热塑性弹性体持续发展 - 中国再生塑料网

    2006年世界热塑性弹性体(TPE)消费将接近220万吨，总产值超过110亿美元，2001-2006年间世界消费将保持年均6.4%的增长率。其中，北美消费平均增幅为5.7%，欧洲为4.4%，拉丁美洲则以两位数速率快速增长，亚太地区年均增幅大於8%。高速的增长将带动各行各业对TPE的使用。

    2002年全球TPE消费量可达97万吨，其中热塑性聚烯烃(TPO)(包括SBS)47万吨，热塑性聚氨酯(TPU)20万吨，硫化热塑性弹性体(TPV)16万吨，共聚酯弹性体(COPE)14.03万吨，苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物(SBS)仍将是用量最大的热塑性弹性体。

    一、全球发展

    汽车和日用品消费是拉动热塑性弹性体消费增长的主要因素，不同品种的热塑性弹性体增长率不相同。美国亨斯迈公司汽车业务曾预计，2003年TPO在汽车上应用年均增长率将大於10%。TPO将更多地用於新车内装饰件和外装饰件，未来5年TPO在汽车内装饰件上应用消费增长率将达两位数。2001年TPE在全球汽车内装饰件和外装饰件的消费占TPE总量的7%，2005年将提高为15%，随着反应器直接制备的TPO(RTPO)不断赢得新的市场份额，配混法制TPO(CTPO)和RTPO的各种牌号将会赢取更多的市场。预计2006年TPE在汽车上用量可达60万吨。美国谘询公司Freeonia集团公司预计，2006年前，由於共聚酯弹性体新型薄膜和片材开发成功，世界顶层盖用共聚酯弹性体需求年均增幅为8%。

    加氢SBS应用新增长点主要来自软触摸制品、汽车工业等新应用，使配混料需求增长较快。2002年SBS加工应用(不包括胶粘剂和沥青改性)增长6-7%，2003年将增长7-8%。中国和太平洋沿岸国家的制鞋工业是SBS主要消费领域。SBS在小型物品和体育用品方面的应用增长也很快。

    目前，热塑性聚氨酯应用以年均6.3%的速率增长，主要应用於汽车业预计未来热塑性聚氨酯在日用品和体育用品上应用会有所突破。2003年亚洲需求增长率可达8%，而美国和欧洲为3-4.5%主要用於取代PVC和橡胶，以及扩大软触摸方面的应用。瑞士谘询公司Maack业务服务(MBS)公司认为硫化热塑性弹性体(TPV)是增长最快的TPE，欧洲消费年均增长7.5%，而在汽车上应用年均增长接近15%。作为一种新产品和新技术，TPV在耐候密封应用方面有巨大增长潜力，可以有效克服传统产品抗蠕变性差和压缩变形大的缺点。硫化热塑性弹性体质量轻、设计自由度大、成本低，这些都是大型汽车原始设备制造厂商愿意采用TPV的原因。硫化热塑性弹性体耐候密封料将替代TPDM橡胶，年需求量增长率将在10%以上。2002年硫化热塑性弹性体占北美汽车密封产品市场不到5%，但到2010年，预计占有份额将会超过40%。随着耐高温处理的TPV的推出，TPV在汽车机罩上的应用也会扩大。Zeon公司正在商业化推出能承受150℃的硫化热塑性弹性体产品，这种材料噪音小、不发粘、耐合成油和润滑液。技术进步不断拓宽TPE产品性能範围，为用户提供更多选择的可能性。PolyOne公司和DDE公司正在合作开发以DDE公司的茂金属聚烯烃为基础树脂的新材料。Zeon化学品公司正与先进弹体系统(AES)公司合作开发耐高温TPV。苏威工程聚合物公司与热塑性弹性体系统(TRS)公司合作提供合适於汽车的硫化热塑性弹性体产品。GLS公司和BASF美国公司开发软触摸应用的热。

    塑性弹性体及与其结合的硬基材。此外，TPE还以淋膜背胶的方式被开发为环保背胶、薄膜产品，以取代传统的PVC延压背胶产品。新生产的PE、EVA环保无毒胶膜可广泛用於行李箱、皮包及鞋类等制品上。

