍,同时还解决了报废的原木轨枕由于带有防腐油产生的环境污染问题。
     用在汽车上的塑料种类繁多,目前车用塑料的品种与所占比例大体为:聚丙烯21%、聚氨酯19.6%、PVC12.2%、FRP10.4%、ABS8%、尼龙7.8%、聚乙烯6%。从品种上看,聚烯烃材料因密度小、性能较好且成本低,近来有把汽车内饰和外装材料统一到聚烯烃材料的趋势,因此其用量会有较大增长。聚氨酯由于原材料的多样性,以及不同助剂和成型方法的使用,可制得符合汽车工业要求的不同类型的产品。目前聚氨酯泡沫塑料重点发展的车用制件包括座椅、保险杠、制动与输油管件、仪表盘、门内护板和主柱板、轿车复合型地毯、内饰顶棚、隔音耐热减震阻尼制品等。而聚氨酯弹性体则重点开发汽车传动皮带、油封、缓冲器、门窗封条、异型材胶带、高承载轮胎等。聚氨酯涂料和胶粘剂在汽车工业的应用也越来越广,以胶粘剂为例,可用作挡风玻璃胶、刹车蹄片胶、高强度压敏胶带以及行李箱、发动机盖、内饰件等的密封和粘结。
     ABS塑料因其强度高、刚性好、耐高温、加工成型性好、尺寸稳定、外观质量好等特点,在汽车零部件塑料化初期就已广泛应用。美国、西欧、日本在汽车上使用的ABS塑料约占其总量的20-25%。
     用在铁道机车车辆上的塑料除了GFRP,主要是具有夹层结构的塑料合金,其内外塑料皮层的中间芯部采用有足够厚度且有绝热作用的泡沫塑料,可用于高速列车的流线型车头,列车的门板、地板和天花板等内饰件。与时速高达200km/h以上的高速列车制动相配套的新型制动盘则用特种工程塑料(指聚苯硫醚、聚酰亚胺等耐温高、综合性能好但价格贵、用量少的一类塑料)及其复合材料制作,以满足摩擦系数稳定,配方不含铅、石棉等有害物质,耐温达630℃以上等苛刻要求。
     PA或增韧增强聚苯硫醚代替金属做机车发动机冷却水泵的叶轮和进水接盘,不仅避免了金属的气蚀现象,而且简化了制造工艺,实现了轻量化,提高了生产效率,降低了成本。
     四、电子工业及其他塑料机械尤其是注塑机,为电器、电子信息行业提供制造冰箱、洗衣机、空调器、录像机、收录机、电视机、音响、计算机、打印机、复印机、传真机、电话机、手机等产品的机壳、主配件等以及信息载体的各类光盘)的技术装备。在这些方面应用的塑料制品主要是通用工程塑料。所谓工程塑料是指与通用塑料穴PE、PP、PVC、PS、ABS等热塑性塑料雪相比,可以作为结构材料承受机械应力,能在较宽的温度范围和较为苛刻的化学及物理环境中使用的塑料材料。工程塑料中还可分为通用工程塑料和特种工程塑料两类。一般所谓通用工程塑料常指聚酰胺穴PA雪、聚甲醛穴POM雪、聚碳酸酯穴PC雪、改性聚苯醚穴PPO雪、热塑性聚酯穴PBT和PET雪等产量较大,应用范围较广,耐温在100~150℃之间的塑料。不过近年来通用塑料通过改性或者纤维增强,在性能上和通用工程塑料相当,成为其强劲的竞争对手。耐温在150℃以上,生产规模较小,用途相对较窄的塑料被称为特种工程塑料,包括聚砜(PSF)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合物(LCP)和氟塑料等。特种工程塑料一般用在对耐温和强度要求较高的航空航天、国防和医疗器械等方面。
     塑料农膜(地膜和棚膜)在农用塑料中占主要地位,是继化肥、农药之后的第三大农业生产资料。塑料管材也可广泛用于农业排灌。
     医用塑料制品对人类疾病的诊断、治疗及保健方面发挥着越来越重要的作用。除了PVC、PE、PP和PS等通用塑料在医疗中广泛应用,一些工程塑料尤其是特种工程塑料在医疗设备上具有特殊的用途,因而近年来需求强劲。
     PC的典型特性是韧性、强度、刚性和耐热蒸汽消毒,这些特点使得它成为血液渗析过滤器、外科工具柄和氧气罐的首选;PC在医学上的应用还包括无针注射体系、灌注仪器、血液离心机碗和活塞。
     PA具有良好的柔顺性、硬度、强度和抗弯曲性,广泛用于膨胀导管不易破且不会导致皮肤或组织发炎。一些PA等级已批准可作为血液连接器。还有PPS、LCP、PEEK、PEI以及氟塑料等特种工程塑料都在医学上可用作药物释放装备、外科工具和内窥镜等。
     中国的塑料工业发展现状———在开放中加速成长
     我国的塑料工业起步稍晚于欧美,在兵荒马乱的20世纪上半叶发展缓慢。
