工程塑料是指一類可以作為工程結構件的塑料，因其具有密度小、比強度高、優良的耐磨性和低摩擦系數、高耐熱性、電絕緣性、化學穩定性、耐酸/堿、可自由著色、易改性、加工性好等明顯優勢，在汽車、電子、電氣、通訊、交通、航天航空、機械等領域得到廣泛應用，已成為衡量一個國家工業發展水平的重要標志之一。

改性可使工程塑料的性能得到明顯改善，另外可以使得一種聚合物基體生產多種不同用途的產品。

工程塑料的改性

由于單一樹脂性能存在局限，而人們對材料低成本化、高性能化和性能多樣化等方面的要求越來越高，各種工程塑料改性品種應運而生。工程塑料可通過物理、化學或者物理和化學相結合的方法實現，包括共混（合金化）、共聚（接枝）和填充增強等。改性可使工程塑料的性能得到明顯改善，另外可以使得一種聚合物基體生產多種不同用途的產品，生產操作彈性大，易于實現一機多用，實現產品的系列化和專用化。

工程塑料改性的趨勢在于：

1.通用塑料工程化。熱塑性通用塑料產量大、成本低，為提高力學性能和耐熱性，可采用增強、填充和合金化等技術實現高性能化，在一定場合替代工程塑料，同時降低成本。特別是PP復合材料及合金，由于其高性價比，已成為汽車領域中用量最大的塑料品種。

2.通用工程塑料高性能化。通用工程塑料通過共聚、共混合金化和復合材料化，其力學性能、耐熱性、耐久性等得到較大幅度提高，在一些場合可替代特種工程塑料使用。另外，通過改性，賦予工程塑料磁、電、抗菌等功能性是今后高性能化的重要方向，特別是隨著高性能碳纖維、碳納米管、石墨烯制備工藝的成熟，工程塑料的高性能化、多功能化更加大有可為。

3.特種工程塑料低成本化。由于高昂的市場價格，特種工程塑料的應用往往局限于軍工產品，而只有低成本化后才能實現在民用產品的規模推廣，從而擴大應用范圍和領域。低成本化的路徑有以下幾種，一是與通用塑料和通用工程塑料共混、合金化，填充、增強等；二是單體來源的低成本路徑；三是大規模生產。

4.原料、工藝和產品綠色化。隨著全社會環保意識的增強，來自可再生資源、綠色工藝制備的工程塑料才是符合大眾預期的安全產品，可降解、可再生產品的需求越來越迫切。未來的工程塑料不僅可以回收利用，還可以做到原料和工藝的綠色化。

專家們認為，未來5年工程塑料發展的潮流將是高性能化和低成本化。一些具有耐高溫、耐磨、導電、電磁遮罩功能的高性能工程塑料將獲得較快發展。此外，在工程塑料分子設計與制造過程中會特別注意保護環境、重復利用等理念。

工程塑料應用

工程塑料主要應用在汽車、電子電氣、機械、交通運輸、建筑、化工、國防軍工等領域。據統計，2015年全球工程塑料需求已經達到2000萬噸，預計2020年將達到2910萬噸。

工程塑料作為最重要的汽車輕量化材料，在汽車行業的使用量增長迅速。

在汽車領域的應用

工程塑料作為最重要的汽車輕量化材料，在汽車行業的使用量增長迅速，它能使零部件的品質減輕40%左右。汽車每減少100kg自重，每百公里油耗可節省0.3~0.5升，每公里CO2排放可減少8~11克。此外，汽車零部件塑料化目的還在于提高零部件的功能、簡化制造工藝、提高汽車的舒適性和安全性、降低生產和維護成本，并賦予更高的設計自由度。從應用的部件來看，無論是外裝飾件、內裝飾件，還是功能與結構件，隨處可見工程塑料制件的身影。隨著工程塑料硬度、強度、韌性等性能的不斷提高，塑料車窗、車門、骨架乃至全塑汽車隨之出現，汽車塑化進程也將進一步加快。

工程塑料在汽車中的應用。

在電子電氣中的應用

工程塑料制造電子電氣零部件的消耗量占工程塑料總量的30%左右，已用作電子電氣設備及元器件的殼體材料、包覆材料、基質材料、絕緣層材料等，它還將繼續取代金屬和熱固性塑料，如生產插頭零部件的塑料正從熱固性塑料迅速向熱塑性工程塑料過渡。近年來具有導電、導磁、電磁遮罩等功能的塑料也正在逐步取代一些傳統電子電氣材料。此外，智能手機和智能手表等時尚電子產品的井噴式發展也推動了工程塑料在該領域的應用。

