Általános műanyag termékek: az alapvető anyagrendszer, amely támogatja a modern életet

Az általános műanyagok nagy mennyiségben gyártott, széles körben alkalmazható, alacsony árú, mérsékelt mechanikai és hőállóságú műanyagtípusok, amelyek főként öt kategóriába sorolhatók: polietilén (PE), polipropilén (PP), polivinil-klorid (PVC), polisztirol (PS) és akrilnitril-butadién-sztirol kopolimer (ABS). Ez a fajta anyag a globális műanyagtermelés több mint 70%-át teszi ki. A mindennapi bevásárlótáskáktól és asztali edényektől az ipari csővezetékekig és csomagolóanyagokig az általános célú műanyag termékek kiváló feldolgozhatóságuk, sokszínűségük és gazdaságosságuk miatt nélkülözhetetlen alapanyagokká váltak a modern társadalom termelésében és életében.

1. Az általános műanyagok alapvető jellemzői és osztályozási rendszere

Az univerzális műanyagok univerzalitása kiegyensúlyozott teljesítményükből és széleskörű alkalmazkodóképességükből fakad. A különböző kategóriák a molekulaszerkezeti különbségeken keresztül kiegészítő alkalmazási forgatókönyveket alkotnak, együttesen több területet lefedő anyagrendszert alkotva.

Közös jellemzők: hozam- és költséghatékonysági előnyök

Az öt fő általános műanyag mindegyike bőséges nyersanyagforrásokkal (olaj vagy földgáz alapú), érett gyártási folyamatokkal (több mint fél évszázada iparosított polimerizációs technológia) és változatos feldolgozási módszerekkel (fröccsöntés, fúvás, extrudálás stb.) rendelkezik. Éves termelése meghaladja a 10 millió tonnát: a PE és a PP együttesen a globális műanyagtermelés több mint 50%-át, a PVC és a PS egyenként körülbelül 10%-ot, az ABS pedig körülbelül 5%-ot tesz ki. Ár tekintetében az általános műanyagok ára általában 8000-20000 jüan között mozog tonnánként, ami a műszaki műanyagok árának csak egyharmada-egyötöde, így alkalmasak nagyméretű, alacsony költségű termékgyártásra.

Teljesítmény szempontjából, bár az általános műanyagok nem rendelkeznek a műszaki műanyagok nagy szilárdságával és magas hőmérséklet-állóságával, módosítással a legtöbb hagyományos követelménynek megfelelnek: a hőmérséklet-tűrési tartomány -70 ℃ és 120 ℃ között van, a szakítószilárdság 10-50 MPa, és a teljesítményhatárok edzéssel, megerősítéssel és egyéb eszközökkel bővíthetők. Ez az alapvető teljesítmény+módosíthatóság tulajdonság lehetővé teszi, hogy ne csak egyszerű csomagolóanyagok, hanem kompozit technológiával szerkezeti elemek gyártásához is használják.

Az öt fő kategória közötti egyéni különbségek

A különböző univerzális műanyagok egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek eltérő molekulaszerkezetük miatt:

Polietilén (PE): A molekulalánc szénből és hidrogénből áll, poláris csoportok nélkül. Kiváló vegyszerállósággal, rugalmassággal és alacsony hőmérséklettel szembeni ellenállással rendelkezik, sűrűsége 0,91-0,97 g/cm³. Ez a legkönnyebb univerzális műanyag. Sűrűség szerint három kategóriába sorolható: kis sűrűségű (LDPE, lágy), nagy sűrűségű (HDPE, kemény) és lineáris kis sűrűségű (LLDPE, kiemelkedő szívóssággal).

Polipropilén (PP): A molekulalánc metil oldalláncokat tartalmaz, magas kristályossággal (50% -70%) és 160-170 ℃ olvadásponttal rendelkezik. Ez az egyetlen univerzális műanyag, amely 100 ℃ feletti magas hőmérsékletet is elvisel, 0,90-0,91 g/cm³ sűrűséggel. Könnyebb, mint a PE, jobb merevséggel rendelkezik, de jobban ridegedik alacsony hőmérsékleten.

