强劲市场需求助推我国聚碳酸酯发展

肖永清

(湖北十堰东风汽车公司442001)

摘要：聚碳酸酯(Pc)是一种综合性能优良的热塑I陛工程塑料，具有高强度、高韧性、高抗热性、质轻、加工性能优良和颜色稳定等优点，它正迅速地扩展到航空、航天、电子计算机、光盘等高新技术领域，有着良好的市场前景。聚碳酸酯市场需求的强劲增长对行业带来了机遇和挑战，本文介绍了聚碳酸酯的消费市场，阐述了聚碳酸酯的结构、性能特点和应用领域，指出了聚碳酸酯工业的发展前景。

关键词：市场需求； 聚碳酸酯； 应用领域； 发展前景

聚碳酸酯是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，广泛应用于汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器械、医疗保健器具、家庭用品等领域。此外还可与其他树脂共混形成聚碳酸酯共聚物或聚碳酸酯合金，性能更加完善，能适应多种特定应用领域对成本和性能的要求。受汽车、建筑行业及光盘业快速增长的拉动，近年来聚碳酸酯消费市场迅猛发展，有着良好的市场前景。

1 聚碳酸酯需求强劲增长

我国是聚碳酸酯开发最早的国家之一，早在1958年由沈阳化工研究院首先开发成功酯交换法工艺，并于1965年在大连塑料四厂建成100吨／年的生产装置。尽管如此，我国聚碳酸酯行业的发展情况并不理想，由于生产企业规模小、生产技术落后、产量低、品级牌号少，大部分产品为自用。近年来，受汽车、包装等行业快速增长的拉动， 中国聚碳酸酯消费市场迅猛发展，年均需求增长率为7．4％。2010国内聚碳酸酯需求量达到100万吨左右，预计2012年国内聚碳酸酯需求量将达到120万吨以上。但由于中国生产的聚碳酸酯质量达不到下游生产企业的质量要求，且产品供需缺口很大，所以目前主要依赖进口。

今后几年我国聚碳酸酯的消费领域主要集中在电子电气、玻璃板材、光盘、照明及工业零部件等。我国聚碳酸酯最大消费用户是电子电气工业，如电器仪表屏、计算机和办公设备的配件等，年消耗聚碳酸酯约15万吨；随着我国城市建设的发展，对聚碳酸酯中空阳光板、隔音屏障、天棚的需求迅速增长， 国内中空阳光板年消耗聚碳酸酯约10万吨；随着国内CD、VCD、DVD市场的迅速发展，光盘已成为国内聚碳酸酯需求增长最快的领域，年均增长率超过40％，据保守估计，国内光盘生产线150余条，年消耗聚碳酸酯约4万吨左右；饮水桶及一些食品容器消耗聚碳酸酯3万吨左右；汽车工业、复合材料、安全玻璃等行业消耗聚碳酸酯约2万吨。

随着我国国民经济的稳定发展，尤其是电子／电气工业、汽车工业已成为我国国民经济的支柱产业，另外城市建设和西部大开发等基础项目的建设将对新型建筑材料有较大的需求。曾有专家预计，2008~2012年我国聚碳酸酯年均需求增长率为13％，2012年需求量将达到157．5万吨。但因受经济危机影响，现增速可能将降低至7～8％。

近几年，为抢占中国市场，拜耳、帝人等跨国公司，陆续在国内投资兴建聚碳酸酯项目。拜耳材料科学公司在上海漕泾有10万吨／年装置，帝人聚碳酸酯有限公司在嘉兴的产能达到10万吨／年。2009年8月28日，三菱化学公司与中石化集团在北京燕山石化公司组建合资企业，建设的6万吨／年聚碳酸酯和15万吨／年双酚A装置正式奠基。

面对外商的扩张，我国也加快建设新的聚碳酸酯装置，中国蓝星沈阳石化有限公司将建28万吨／年的项目，蓝星新材料公司依托业内龙头企业蓝星新材料无锡树脂厂，将兴建10万吨／年的装置，吉化公司将建10万吨／年的装置，东营经济开发区将建设一套10万吨／年的装置，唐山开发区计划建设6万吨／年的项目，内蒙乌审旗15万吨／年项目开始向国内外进行公开招商。