     1926年上海胜德赛珍厂开始生产酚醛树脂及模塑粉(电木粉)。随后,广州、天津、重庆等地相继建立了一批手工业作坊式的塑料加工厂,主要原料依赖进口,产品品种少。到1949年,全中国的塑料产量才400吨左右。中华人民共和国成立后,酚醛塑料等热固性塑料有所发展。
     1958年自行研究设计的第一套PVC年产3000吨的生产装置在锦西化工厂建成投产,并首先用于包装行业。用PVC压延法生产的薄膜,用来包装碳铵、硫铵化肥,代替了原先使用的麻袋包装。这是中国塑料工业进入一个新时期的标志。
     1960年,上海建成年产500吨PS生产装置。
     1965年,上海高桥化工厂以千吨级规模生产HDPE。
     1970年,年产3500吨LDPE装置和年产5000吨PP装置开始在兰州化学工业公司投入生产。
     1965年我国的塑料总产量为9.7万吨,1970年增至17.6万吨。
     70年代以后,燕山石化总公司、上海金山石化公司等先后从日本、英国、美国等国家引进管式法LDPE生产线和HDPE生产线、PP生产线,以满足塑料工业对树脂生产的要求。自1979年改革开放以来中国塑料制品产量以高于12%的速度发展,几乎是同期GDP增长速度的1.5倍,远远高于世界塑料行业4%的平均增长速度。塑料制品产量从1980年的114.4万吨增加到1985年的248.3万吨,年均增长率为16.8%;1985-1995年均增长率为15%;自1996年起塑料制品产量超过1500万吨,跃居世界第二位。
     2004年中国塑料制品产量已接近1850万吨,2006年超过2500万吨,稳占轻工业总生产值的第三位及出口总值的第五位。中国塑料工业经过长期的奋斗和面向全球的开放,已形成门类较齐全的工业体系,成为与钢材、水泥、木材并驾齐驱的基础材料产业,使我国在短短的几十年间便成为世界塑料大国。
     我国的塑料制品规模以上企业主要集中在东南沿海和经济发达地区,其中广东占22%,浙江占19%,江苏占11%,三省合计占52%,2006年三省的塑料制品产量合计占全国的56.8%。
     各地塑料制品业已形成了较为鲜明的地域特色:广东省以塑料管及附件、塑料包装箱及容器、日用塑料制品及其他塑料制品为主;浙江省以塑料薄膜、塑料人造革合成革为主;江苏省以泡沫塑料为主;山东省以农膜、塑料编织品为主;辽宁省以塑料型材为主,其产量均居全国首位。随着我国塑料生产和消费的日益扩大,全国还成立了以浙江余姚中国塑料城和广东顺德乐从德富塑料城为代表的大型塑料交易市场。余姚中国塑料城是目前国内最大的集塑料原料、塑料制品、塑料机械、塑料信息和会展于一体的专业市场,已成功举办八届中国塑料博览会。
     塑料包装是是我国塑料制品加工业发展最快的领域之一。
     塑料包装材料也是我国塑料制品应用中的最大领域之一。
     20世纪90年代以来,全国塑料包装产量以年均12%的增长率增加。
     2005年我国塑料包装产量超过700万吨,约占包装材料总产量的1/3,居各种包装材料之首。各种矿产品、化工产品、合成树脂、食品、棉花和羊毛等包装已大量采用塑料编织袋和复合包装袋;还有用于饮料、洗涤用品、化妆品、化工产品等必不可少的复合膜、包装膜、容器、周转箱等塑料包装材料也有很大的需求。我国粮食的小包装在一些大城市中已有了起步并取得了进展。
     我国在20世纪80年代引进塑料建材生产技术并实现了塑料管材和异型材(塑钢门窗)的工业化生产。随着近几年来我国房地产业的迅猛增长,以及国家对基础设施投入的加大,我国的塑料建材业已成为塑料行业中仅次于包装的第二大支柱产业,年均增速超过15%。据中国塑料加工工业协会提供的数据,“十五”期间,各种建筑塑料管和塑料门窗全国平均市场占有率分别达45%和20%,各种塑料管与门窗型材供给约100万吨,加上防水材料、装饰装修材料、保温材料及其它建筑用塑料制品,总量超过400万吨。近几年来,我国塑料建材行业尤其是塑料型材、管材已经进入稳定成熟的增长时期。现在全国30%以上的地区应用了新型塑料管材,发展快的一些省市已经达到了90%。东北三省、内蒙古等地的一些城镇,40%以上的新建住宅都使用了塑料门窗,青岛、大连80%以上的新建住宅使用了塑料窗。同时,塑料建材从内装饰件开始向结构件、功能件发展。除了塑料地板、墙体内装饰件保持稳定增长外,塑料子建筑模板、防水材料、外墙支撑件、外墙保温板、塑料加强砖等得到越来越多的应用,其增速已经超过了塑料管材的增速。