Polivinil-klorid (PVC): 56%-os klórtartalommal rendelkezik, lángálló (oxigénindex 24-28) és kémiai korrózióálló, teljesítménye lágyítókkal szabályozható. A kemény PVC (lágyítók nélkül) nagy merevséggel rendelkezik, míg a lágy PVC (30% -50% lágyítót tartalmaz) jó rugalmassággal rendelkezik, de gyenge hőstabilitással rendelkezik, és stabilizátorok hozzáadását igényli.

Polisztirol (PS): A molekulalánc benzolgyűrűket tartalmaz, nagy merevséggel és jó átlátszósággal rendelkezik (GPPS-áteresztőképesség 90%), de törékeny. Kaucsukfázis hozzáadásával nagy ütésállóságú polisztirol (HIPS) állítható elő, amely 3-5-szörösére növeli az ütésállóságot, de csökkenti az átlátszóságot.

ABS: egy háromkomponensű kopolimer, amely ötvözi az akrilnitril kémiai ellenállását, a butadién szívósságát és a sztirol feldolgozhatóságát. Ütésállósága 10-40 kJ/m², és könnyen galvanizálható a felületén. Teljesítmény szempontjából az általános műanyagok legkiegyensúlyozottabb fajtája, és gyakran tekintik szinte műszaki műanyagnak.

2. Fő általános műanyag termékek és alkalmazási forgatókönyvek

Az általános műanyagtermékek a fóliáktól, csövektől a szerkezeti elemekig teljes kategóriarendszert alkottak a diverzifikált feldolgozási technikákon keresztül, szinte minden iparágba behatolva, mint például a csomagolás, az építőanyagok, az autóipar és a mindennapi szükségletek.

Csomagolási terület: A legnagyobb alkalmazási piac

Az általános műanyagok fő alkalmazási területe a csomagolás, több mint 40%-kal. A különféle műanyagok a hagyományos papír- és üvegcsomagolásokat váltják ki záró tulajdonságaikkal, könnyű súlyukkal és alacsony költségükkel.

PE termékek: Az LDPE fóliát (vastagság 0,01-0,1 mm) élelmiszer-zacskókhoz és fóliákhoz használják, öntapadó és áttetsző tulajdonságokkal rendelkezik; az LLDPE stretch fóliát (500% -800%-os nyúlás) raklapcsomagoláshoz használják, kiváló szakadásállósággal; a HDPE palackokat (500 ml-20 l űrtartalommal) mosószerek és kozmetikumok csomagolására használják, vegyszerállósággal és merevséggel egyaránt.

PP termékek: A BOPP fóliát (biaxiálisan orientált polipropilén, vastagsága 10-30 μm) kekszek és cigaretták csomagolására használják, nagy fényességgel és jó záró tulajdonságokkal rendelkezik; a PP fröccsöntött poharak (például joghurtos poharak, tejes teás poharak) 80 ℃ feletti magas hőmérsékletet is elviselnek, és forró italok tárolására alkalmasak; a PP szőtt zsákokat (5-50 kg teherbírással) műtrágyák és gabonafélék csomagolására használják, szilárdságuk 3-5-szöröse a papírzacskókénak.

PS termékek: A GPPS vákuumformázott doboz (vastagság 0,2-1 mm) gyümölcsök és elektronikai alkatrészek csomagolására szolgál, jó átlátszósággal rendelkezik; az EPS habdoboz (sűrűség 10-30 kg/m³) hideg láncú szállításhoz használható, kiváló hőszigetelő teljesítménnyel rendelkezik, és költsége mindössze 60%-a a poliuretán hab árának.

PVC termékek: A PVC zsugorfóliát (zsugorodási arány 50% -70%) italos palackok címkéihez használják, amelyek melegítés után szorosan tapadnak; a PVC lágyfóliát húsok vákuumcsomagolására használják, kiemelkedő rugalmassággal és tömítéssel.

Építészet és építőanyagok: A szerkezet és a funkció integrációja

Az univerzális műanyagok a tartósságukkal és a könnyű szerelhetőségükkel helyettesítik az építőiparban a hagyományos anyagokat (fa, fém, cement):

PVC termékek: A kemény PVC csövek (16-630 mm átmérőjűek) az épületek lefolyócsöveinek piacának 80%-át teszik ki, ellenállnak a savas és lúgos korróziónak, és több mint 50 éves élettartammal rendelkeznek; a PVC profilokat (ajtó- és ablakkeretek, díszlécek) formulával módosították, több mint 10 éves időjárásállósággal és jobb szigetelőképességgel rendelkeznek, mint az alumíniumötvözetek.

