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目前我国塑料加工业的现状及聚合物先进制造技术

发布时间:2021-07-20 22:43:13 阅读: 来源:攻丝机厂家

我国塑料加工业的现状及聚合物先进制造技术

一、我国塑料加工业的现状

中国这几年中国的经济发展非常快,塑料加工业发展的更为出色,在发展的速度上超过了国民经济总体发展水平。这几年塑料制品总产量已经达到了每年5000万吨的规模,总产值已经超过了1万亿,产量从排名上已经位居世界第二。塑料制品的增加、需求量增加为塑料加工装备业提供了很好的机会。现在每年有20万套塑料装备,由中国来生产,其中还有将近一半左右要出口到世界各国。在从塑料加工装备的数量上也已经达到了世界第一,这样一个非常喜人的景象。

除了总量,再看人均的塑料制品,塑料消费量的情况。目前根据得到的数据,2009年世界按人口平均的话,平均每人是40公斤左右的塑料消费量。中国已经超过了这个世界平均量,达到46公斤,但是发展空间还是非常大的。

目前世界上最贵的塑料材料是PEEK,每克1块钱,每吨是100万人民币,这么一个价格;用PTCA球囊扩张导管,按重量计算,这种材料每克可以达到400块钱,这个附加值哪来的?就是通过技术赋予。国内目前生产大部分是生产附加值非常低的一些塑料制品,所以探讨将来塑料加工怎么在量提高的基础上,进一步为国民经济,为国家提供急需高科技产品非常重要。

从装备来讲,虽然每年有20万套的生产能力,但是目前包括一些出口的产品仍主要集中在中低端的市场,在精密大型,还有一些微型的装备目前还大量依靠国外来提供。

石化行业需要的很多大型装备(包括塑料加工装备)主要是依赖进口。这个年产30万吨乙烯工程关键配套设备,大型挤压机组的工厂设备,这是当时照的照片,国外厂商提供的,这是瑞士公司生产的新一代BUSS挤出机,高性能的复合材料制备上发挥非常独特的作用。尽管它的专利已经过期了,但是它在中国市场上仍然在高端市场上占有主导地位。

二、聚合物微纳米技术现状及展望

1、微纳科学与微纳机电系统的概念及其研究领域和应用发展

有人从技术发展的时代分阶段划分的,认为在资本主义以前的很长一段时间内,封建社会和奴隶社会那时候都是模糊时代,从技术层面对事物的认识和去改造客观事物,没有一个很精确量的概念。到了蒸汽机为标志的资本主义开始后进入一个毫米时代,在那个时代人们开始以毫米为基本尺寸去制造。到了20世纪,向前大大推进到微米时代,一个毫米等于1000微米,也就是说能够在微米的尺度下设计和改造世界。

到了21世纪现在又发生什么样的变化?有专家提出但也还有不同的意见,认为21世纪是一个纳米时代,又往前推进了三个数量级,这是不是一个概念炒作呢?下面给大家看一些这样的事实。

我们进入纳米时代或者说我们进入一个我们处于过渡的微纳米的时代,它和需求有密切相关。它最主要的动力我们在微纳机电系统的发展促进了我们微纳的发展。微纳机电系统包括微米尺度的机电系统,还有纳米尺度的机电系统,时间关系这里不可能展开。可以这么说,中国现在尽管有很多人关注,但是我们毕竟在这方面的实力情况目前跟国际上还有比较大的差距。但是在国外不光是微米尺度的这种机电系统,纳米尺度的机电系统有了很大的进展。

我们看一些具体的实例,现在在美国等国家做换热器已经做到了非常小的具有微结构的这样一些换热器,在换热能力上已经是传统换热器的个数量级。也就是说不是说提高几倍,而是提高几个数量级。这个对我们传统的过程工业还有很多的机器装备提供很多的可能性。