2 聚碳酸酯的消费市场

聚碳酸酯的应用开发是向高复合、高功能、专用化、系列化方向发展， 目前已推出了光盘、汽车、办公设备、箱体、包装、医药、照明、薄膜等多种产品各自专用的品级牌号。

聚碳酸酯具有良好的抗冲击、抗热畸变性能，而且耐候性好、硬度高， 因此适用于生产轿车和轻型卡车的各种零部件，其主要集中在照明系统、仪表板、加热板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保险杠等。根据发达国家数据，聚碳酸酯在电子电气、汽车制造业中使用比例在40％~50％，而目前中国在该领域的使用比例只有10％左右， 电子电气和汽车制造业是中国迅速发展的支柱产业，未来这些领域对聚碳酸酯的需求量将是巨大的。聚碳酸酯板材具有良好的透光性，抗冲击性，耐紫外线辐射及其制品的尺寸稳定性和良好的成型加工性能，比建筑业传统使用的无机玻璃具有明显的技术性能优势，因此在建筑行业具有广泛的应用前景。

聚碳酸酯制品可经受蒸汽、清洗剂、加热和大剂量辐射消毒，且不发生变黄和物理性能下降，可广泛应用于人工肾血液透析设备和其他需要在透明、直观条件下操作并需反复消毒的医疗设备中，如高压注射器、外科手术面罩、一次性牙科用具、血液分离器等。

聚碳酸酯在航空、航天技术领域的应用也日趋 增加。据统计，仅一架波音飞机上所用的聚碳酸酯部件就达2500个，单机耗用聚碳酸酯约2吨。宇宙飞船上采用了数百个不同构型并由玻璃纤维增强的聚碳酸酯部件，也应用于宇航员的防护用品等。

近年来，在包装领域出现的新增长点是可重复消毒和使用的各种型号的储水瓶。由于聚碳酸酯制品具有质量轻，抗冲击和透明性好，用热水和腐蚀性溶液洗涤处理时不变形且保持透明的优点，目前一些领域聚碳酸酯瓶已完全取代玻璃瓶。据预测， 随着人们对饮用水质量重视程度的不断提高，聚碳酸酯在这方面的用量增长速度将保持在10％以上。

由于聚碳酸酯在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定的电绝缘性，是优良的绝缘材料。同时，其良好的难燃性和尺寸稳定性，使其在电子电气行业形成了广阔的应用领域。聚碳酸酯树脂主要用于生产各种食品加工机械，电动工具外壳、机体、支架、冰箱冷冻室抽屉和真空吸尘器零件等。而且对于零件精度要求较高的计算机、视频录像机和彩色电视机中的重要零部件方面，聚碳酸酯材料也显示出了极高的使用价值。

聚碳酸酯以其独特的高透光率、高折射率、高抗冲性、尺寸稳定性及易加工成型等特点，在光学领域占有极其重要的位置。采用光学级聚碳酸酯制作的光学透镜不仅可用于照相机、显微镜、望远镜及光学测试仪器等，还可用于电影投影机透镜、复印机透镜、红外自动调焦投影仪透镜、激光束打印机透镜，以及诸多办公设备和家电领域，其应用市场极为广阔。聚碳酸酯在光学透镜方面的另一重要应用领域是作为普通眼镜、太阳镜和安全镜的镜片材料。近年来，世界眼镜业聚碳酸酯消费量年均增长率一直保持在20％以上，显示出极大的市场活力。

随着信息产业的崛起，由光学级聚碳酸酯制成的光盘作为新一代音像信息存储介质，正在以极快的速度迅猛发展。目前世界光盘制造业所耗聚碳酸酯量已超过聚碳酸酯整体消费量的20％，年均增长速度超过1 0％，聚碳酸酯在光盘制造领域的应用前景是极为广阔的。

3 聚碳酸酯的结构和性能特点

聚碳酸酯是大分子主链中含有碳酸酯基的一类高聚物，是一种无色透明的无定性热塑性材料，在五大通用工程塑料中，产量和消费量仅次于聚酰胺，居工程塑料第二位。

聚碳酸酯突出的优点是力学性能优良，冲击强度高，耐蠕变，透明性、电绝缘性、尺寸稳定性好，使用温度范围广(一l30～130~0)，具有自熄性，是一种集刚、硬、韧于一体的材料的典型代表。聚碳酸酯主要的缺点是价格昂贵，吸湿性大，熔体黏度高，成型加工较困难且加工时易产生气泡和银丝，制品易残余有内应力，对缺口敏感性大，耐疲劳性低，摩擦性及耐磨性不佳。