PE termék: HDPE duplafalú bordáscső (200-2000 mm átmérőjű), amelyet kommunális vízelvezetéshez használnak, 8 kN/m² vagy nagyobb gyűrűmerevséggel; PE-RT csövek (hőálló polietilén) padlófűtéshez használatosak, és hosszú ideig ellenállnak a 70 ℃-os forró víznek. Jó rugalmassággal rendelkeznek, könnyen hajlíthatók és fektethetők.

PP termékek: A PP-R csöveket (véletlenszerű kopolimer polipropilén) meleg- és hidegvíz-csövekhez használják, kényelmes hegesztéssel és higiéniai teljesítménnyel, amely megfelel az élelmiszeripari szabványoknak; az üreges PP kartont (vastagság 2-10 mm) épületzsaluzathoz használják, súlya mindössze az acélzsaluzat 1/5-e, és több mint 50-szer újrafelhasználható.

Autóipari és közlekedési szektor: Könnyűsúlyú főerő

Az általános műanyag a könnyűszerkezetes autók alapanyaga, járművenként 100-150 kg-ot használva fel belőle, ami a járművekben felhasznált teljes műanyagmennyiség 70%-át teszi ki.

PP termékek: az autókban felhasznált műanyagok 40%-át teszik ki, beleértve a lökhárítókat (20–30% talkumporral megerősítve), a műszerfalakat (PP/EPDP keverék) és az ajtópaneleket, ami 30–50%-kal csökkenti a súlyt a fémhez képest.

PE termékek: A HDPE-t olajtartályokhoz (jobb olajállóság) és légcsatornákhoz használják; az LDPE-t kábelköteg burkolathoz, jó szigeteléssel és rugalmassággal.

ABS termékek: autó belső dekorációs alkatrészeihez (például kormánykerék, középkonzol) használják, a felület festhető vagy galvanizálható, mind szép, mind ütésálló; a HIPS-et belső ajtópanelek bélelésére használják, alacsony költséggel és összetett formák egyszerű öntésével.

PVC termékek: autóipari tömítőszalagokhoz (lágy PVC) és lábtörlőkhöz (habos PVC) használják, időjárásállósággal és kopásállósággal, amelyek megfelelnek az autóipari felhasználási környezet követelményeinek.

A mindennapi szükségletek és háztartási gépek területén: változatos, életközeli termékek

Az univerzális műanyagok gazdag színeikkel és könnyű feldolgozhatóságukkal a mindennapi szükségleti cikkek és háztartási gépek fő alapanyagaivá váltak.

PP termékek: a napi szükségleti cikkek piacának 30%-át teszik ki, beleértve a frissen tartó dobozokat (mikrohullámú sütőben használható), fogkefenyeleket, vállfákat, amelyek magas hőmérsékletnek ellenállnak és nehezen szaporodnak rajtuk a baktériumok; háztartási gépek alkatrészei, mint például a mosógép belső csöve (erősített PP) és a légkondicionáló külső héja (lángálló PP).

PE termékek: Az LDPE tömlők (például a fogkrémes tubusok és a kozmetikai tömlők) extrudálhatók a tartalom kinyeréséhez; a HDPE hordók (5-50 literesek) víz és vegyszerek tárolására szolgálnak, ütésállóak és nem könnyen törnek.

PS termékek: GPPS-ből készült átlátszó írószerek (vonalzók, mappák), lámpaernyők; A HIPS-et olyan játékokhoz használják, mint az építőkockák és babák, jó tartóssággal és könnyű színezéssel rendelkeznek, megfelelve a gyermektermékekre vonatkozó biztonsági előírásoknak.

ABS termékek: A háztartási gépek burkolatai (például televíziók és nyomtatók) az ABS felhasználásának 25%-át teszik ki, ami merevséget és ütésállóságot is biztosít; A kis háztartási gépek alkatrészeit, például a gyümölcscentrifuga pengetartóit, precíziós fröccsöntéssel öntik.