像这种看起来很简单的微槽换热器,它的换热能力可以达到每平方米千瓦,非常大,比传统换热器提高5个数量级,可以提高到10万倍。像这个电子器件能力越来越强,功率越来越大,体积越来越小。像这种高效散热器,每平方厘米可以达到1000瓦换热能力。我们现在的电脑每台电脑的功率也就消耗200多瓦、300瓦,它一个平方厘米这么小的尺寸就可以解决1000瓦的散热能力,这就是微纳制造这个技术已经走到我们现实当中,是一个客观的需要和很大的市场。

我们知道,现在发展汽车,很大程度受制于能源,电动汽车大家非常看好,这里电动汽车要解决很多问题,塑料行业能做什么呢?我们不光做一些保险盖,做一些汽车内饰等等。也能够涉及汽车散热,电池,肯定要散热,怎么散热?如果有高效的微结构通道的散热器可以轻而易举的解决这个问题。

还有,这几年大家也都体验到了医学发展非常之快,医学的发展特别是介入医学的发展跟塑料加工技术是密切相关的。现在国外已经有技术测出清理血管的机器人,用针头把它打到血管里头,可以把有害东西清除干净,通过过滤一下整个人都焕然一新,这整个是属于微米级的机器人,还没到纳米尺度。这个已经在国外开始使用了,已经得到了成功。这些工作我们现在关注一下,不可能马上都能去做,知道一下国际前沿发展大家做的工作。

这些照片的微细结构都是几十个微米以下的微结构,能够做到这样的规格,这需要很高的尺寸的精度,这是需要很高的技术。如果能做到这样的技术水平的话,需求是非常大。像这里展示了像光纤连接器,微过滤器,实验芯片,这是现在做的最小的微行星齿轮,还有做的这种微型行的针等等都是用高分子材料做的。美国看的生物芯片就在有机玻璃做出来的,表面看不出什么来,但是上面有特征,设计好的微型流道,可以把各种细胞按照设计分离开,可以快速做各种检验,还可以做药物开发。陀螺仪、慢性系统等等,把它做得微型化,很多小型飞机可以做的像蜻蜓和蜜蜂一样,不光是飞,可以执行很多信息的采集的任务,这都离不开微纳的机电系统和制造系统。

对塑料加工来讲,现在很大的商机在电子显示系统,液晶开始向LED和OLED发展。有200万个16微米×16微米的微镜组织出来的,怎么把它加工起来?像日本1 设计思路和德国可以直接解决了,像这样的技术我们现在只能受制于人。还有存储技术,现在一个SD卡可以做到16G,在从设计到制造解决了很多微纳尺度的它的一些关键技术问题。包括它的设计和制造、检验等等,还包括材料。今年日本去微纳制造展,里面有很多做跟能源有关的,他们做小型的发电机可以放到鞋里,走路的时新陶氏在2017年的营收为448亿美元候电可以储存起来,当然现在还是一个原理,以后类似这样的关键技术通过微型的振动能够获取电能。在石油总量越来越少的情况下,这些技术开发是非常重要,而且是带有战争意义的,塑料加工在这方面有很多工作要做。还有电容器,这是一个基本的微电子器件,体积越来越小,充放电的能力越来越强,但现在这方面高端还是依赖进口。

2、聚合物微纳米制造技术的应用实例和发展趋势

不光是在尖端的场合,在医用,在微电子材料,显示材料等等都需要微纳系统特别是微结构的系统。这里面有很多基本的问题需要解决,除了设计以外,特别是加工怎么解决在微纳尺度下能够完成这种精密的加工,这是一个需要解决的问题。但不是现在传统的包括所谓的加工中心能够解决的。

聚合物微纳系统是目前最具产业化前景的一种技术领域。因为刚则其爆破威力也很大才介绍的像很多微放射器有非常好的功能,却没有得到推广,原因是因为它是金属材料或者是硅材料做的,制作成本非常高。像刚才说的换热器,一个小型的换热器一个厘米见方的换热器制作成本上万块钱,通过各种手段一个槽一个槽做出来的。如果我们能用聚合物材料加工,可能采用微注射,还有塑料像最近开发的压印技术高效低成本的制造,这就有可能推向市场。