    由於看好中国TPE巿场，除中国石化集团系统外，目前一些海外公司也积极投入到这一行业中，特别是一些台资企业，十分看好内地巿场，如台湾荣化公司通过董事会决议，拟在江苏省丹经济开发区投资建厂生产TPE。目前荣化公司TPE年产能为14万吨，仅次於年产能34万吨的SHELL厂。他们希望凭借大陆巿场的发展，在未来五年内能挑战SHELL的龙头地位。

    此外，台湾橡胶公司也於去年11月初在上海独资建设热塑性橡胶粒料厂，以供应昆山附近的“巨大”、“美利达”等大量用料的下游厂家。这些厂利用TPE粒料生产自行车、摩托车、手工具等橡胶把手。据说待上海厂营运正常后，台橡还拟在广东东莞等台商制鞋集中地区，再投资设立新的TPE粒料厂。
二、个别弹性体的发展情况

    SBS

    热塑性弹性体SBS是苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物，兼有橡胶和塑料的性能，可直接注塑或挤压成型，能节省可观的加工费用。丁苯热塑性弹性体是中国独立研制开发成功的，已建设两套万吨级工业生产装置，全套生产技术还出口转让予意大利埃尼化学（集团）公司。因其具有高弹性、高强度、耐低温、抗湿滑的优良性能，一般用於制作鞋底和粘合剂，以及用作塑料和沥青的改性剂。

    中国SBS消费量中，鞋类占75%以上，改性沥青占10%，粘合剂与密封剂占9%。而美国、日本和西欧则主要用於粘合剂与密封剂和沥青改性等。

    近年来，中国SBS热塑性弹性体产量增长较快，2000年共生产SBS 13.36万吨，生产企业主要有北京燕化股份公司、巴陵石化公司、茂名石化公司等3家。不过同年中国SBS的表观消费量达到44.16万吨，国产量只能满足消费量的30%。

    SBS每年都是中国进口量最大的橡胶品种。2000年中国制鞋能力已达25亿双。2001年实际制鞋量为8.09亿双，比2000年增长了0.52%。制鞋业对SBS的需求稳定。2001年後，随着SBS在沥青改性和粘接剂应用的增加，中国SBS开始了一个高速增长时期。国内SBS生产由於茂名和燕山将其3万吨╱年SSBR装置各改造为既可生产SSBR又可生产SBS，从而增加了6万吨╱年的新生产能力。预计2002年SBS生产量将达到15-16万吨。

    在建材方面，SBS改性沥青防水卷材是巿场主打产品，而聚烯烃热塑性弹性体制作的防水卷材将在“十五”期间得到较大发展。

    三、注塑成型工业展望

    注塑技术是塑料加工工业中最常用的加工手段。注塑技术的发展可谓日新月异，并深刻影响着塑料加工业的发展。未来十年，注塑技术将向精密化发展，分工将进一步细化，设计将更为重要。10年前，“薄壁” 注塑件的定义为2.5毫米，而“较严的公差”大约是0.05毫米；今天，顶级的注塑厂商已经可以生产出具有0.5毫米的厚度和0.01毫米公差的精密产品了。同样地，十几年前注塑成型的CD盘，刚起步时的全盘容量还不到一个GB(千兆字节)，今天注塑成型的光学存储介质每平方釐米就可有大约三个GB的容量。

    10年来注塑工业已经可以生产许多专业化、高档产品了，但同时也要面对成本、质量、生产率和速度等方面的压力。为了应付这些要求，注塑厂商采用了许多新技术和新工艺。气体辅助注塑就是一个很好的例子。在1998年以前它还是比较罕见的，今天已是很普遍的应用了。多色/多材料注塑成型和一些对成本、质量和生产率有着严格要求的加工技术也与之相类似。