3. Gyártási folyamat: teljes láncfeldolgozás a gyantától a termékig

Az általános műanyagtermékek diverzifikációja egy kiforrott feldolgozási rendszerből fakad, az alapvető gyantagyártástól a termékformázásig, amely szabványosított és nagyméretű ipari folyamatot alkot.

Gyanta polimerizáció: iparosított érett folyamat

Az öt általános műanyag polimerizációs folyamatai mind nagymértékben automatizáltak, és a különböző fajták eltérő technikai útvonalakat alkalmaznak:

PE: Az LDPE nagynyomású csőgyártási módszert alkalmaz (100-300 MPa, 200-300 ℃), nagyfokú molekulalánc-elágazással; a HDPE-t és az LLDPE-t alacsony nyomású módszerrel (0,1-5 MPa) állítják elő szuszpenziós polimerizációval, illetve gázfázisú polimerizációval, jó molekulalánc-szabályozottsággal.

PP: A fő eljárás a gázfázisú tömbpolimerizáció (mint például a Spheripol eljárás), amely propilént használ monomerként, és Ziegler-Natta katalizátor hatására polimerizálódik. A molekulatömeg-eloszlás szabályozásával különböző olvadásindexű termékeket állítanak elő.

PVC: A szuszpenziós polimerizációt több mint 80%-ban alkalmazzák, melynek során a vinil-klorid monomert cseppekké diszpergálják vízben, ami elindítja a polimerizációt, és 0,1-2 mm szemcseméretű gyantaport képez. Ezt követően adalékanyagok hozzáadásával beállítják a lágy és kemény tulajdonságokat.

PS: A GPPS tömbpolimerizációt alkalmaz, míg a HIPS oltós kopolimerizációval gumi fázist (polibutadiént) vezet be, így egy szigetszerű szerkezetet képezve az ütésállóság fokozása érdekében.

ABS: A fő eljárás a lotion oltás ömlesztett keverési módszere. Először butadién gumi lotiont készítenek, majd sztirollal és akrilnitrillel oltják, végül SAN gyantával (sztirol-akrilnitril kopolimer) olvasztják össze.

Termékfeldolgozás: Diverzifikált formázási technológiák

Az általános műanyag termékek öntése négy fő folyamaton alapul, amelyeket a termék formája szerint lehet kiválasztani:

Extrudálás: alkalmas csövek (PVC csövek, PE csövek), lemezek (PS lapok, PP lapok) és fóliák (PE fóliák, BOPP fóliák) gyártására. Az olvadt műanyagot csigákkal extrudálják formákon keresztül, így folyamatosan lineáris termékeket állítanak elő 10-100 m/perc sebességgel.

Fröccsöntés: 3D termékekhez (például PP poharak, ABS héjak) használják, olvadt műanyagot fecskendeznek zárt formába, lehűtik és formázzák a formából való kivétel előtt, rövid ciklusidővel (10-60 másodperc/forma), alkalmas tömeggyártásra, és méretpontossága akár ± 0,1 mm.

Fúvásos fröccsöntés: üreges fúvásos fröccsöntésre (például HDPE palackok) és fóliafúvásos fröccsöntésre (például LDPE zsákok) osztva, az olvadt műanyagot légnyomással expandálják és formázzák, alkalmassá üreges termékek előállítására. A palackgyártási sebesség elérheti az 1000-6000 darabot óránként.

Habosítás: PS és PE habokhoz használják. Habképző szer (például pentán) hozzáadásával zárt cellás szerkezetet alakítanak ki a műanyag belsejében, ami csökkenti a sűrűséget (0,01-0,1 g/cm³-re), és javítja a hőszigetelést és a párnázási teljesítményt.

A feldolgozás során a paramétereket a műanyag jellemzőihez kell igazítani: a PE és PP feldolgozási hőmérsékletének 150-250 ℃-nak, a PVC feldolgozási hőmérsékletének 160-200 ℃-nak kell lennie (a bomlás megakadályozása érdekében), a PS és ABS feldolgozási hőmérsékletének pedig 200-250 ℃-nak kell lennie. Színes mesterkeverék, antioxidánsok, kenőanyagok és egyéb adalékanyagok hozzáadásával a termék olyan funkciókat érhet el, mint a színezés, az öregedésállóság és a könnyű formából való kivlasztás.