     农用塑料在国家大力扶持农业的政策指引下生产和消费都大幅增长。据中国塑协农膜专业委员会不完全统计,目前全行业已拥有大小规模不等的农膜生产企业近千家,生产能力200万吨/年以上,实际产量超过100万吨/年,其中年生产能力万吨以上的企业约60家。大型骨干企业约30家,其生产能力和年产量均占全国总量的60%。我国每年地膜覆盖面积已达1.8亿亩以上,地膜的年用量45万吨以上;棚膜覆盖面积超过2000万亩,年需65万吨棚膜,农用膜实际消费量超过110万吨。国家统计局数据显示,2005年我国农用塑料薄膜使用量达176万吨。
     我国已成为世界上农膜产量和使用量最大的国家,大致相当于世界其他国家总和的1.6倍。其他塑料排灌设备年塑料用量约为20-30万吨。
     车用塑料在我国是起步较晚,应用量还相对较少的领域。
     从20世纪90年代开始,随着汽车材料国产化的开展,我国车用塑料才步入了世界发展的轨道。汽车用塑料量的多少被发达国家作为衡量汽车设计和制造水平的一个重要标志。目前我国塑料件约占汽车自重的7%~10%,仅相当于汽车工业发达国家上个世纪90年代的水平。德、美、日等国的汽车塑料用量已达到10%~15%,有的甚至达到了20%以上。
     近几年来,随着人们生活水平的提高,以及国家政策的扶持,我国的合资汽车厂如雨后春笋般投产,汽车消费市场也是一片红火。但与之相比,国内车用塑料零部件业的发展则显得不尽如人意。由于引进车型五花八门,采用标准又各有不同,迫使原料供应商只能根据每个汽车的不同标准生产多牌号的产品,以适合各个厂家的需求。而国产汽车塑料专用树脂牌号少、生产工艺落后、产量低,产品质量也不如国外的稳定,因此只能依靠进口专用树脂生产。大部分国内汽车塑料制品企业分散、规模偏小、技术含量较低。不过也有一批规模化、专业化的汽车塑料制品供应商,如上海延锋伟世通、长春富奥-江森公司等,利用引进车型的技术和加工设备进行全面技术改造后,部分生产工艺水平达到了国内领先和国际同步水平。
     塑料在我国电子电器等领域的应用也和车用塑料一样,需求极剧增长,尤其是工程塑料树脂。除POM外,其它工程塑料树脂产品增长速度都超过了20%,PC和PPO的增长速度超过了30%。尽管我国在塑料原料———合成树脂和助剂方面也发展迅速,在1990年至1999年10年间,合成树脂的年平均增长率高达15.34%,2000-2005年均增长11.8%,约为世界年平均增长率的3倍,但依然供不应求。由于技术落后,在工程塑料制品生产方面,所用的合成树脂原料大多依赖进口。即使是通用树脂PE、PP、PVC、PS和ABS等许多牌号也必须大量进口,例如燃气管专用PE80、PE100、PPR管所用的专用原料,BOPP薄膜使用的PP专用料等,特别是每年国内使用的100多万吨ABS树脂,其90%是依赖进口解决。塑料助剂的国内产量也无法满足市场需求。此外,塑料在我国医疗器械、国防、航空航天和环保等方面的生产和应用还与发达国家有相当大的差距。因此提高国产工业用塑料的技术含量还有待于我国各级政府和企业的大力资助以及相关领域科学家的共同努力。
     在塑料制品产量和消费量剧增的同时,我国的塑料机械(包括模具)行业也发展迅速,其发展速度与所创主要经济指标在机械工业的194个行业中名列前茅。塑料机械年制造能力约20万台(套),门类齐全,在世界排名第一。

塑料机械企业主要分布在东南沿海、珠江三角洲一带,其中浙江宁波地区发展势头最猛,现已成为中国最大的注塑机生产基地,年生产量占国内注塑机年总产量1/2以上,占世界注塑机的1/3,宁波因而被中国机械工业联合会授予“塑机之都”的称号。
     芽浙江台州的模具制造和广东省的塑机制造也很著名。广东省模具由于发展速度快,专业化、标准化程度高,模具品质高等因素,具有较强的市场适应能力和出口创汇能力,在全国同行业中的地位逐年上升,被中国模具工业协会领导称为“当今中国模具第一大省”。