目前通过微注塑这种方法已经可以做到从20微米到几百微米,对于不同的场合,不同的材料可以已经做到这个尺度。如果说能够做到几十微米以内,很多微纳、微尺从国内而言度、微结构的系统就可以解决。就拿微注塑来讲,它的应用领域这里列出来了,在微驱动器、微机械零件、换热器、光学器件还有一些传感器等等,执行器件,特别是医疗器件几方面都是大有可为。

现在高分子材料用在微结构制造非常成功的就是在光学源器件,一个透镜上面有很多微小的透镜,大透镜的小透镜,小透镜的尺寸是几十微米的尺度。有什么好处呢?一个是它的图象像素就更高,它失真率越来越小。再就是除了做这种微透镜微结构的制品,除了做摄像机等等这样的光纤镜头之外,它在做新型灯具这些材料也大有可为。最新发展的LED的灯具两个问题跟塑料有关,一个是散热、一个是透镜。散热现在怎么解决大功率LED高效低成本散热,这个问题如果解决这个就可以突破。在透镜怎么样能够继续提高LED光学元的利用率,如果用这个技术,至少可以提高5个百分率,那不是一个葛洲坝的问题,而是几个葛洲坝电量的问题,这也是塑料加工业所面临的需要解决的问题。

目前国际上很多国家日本、德国、美国包括国内的香港,最近的海天都在开发这种微注塑机系统。日本在国内的市场占有率非常高,这种技术的开发必须要加大力量来,通过产学研的合作形式继续往前推进。

今天看精诚模具是我们的赞助商,精诚模具除了做好现在传统的挤出、注射模具之外,能不能在微纳的模具上做一些工作,比如说机器可以买人家的,制品的模具领域自己解决,要是能解决,这个意义及其重大。用户一起探讨这个问题,手段可能就不是常规的一些加工手段。

这种技术不能像其他有些技术,可以跟人家学、去买。这个产品人家说了,中国不卖,企业也不卖,大学更不卖,这些东西就是人家在技术上还是对中国很大的戒心,也作为一种战略或者是军事用途上对中国是有所限制的。这个只能靠我们自己去研究,不光是对我们社会主义国家,实际上在西方这些国家之间,技术也是非常保密的,所以现在世界各国都在进行这方面的研究。资料了解到,丹麦大学做微注射的研究,台湾几所大学,中研大学,台大,台大清华大学几个学校材料实验机本来属于小众产品都有微注射成型的可视化检测研究,德国也有专门的大学做这方面的技术研究和这种实验研究,都是在以塑料为原料做这种微纳制造。所以现在在这个领域靠钱是买不到技术,光靠企业或者是光靠研究单位做这个,可能都很难取得比较快比较实质性的进展。在这里也希望产学研在这个领域能探讨怎么样能够很好的合作。

现在今天谈的塑料加工高峰论坛,一个是在微纳制造方向希望大家能够引起注意。另外还有一些国内的成果,也需要产学研很好的结合。比如说最近华南理工大学徐教授讲的叶片挤塑机取得了很好的效果。这个由国内多家研究和制造单位,大还有1种无磷洗衣粉连橡塑、兰州天华包括用户联合制造20万吨大型挤压造粒机组在现场通过了首次的试车,已经取得了比较大的突破,这也是值得高兴得事。这个设备直径320毫米,每小时产量可以达到35吨,这也是标志着很大的进展。我们跟海天合作的精密注射机现在也已经推向市场,产值每年精密机达到20亿左右。

塑料产业还为汽车制造等等领域提供了很多技术含量比较高的精密的制品,还有各种混炼装备上国内做得也很多,从双螺杆到三螺杆,串联式磨盘挤出机,还有一些自己的分散的工艺等等,学校做的一些这样的能够产业化的技术,也希望能够跟企业做一个很好的结合。在重新装备上,做一些塑木复合挤出成行技术及装备上,有一些得到了很好的应用。现在也有希望有这个机会给大家做一个参考,大家有这方面的需求希望可以多进行合作。

现在环保也是一个主题,塑料机械不光是节能,环保做的比如说氟利昂的材料已经不允许做了,要做好准备现在微注塑机也开始做了,希望跟企业有很好的合作.

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