    再过10年，注塑厂商们今天所面临的一些压力并不会减小。OEM厂家降低成本、提高质量和提高生产率的要求会进一步加强。如果这些要求不能充分地表现为自身挑战，OEM厂家将会不断地将原来自行生产的业务外包，而要求注塑厂商担负起产品设计、开发和装配的责任。这一趋势已经在汽车工业的一级供应厂商内形成，并正在扩散到其他工业领域。面对这些变化，那些希望在今後10年中仍然成功的注塑厂商就需要在一些基本策略上有所转变承担更多的责任。今天大多数注塑厂商也要完成一些装配工作，而10年後成功的加工厂商需要做的将会更多。他们将完全与OEM厂家的产品开发过程结合，并利用其注塑加工能力作为核心竞争力之一来开展制造业务的分包。这种“产品开发型”的公司将要去选择和评估自己的供应厂商、采购非塑料零部件、制造/组装产品、执行质量保证体系并为最终用户运送产品。增加责任并不意味着10年後的注塑厂商需要完成其OEM产品的每个生产工序，或成为每项生产工艺的专家。聪明的注塑厂商会去影响其供应链上的其他环节—比如机器和材料供应厂商的投入而不是去重复这种努力。这一战略已经成功地应用在使用顺序控制针阀注口技术的薄壁计算机监视器外壳的生产上。这些注塑厂商、模具厂商、热流道厂商、材料供应厂商和工业设计师在贯穿项目的全进程上协同工作，以避免重复别人的技术开发工作而浪费时间和金钱。为了完全投入这种全生产链的产品开发过程，未来成功的注塑厂商将需要增强在产品概念设计阶段的介入并与产品设计师、制造工程师、模具制造厂商、机器制造厂商和材料供应厂商协同工作。今天这种早期的介入已经在移动电话塑料件的开发过程中得以实现；产品的设计工程师已经与模具设计工程师坐在一起，来共同完成对一个产品的功能、外观和工艺性的同步设计；而不是像以前那样分工、分时的设计，再多次反复地进行修改。早期的介入并不是廉价或者说是无风险的。在开发过程的初始阶段是由OEM主导方向的，注塑厂商仅被看作是潜在供应厂商，并处於一种不确定的位置。成功的公司不但要投资於复杂的制造能力，例如加工单元或先进的加工工艺，而且要在人力资源方面有所投入。能够熟练使用CAD和CAM的工业设计人员和工程师将在未来的注塑行业中发挥更大的作用。

    改进集成化加工单元集成化加工单元系统的生产率将是未来塑料工业发展的一个关键因素。对於一些复杂的、大批量产品的生产，比如CD、DVD或PC卡等，已经展示出了加工单元的使用价值。由於对生产率要求的不断提高，在汽车、医用、个人防护用品和电子器件等方面的巿场上使用加工单元的要求也相应地增强。市场正在出现重量小于3克的微型注塑产品，由於其他方法无法进行商业化生产而肯定将会采元化加工方案。尽管其前期成本较高，并且也稍微缺少些加工的柔性，加工单元的方法因其可集成多种加工方式比如镶嵌件的放置、装配、装饰、质量测试和输送等而将优於其他加工方法。复模具和机器的双模具中心托架（包括相应的热流道技术）、产品取出机械手的集成化方案和产品输送/包装装置等作为加工单元有效组成部分将会得到越来越多的重视。而集中式全自动原料供应/处理系统、加工过程/产品质量自动控制系统（SPC/SQC）、各种智能化的辅机及物流技术等也将为生产率和产品品质的提升发挥效用。作为一个显着的转变，未来10年的加工单元有时会由注塑厂商在OEM的工厂内安装和运行。可口可乐已经接纳了其PET瓶供应厂商的吹瓶机与其自身的灌装生产线的连接，以期降低包装成本、提高竞争力。