双酚A型聚碳酸酯分子链易形成的较稳定的二次结构呈很不对称的长而硬的原纤维结构。虽然有的也能形成球粒状结构，但在加热或受拉伸时也会转变成原纤维状结构，原纤维会成束并和没有进入原纤维的分子混乱交错组成疏松的网络，使高聚物中存在大量的空隙。原纤维内部分子敛集密度较高，分子间作用力较大，因此，在快速的~''bDH载荷的作用下，高聚物首先是以原纤维为单位自由移动，这样可吸收大量外加载荷的能量。这种结构特性赋予聚碳酸酯很高的冲击性能，聚合物的无定形结构也有利于材料的韧性。尽管双酚A型聚碳酸酯具有刚性分子链，但却具有优异的韧性。

聚碳酸酯大分子链中柔顺的碳酸酯基和刚性的苯环使其兼具韧而刚的优点，这是其他工程塑料所没有的，其冲击性能是热塑性工程塑料中最好的品种之一，比聚酰胺、聚甲醛高3倍，接近酚醛树脂和不饱和聚酯树脂玻璃钢。聚碳酸酯的拉伸强度和弯曲强度都好，且由温度、湿度变化而引起的强度变化在工程塑料中也是最小的品种之一。聚碳酸酯的耐蠕变性能在热塑性工程塑料中也很突出，其耐蠕变性优于聚酰胺和聚甲醛，并且在相当高的温度下聚碳酸酯的蠕变也较小，因此，聚碳酸酯的尺寸稳定性好。聚碳酸酯的耐应力开裂性差，自润滑性差，其耐磨性比聚酰胺、聚甲醛及聚四氟乙烯等都差，但比聚砜、ABS等高；聚碳酸酯的耐疲劳性差，疲劳强度低。

聚碳酸酯的耐高低温性能好，可在．130～130℃的温度范围内使用，在。180~C也不开裂；热变形温度较高，可在l2O℃下长期工作，短期可耐140℃，玻璃化温度高达140"-"150℃，因而其尺寸稳定性和耐蠕变性均优于聚酰胺和聚甲醛；聚碳酸酯的热稳定性好，干燥好的聚碳酸酯在成型加工时不易氧化降解，在32O℃ 的熔融态下还可保持数小时，短时间达330~350℃也只有极微量的降解，高于350℃才开始分解；聚碳酸酯的熔体黏度大，线膨胀系数小，遇冷收缩快。聚碳酸酯的电学性能在工程塑料当中虽然并不突出，但由于其能在较宽的温度和湿度范围内保持较好的电性能，频率对介电常数的影响也很小，再加工耐热值高，因此仍是一种优良的高频绝缘材料。

聚碳酸酯可耐有机酸、稀无机酸、盐、油、脂肪烃及醇类，但不耐氧烃、稀碱、溴水、浓酸、胺类、酮和酯等，可溶于二氯甲烷、二氯乙烷及甲酚等溶剂中；聚碳酸酯也不耐60℃ 以上的热水，长期接触会导致应力开裂并失去韧性。聚碳酸酯的耐大气性好，在室外暴露一年性能变化也不大；聚碳酸酯能吸收紫外线而被侵蚀，因此需加入紫外线吸收剂，但其耐空气和臭氧性能较好。聚碳酸酯是最优异的光学塑料品种之一，其透光率高达93 ，折射率高达1．587，雾度只有l％～2％，适于用作透镜材料。但由于聚碳酸酯的双折射高、耐磨性差、硬度低，不宜用作高精度的高档光学材料。

聚碳酸酯的熔体黏度很高，因此难以加工大型薄壁制件；即使在高剪切速率下，聚碳酸酯熔体的流变性也表现为牛顿型流体的特点。因此，聚碳酸酯熔体的黏度对温度较为敏感，而剪切速率对熔体黏度的影响很小，因此，升高温度比提高剪切速率更能有效地提高聚碳酸酯的加工流动性；因含有酯基，聚碳酸酯在高温成型过程中易水解，即使水量微少， 因此，加工前其粒料一定要充分干燥，使含水量低于0．03%，最好为0．01％；由于易水解，也不适合在高温高湿环境下使用。