     我国不仅是世界上最大的塑料机械生产国,同时也是世界上最大的塑料机械进口国和重要的出口国。近年来我国塑料机械出口年均增长40%,对发达国家和地区的出口量占到了一半以上,技术水平迅速提高,在世界塑料机械市场所占份额由2001年的6.4%增长到2004年的10.2%。尽管如此,由于成本和技术能力所限,我国的大部分塑料机械产品仍然主要集中在通用的中小型设备上,技术含量低,20世纪80-90年代的低档产品供大于求。有的品种比如密炼机基本上还处于模仿国外产品的阶段,虽然技术参数、主要性能和外形也都相似,但规格不全,尚未形成完整的系列。国产挤出机缺乏竞争力,大部分挤出机企业都只能生产中小型通用机械用的挤出成型装备,在控制水平、效率、精度、可靠性和成套性等方面与发达国家相比差距较大。大型的、精密的挤出机组主要靠进口。据2001年统计,中国进口塑料机械使用外汇11.2亿美元,而出口塑料机械创汇只有1.3亿美元,进口远大于出口。不过可喜的是越来越多的具有前瞻眼光的企业正努力开展自主研发,向塑料机械的中高端市场进军。一些骨干企业引进国外先进技术后迅速转化吸收,开发出独具特色的新产品,已引起国内外同行的注目。
     目前,国内一些主要生产厂家对进口开炼机进行改进,已形成完整系列,品种规格齐全,完全可以满足用户各方面的要求。如大连冰山橡塑股份有限公司率先完成了开炼机的系列化改型开发,改型后的开炼机结构紧凑、传动效率高、润滑条件好,已达到国际先进水平,获得国内外用户青睐。
     注塑机是目前中国塑料机械中发展速度最快、水平与工业发达国家差距较小的塑机品种之一。在我国,注塑机的产值占塑机总产值的38%,近一半的塑料制品是由注塑机生产的。
     国内一些注塑机生产企业已经研发出多种达到或者接近国际先进水平的注塑机。比如宁波海达塑料机械有限公司开发的包括列入国家火炬计划的直压式注塑机、作为HD系列升级版的HDX系列注塑机等;宁波海天开发出用于汽车配件的中国最大锁模力注塑机,以及节能效果明显的HTD全电动注塑机、J5伺服节能注塑机和大型二板系列注塑机,还有可用于生产各种高精密塑料制品的全自动HTF80X-HFT3600X型系列注塑机等;宁波震雄开发出用于光盘的专用机和用于PET瓶坯注塑的全电动专用机型;宁波海航开发出能耗仅为普通卧式注塑机50%的超大型节能注塑机。宁波海太塑机,海达塑机,双马塑机等公司,普遍采用变量泵节能技术,与过去定量泵塑机相比,节电在30觸60%之间。
     中国的中空成型机发展迅速,也已形成了自己的系列。为盛装不同溶液的需求,可生产单层、多层容器,容积为1-5000L。目前新开发出的主要机型有:数控多坐标中空成型机、高效双模注拉吹中空成机、直接调温式注拉吹中空成型机等。
     近几年中国塑料机械成套性也有很大进展。如塑料造粒机组从主机、供料计量、机头、造粒和回收系统,到加热、冷却、电控、温控系统都达到了相当完善的程度。薄壁管、厚壁管、缠绕管、波纹管穴单、双壁雪、复合管等各种管材机组的规格日趋齐全,产品水平、质量不断提高。为适应多层复合膜的需要,复合共挤技术及其成型机组穴吹膜机组雪也发展迅速。如青岛德意利集团最近研制的中空壁缠绕管生产线,生产的直管管径可达300mm。
     又如广东金明塑胶设备有限公司吸收、引进德国莱芬豪赛公司关键技术制造的大型多层共挤复合膜机组,吹制膜单幅宽可达20m。该机组可吹制棚膜、农膜和土工膜,是一机两用设备,适用于多种PE及其共聚物等原料。机组中除采用了内冷技术及超声波监控技术外,还同时采用了机、电、气动和液压等多种技术,并有多项技术申请了技术专利。
     随着中国经济整体稳定持续健康发展,中国塑料工业实现了跨越式的发展,以塑料制品业为核心的“朝阳工业”产业规模进一步扩大,连续多年主要经济指标逐年递增,全行业不断发展壮大,塑料加工机械、塑料制品、塑料树脂已分别位居世界第一、第二、第三,已具备一定的实力参与国际竞争。但是在经济全球化高速发展和我国加入WTO后的新形势下,越来越多的跨国巨鳄来到中国,抢占中国这个世界最大的市场,我国的塑料工业面临着前所未有的机遇和挑战。要想在竞争中胜利,我们需要不断增强行业技术创新能力,持续不断的开发出具有自主知识产权的新产品;不断调整产业结构,使企业结构和产品结构产业集约度稳步上升,这样才能使我国塑料工业的整体优势得到进一步提升和加强,与国际上发达国家的差距逐渐缩小,让我们从“塑料大国”发展成为“塑料强国”。

 
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