    四、尝试新事物

    先进的加工技术会减少昂贵的产品输送和二次加工以增强未来加工单元的优势。各种形式的多色/多材料注塑成型将广泛用于生产高效益的产品零部件，并可对美观和功能性的设计要求提供帮助。该技术可以在模具内形成耐高温、耐化学、柔软和美观的外表而不须釆用昂贵的、可能产生缺陷的二次加工。已经出现了不胜枚举的多色/多材料注塑成型成功应用实例，比如无需喷漆的汽车部件、带硅橡胶(LSR)垫的热塑材料插头、装在热塑材料中的塑料车窗和利用不同材料的汽车空调散热窗等。与今天的使用情况相比，气体辅助注塑也同样会变成必需的加工工艺。这种工艺已经在许多应用中比如汽车、电子器件、家用电器工业等领域中展示了其价值。它可对在尺寸稳定性、产品重量、产品表面质量、大型产品的生产、产品功能的集成化和低压加工等诸多方面提供优化机会和设计灵活性。气体辅助注塑的功能将成为机器的标准配备。在模拟加工过程方面的进步将使气体辅助注塑的开发成本与标准机器的主要部分相适应。最终这一加工工艺将来会在汽车工业和其他行业取得用塑料替代金属的效果。希望不久可以看到气体辅助注塑技术和多色/多材料注塑技术的融合，这样就可以结合这两种工艺的优势为塑料加工提供新的机会。例如，汽车反光镜体就可以釆用气体辅助注塑的玻璃纤维增强材料与高光泽、抗紫外线材料的共注塑制成。成功的注塑厂商总要寻找可直接在模具内生产出接近最终产品的技术，因此，一些今天不常用的制造方法也许会在将来大放异彩。特别是模内装饰技术会由于汽车工业不愿或不能扩展其现有的喷漆线而得到重视。其他可能得到发展的是那些能够为注塑产品提供新的设计机会、增加产品结构综合能力或改善材料利用率的加工工艺技术。金属/塑料的混合产品，如1999年福特汽车的“Focus(焦点)”的前部总成就是可满足上述三个目标的薄壁注塑产品。此外还有一些值得人们关注的技术：注压成型、长玻纤在线化合注塑成型、消失模芯(Lost Core)法中空产品成型、镁合金触变体注塑成型等。

    五、少而精

    未来注塑公司的数量将会比今天的少得多。产品的设计和开发、项目管理、加工单元前期投资的增加等都不适用於较小的注塑公司。未来的注塑厂商将根据投资规模、技术水平和生产率等分成不同的等级。第一阶层将是资金状况良好的、可以自行完成产品开发的“产品制造公司”。他们将管理开发的进程、雇用大多数高素质的设计师和工程师并拥有最有效率的生产制造能力。下一个阶层是利润较低的、第一阶层的供应厂商。他们直接面对第一阶层，提供注塑产品或小组件，而不直接对OEM工作。他们会继续使用一些与今天通常使用的相类似的技术和工艺。

    六、期望更快交货的模具

    保持与OEM新产品开发的速度同步就意味着模具的交货期要从当今的大约2-4个月压缩到2-4个星期。特别是对于计算机、个人电子产品和消费产品巿场，这里的产品寿命大约是6个月。短交货期的一个办法是要有一个具有丰富经验知识的数据库，并以此作为进行自动化模具加工的基础。充分掌握CAM技术将在获取加工知识并转化为加工的程序方面发挥着重要的作用。新的技术包括有“制造特性认可(MFR)”、“自动化NC(ANC)”和“知识化加（KBM)”等。可以让经验不足的机械师利用团体经验积聚起来成为加工知识库，这些技术将可以克服世界範围内对优秀模具人才短缺的问题，并可以缩短交货期。快速制模的模具加工技术将被广泛地应用於许多场合。技术进步可能会突破目前这种技术在产品尺寸和公差方面的局限。这种“快速”制造技术将不仅可制造少量的样件，而且可以用来制造试生产及大规模产量的产品。由於产品的加工周期在模具和机器的投资回报和生产率方面有重要作用，希望会有新的、可以优化冷却过程的技术出现。这包括使用有限元分析法产生最佳的模具温度分布、冷却通道与产品的外型更“贴切”和可改善导热性能的模具材料等。尽管还有许多工作要做，并且相应的供应链系统也有待开发，这些技术的尽早投入应用，10年内有望使加工周期减少50%。