聚碳酸酯耐弱酸，耐中性油，不耐紫外光，不耐强碱，无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的机械性能；耐磨性差，一些用于易磨损用途的聚碳酸酯器件需要对表面进行特殊处理。

聚碳酸酯与ABS共混物可以综合聚碳酸酯和ABS的优良性能，提高ABS的耐热性、抗冲击和拉伸强度，降低聚碳酸酯成本和熔体粘度，改善加工性能，减少制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性。改性聚碳酸酯塑料拥有良好的加工性和尺寸稳定性、强度高、高耐热、高流动、光泽好等， 同时拥有良好的喷涂性，并可超声波焊接，可用作空调、吸尘器、彩电、照明材料、电脑、科研设备、汽车配件等。

4 聚碳酸酯的工业新应用

尽管聚碳酸酯具有许多优异性能，但分子链的高刚性和大的空间阻位使其具有较高的熔体粘度，加工困难，易开裂，耐溶剂性和耐磨损性较差，因此聚碳酸酯改性研究成为聚碳酸酯应用研究最重要的课题。

目前，聚合物合金化是聚碳酸酯改性重要途径，国外已有大量性能优良聚碳酸酯合金投入市场，国内开发研究起步较晚，因此借鉴国外聚碳酸酯合金研究开发经验，非常有助于我国聚碳酸酯应用研究。

用于宽波透光的光学器械。作为一种透明性能良好的工程塑料，聚碳酸酯作为光盘基材在全球大量使用，不仅可以制备CD、VCD、DVD光盘，还可用做高密度记录光盘的基材，尤其是聚碳酸酯与苯乙烯接枝生成的共聚物具有极佳的效果。聚碳酸酯片材特别适宜于制作眼镜镜片，在聚碳酸酯分子链中引入硅氧基团，可以提高其硬度及耐擦伤性。聚碳酸酯作为高折射率塑料，用于制作耐高温光学纤维的芯材。另外聚碳酸酯有良好透光性，在透明窗材高层建筑幕墙、机场和体育场馆透明建筑材料等方面应用非常普遍和具有潜力，今后重点是提高表面硬度和抗静电性。

用于阻燃环保的通信电气。由于聚碳酸酯有良好电绝缘性能，广泛应用于通信电信设备领域，目前已经大量替代原有的酚醛塑料。今后的研究重点是无污染阻燃聚碳酸酯材料，溴系阻燃剂由于具有毒性在逐渐减少使用，而无卤环保磷系阻燃剂会明显降低聚碳酸酯的热变形温度和冲击强度，因此比较适宜的是有机硅系阻剂。另外，通信电气轻量小型化对聚碳酸酯材料提出了更高要求，聚碳酸酯／ABS合金特别适宜在通信电气及航空航天工业中应用。

用于表面金属化的汽车部件。聚碳酸酯表面金属化后具有良好的金属光泽及高强度，广泛应用于各种汽车零部件中，但是电镀过程中会降低它的冲击韧性，因此采用弹性体与聚碳酸酯共混改性，所合弹性体分散了致开裂应力，虽经电镀也不会降低其冲击韧性，因此电镀级聚碳酸酯树脂非常具有开发前景。另外表面金属化的聚碳酸酯还可以作为电磁波的屏蔽材料，应用于计算机中。

用于低残留有害物的食品容器。工业合成聚碳酸酯是双酚A型，由于合成时有微量未反应的单体双酚A残留在树脂中，作为饮用水桶和食品容器时易被溶出而影响人们身体健康，因此有必要开发卫生级的聚碳酸酯树脂，国内应用前景非常看好。

用于防开裂脆化的医疗器械。聚碳酸酯具有诸多优异性能，目前已应用于医疗器械中，由于其耐化学品性较差，在化学药品存在下易引起内应力开裂，如聚碳酸酯在人工透析器、人工肺等医疗器械中应用要解决高温消毒导致裂纹的老化现象，若克服这些缺点，聚碳酸酯在医疗器械中应用可迅速扩大。

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