4. Környezeti kihívások és fenntartható fejlődési utak

Az általános műanyagtermékek régóta viták tárgyát képezik a "fehér szennyezés" miatt nagymértékű felhasználásuk és nehéz lebomlásuk miatt. Az elmúlt években az újrahasznosítás, az anyaginnováció és a politikai iránymutatások révén fokozatosan kialakult egy fenntartható fejlődési rendszer.

Környezetvédelmi problémák: Szennyezés és irányítási nyomás

Az univerzális műanyagok környezeti kihívásai főként három aspektusban tükröződnek:

Az eldobható termékek szennyezése: az olyan eldobható termékek, mint a PE műanyag zacskók és a PS habból készült uzsonnásdobozok, rövid élettartamúak (mindössze néhány óra), de a természetes lebomlásuk több száz évig is eltarthat. A véletlenszerű kidobás talaj- és tengerszennyezéshez vezet. Évente körülbelül 8 millió tonna műanyag kerül a tengerbe.

Az újrahasznosítási rendszer nem tökéletes: Az általános műanyag-újrahasznosítás főként a fizikai újrahasznosításra támaszkodik, de az osztályozási nehézségek (például a PE és a PP megjelenésének hasonlósága), a magas szennyeződési arány és az újrahasznosított anyagok minőségének nagy ingadozása miatt a globális újrahasznosítási arány mindössze 15–20%, ami jóval alacsonyabb, mint a fémek és az üveg esetében.

Specifikus anyagkockázatok: A PVC klórt tartalmaz, és ha az égetés során a hőmérséklet nem megfelelő, dioxinok szabadulnak fel; A hagyományos PS hab nagy térfogatú, és magas a szállítási és visszanyerési költsége; Egyes lágyítószerek, például a PVC-ben található ftalátok, endokrin zavarok kockázatát hordozzák.

Újrahasznosítás: Technológiai fejlesztés a fizikától a kémiáig

Az általános műanyag-újrahasznosítási technológia folyamatosan fejlődik, többszintű újrahasznosítási rendszert alkotva:

Fizikai újrahasznosítás: A legkiforrottabb újrahasznosítási módszer, a hulladéktermékeket válogatják, tisztítják, zúzzák, olvasztják és granulálják, az újrahasznosított PE-ből pedig szemeteszsákok és csővezetékek készíthetők; az újrahasznosított PP-t autóbelsőkhöz és műanyag székekhez használják; a regenerált PS-t képkeretekhez és díszcsíkokhoz. Az intelligens válogatási technológiáknak, mint például a színválasztás és a mágneses elválasztás, a válogatási hatékonyság több mint 90%-ra javult.

Kémiai újrahasznosítás: Erősen szennyezett vagy vegyes hulladék esetén a műanyagokat pirolízissel (300-800 ℃) monomerekké vagy üzemanyagokká bontják, például PE-vé és PP-vé, amelyek benzin- és dízelkomponensekké bonthatók; a PS 99%-nál nagyobb tisztaságú sztirol monomerré depolimerizálható, és újra felhasználható polimerizációhoz a zárt hurkú keringés elérése érdekében.

Energia-visszanyerés: A nem hasznosítható hulladékot elégetik villamos energia előállítására, amelynek fűtőértéke körülbelül 40 MJ műanyag kilogrammonként (ami a szén 1,5-szeresének felel meg), de ehhez a dioxinkibocsátás szabályozása érdekében kiegészítő füstgáz-kezelő létesítményekre van szükség.

Anyagi innováció: alternatív és zöld irány

Az általános műanyagok zöld innovációja három irányba összpontosít:

Lebomló alternatívák: lebomló komponensek bevezetése keveréssel vagy kopolimerizációval, például PE és PBAT (polibutilén-adipát-tereftalát) összekeverésével komposztálható műanyag zacskók előállítására, amelyek természetes környezetben 6-12 hónapig lebomlanak; a PS-t keményítőalapú habbal helyettesítik a csomagolás párnázásához.

Bioalapú univerzális műanyagok: A műanyagok előállításához biomassza-alapanyagokat, például bioalapú PE-t (cukornád-etanolt használva alapanyagként) és bioalapú PP-t (növényi olajat használva alapanyagként) használnak fel, így a teljesítmény megegyezik a hagyományos termékekével, és a szénlábnyom több mint 50%-kal csökken. A Coca-Cola, a Nestlé és más vállalatok már nagymértékben alkalmazzák ezeket a technológiákat.