工程塑料在電子電氣領域的典型應用實例。

在建筑中的應用

塑料建材具有質輕、價廉等優點，在建筑中具有廣泛的應用，主要包括塑料門窗、塑料管道、塑料地板等。目前，中國塑料管材市場年增長率達15%。門窗方面，除了新建建筑，未來十年對既有建筑門窗改造市場規模就將超過萬億元人民幣；保溫材料方面，預計在未來的3-5年，其在建筑領域應用比例將達到30%-40%，甚至可能達到50%。節能減排為塑料建材行業提供了重大的發展機遇。工程塑料在建材行業的應用以PC板材為主，暖房、采光走廊、穹頂、庭院照明、社區標示牌、路標、看板、燈箱、電話亭、自動售貨機、開關面板等均有使用，公路防噪隔板也是PC板材加工而來。更加個性化與高檔化的電器開關、開關面板大量使用工程塑料來制造。在管件方面，隨著塑料管材使用率的提升，尼龍將取代金屬作為主要連接件材料，而鋁合金門窗的隔熱條將會大量使用PA66。

在機械工程中的應用

工程塑料在機械工程中的應用占總產量的比例一直維持在11-12%左右，主要包括齒輪、軸承、軸承保持架、罩體、滑輪、滑塊、閥門、螺旋槳或風機葉片等。除了輕質高強、良好的加工成型性和價格低廉之外，工程塑料在機械工程中的廣泛應用還得益于良好的耐磨性、自潤滑、吸能降噪等優異特性。電動工具用工程塑料要求具有良好的阻燃性和電絕緣性，所使用的主要品種中包括PC、增強PC、增強PA6和PA66、以及阻燃增強PP、PBT等，在機械行業工程塑料中占比約為50%。

在3D打印材料中的應用

塑料3D打印材料相較于金屬更易于制備，對存放環境要求小，打印溫度低，發展迅速。有統計顯示，未來5年全球3D打印材料市場將會以每年17.9%的速度增長，熱塑性材料的種類也將以年均20%的速度高速增長。ABS、聚乳酸、尼龍、聚碳酸酯等這些熱塑性材料的市場額也將從2013年的6450萬美元增加到2019年的1.926億美元。3D打印材料最大的市場是汽車行業，在2013年占到了26%。但是3D打印的汽車終端產品的增長率僅為12.3%，低于其它主要領域的增長率。隨PEEK等特種3D打印材料及其設備的開發成功，未來醫療設備和牙科3D打印工程塑料的產值將會快速發展并可能超過汽車行業。另外，航空航天領域也是3D打印工程塑料的重要應用領域，最近佛吉尼亞理工學院和科學院研究人員共同開發了3D打印的超高強度的聚酰亞胺聚合物材料（Kapton），在極端溫度下依然保持很好的性能，可用作隔離飛船和衛星等空間飛行器的高溫聚合物材料，這使得飛行器等在空間極端大溫差環境下仍然正常運作。

塑料3D打印材料相較于金屬更易于制備。 

工程塑料發展趨勢

工程塑料發展機遇與挑戰并存。中國工程塑料正處在高速發展階段，強勁的國內需求為中國工程塑料行業的發展提供了難得的機遇，但我們必須清楚意識到所面臨的嚴峻挑戰，建議采取有效措施來應對這些挑戰：

(1) 加大工程塑料合成樹脂的開發力度。中國工程塑料行業的產業鏈已經逐步形成，包括樹脂合成、復合材料與合金、加工應用，具有一定配套能力。中國現有工程塑料樹脂生產企業或大型化工企業要通過產學研合作或者引進消化吸收等辦法，有選擇性的重點突破一些品種。

（2）從材料組成、結構性能關系、制品設計、加工應用全產業鏈上進行自主創新，不斷推出自主開發的新產品、新加工工藝和新應用來參與高端工程塑料市場的競爭。同時，各企業也應當加強行業自律，通過提高品質而不是搞惡性競爭的方式來增加本企業利益，促進工程塑料行業持續健康發展。

并購正在改變世界工程塑料產業格局。近年來，并購已成為當前世界塑料產業的潮流，從而對世界工程塑料的產業格局產生重大影響。業內企業將專注于產能擴張和并購，以挖掘產品應用機會，包括汽車和運輸、電子電氣等。同時，中國已經成為全球工程塑料需求量增長最快的國家。外企紛紛搶占中國市場，拜耳、帝人、寶理、旭化成/杜邦、DSM等跨國公司進入合成樹脂領域，建設PC、POM等生產裝置，擴大PA產能，并在復合材料及合金化中高檔產品領域形成明顯的競爭優勢。

材料基因組計劃將改變工程塑料商業模式。“材料基因工程”旨在尋找和建立材料從原子排列、到相的形成、到顯微組織的形成再到材料性能與使用壽命之間的相互關系，把成分-結構-性能關系的資料庫與計算材料設計結合起來，這樣就可以大大加快材料研發速度、降低材料研發的成本、提高材料設計的成功率。

本文來源： CPRJ塑料橡膠 作者：上海杰事杰新材料股份有限公司董事長 楊桂生

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