Nagy teljesítménycsökkentés: Csökkentse az anyagfelhasználást a szerkezeti optimalizálás révén, például a PET palackok súlyának csökkentésével (30 g-ról 9 g-ra); a PP nanokompozitoknak köszönhetően javítja a szilárdságot, 20%-kal csökkentve a termék falvastagságát, miközben ugyanazt a teljesítményt tartja fenn.

5. Jövőbeli trendek: Technológiai iteráció és ipari korszerűsítés

Az általános műanyagtermékek a nagy teljesítmény, az alacsony fogyasztás és az újrahasznosíthatóság irányába fejlődnek, a technológiai innováció és a szakpolitikai vezéreltség pedig átalakítja az ipari tájképet.

Teljesítménynövelés: Univerzálisról dedikáltra

A precíz módosításoknak köszönhetően az univerzális műanyagok fokozatosan behatolnak a közép- és felsőkategóriás piacra:

Funkcionalizálás: Antibakteriális PE fólia (hozzáadott ezüstionokkal) fejlesztése élelmiszerek tartósítására, az eltarthatóság 3-5 nappal történő meghosszabbításával; Lángálló PP-t használnak elektronikus csomagolásokhoz, elérve az UL94 V0 szintet; Az időjárásálló PS UV-elnyelő adalékokkal 1 évről 5 évre növeli kültéri élettartamát.

Ötvözés: Az ABS/PC keverék (ABS/PC ötvözet) fokozza a hőállóságot, és új energiahordozójú járművek akkumulátorházaihoz használják; a PP/PA keverék (PP/PA ötvözet) javítja az olajállóságot, és motoralkatrészekhez használják.

Körforgásos gazdaság: Teljes életciklus-menedzsment

A szakpolitikai előmozdítás keretében az általános műanyagipari lánc zártláncú modell felé alakul át:

Kiterjesztett gyártói felelősség (EPR): A vállalkozásoknak felelősséget kell vállalniuk a termékek újrahasznosításáért, például az EU előírása szerint a műanyag palackok újrahasznosítási aránya 2030-ra elérje a 90%-ot, Kína „"dual carbon"” politikája ösztönzi az újrahasznosított anyagok használatát, és az autógyártók esetében az újrahasznosított műanyagok felhasználásának el kell érnie a 30%-ot vagy többet.

Kémiai újrahasznosítási lépték: Világszerte több millió tonnás vegyi újrahasznosító létesítményeket építettek, mint például a Shell PE/PP kémiai újrahasznosítási folyamata, amely a vegyes hulladékot elsődleges minőségű nyersanyaggá alakíthatja, fokozatosan megközelítve a hagyományos eljárások költségeit.

Intelligens gyártás: Hatékonyság és minőségjavítás

Az intelligens gyártástechnológia lehetővé teszi az univerzális műanyaggyártást:

AI optimalizálás: A fröccsöntési paraméterek gépi tanuláson keresztüli optimalizálásával a selejtarány 50%-kal csökken; Az előforma vastagságának valós idejű monitorozása a fúvásos öntési folyamat során, a légnyomás automatikus beállítása és a falvastagság egyenletességének javítása ± 5%-on belül.

Digitális ikerpár: Virtuális termelési modellek létrehozása a termék teljesítményének szimulálására különböző nyersanyagok és folyamatok mellett, és az új termékek fejlesztési ciklusának lerövidítése (3 hónapról 1 hónapra).

A modern ipar sarokköveként az univerzális műanyag termékek fejlesztése az anyagtudomány és a társadalmi igények összehangolt fejlődését tükrözi. Az egyszerű csomagolástól az összetett autóipari alkatrészekig, az eldobható termékektől az újrahasznosítható anyagokig a General Plastics a technológiai innováció révén áttöri a környezeti szűk keresztmetszeteket, és továbbra is pótolhatatlan szerepet játszik a fenntartható fejlődésben. A jövőben, a bioalapú anyagok, a kémiai újrahasznosítás és az intelligens gyártás érettségével, az univerzális műanyagok kettős, „"hhigh performance"” és „"hgreen"” fejlesztést érnek el, támogatva a környezetbarátabb és hatékonyabb modern életmódot.