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揭秘塑料女王PMMA的高端应用与市场前景

行业资讯
PMMA是什么?
聚丙烯酸甲酯(PMMA)俗称有机玻璃、亚克力等,是由MMA 单体与少量的丙烯酸酯类共聚而成的非结晶性塑料,具有良好的透明性、光学特性、耐候性、耐药品性、耐冲击性和美观性等特性,是被誉为“塑料女王”的高级材料,产品包括模塑料、挤压板及浇铸板。



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揭秘塑料女王PMMA的高端应用与市场前景(图2)

1927年

德国罗姆哈斯公司首次聚合出了PMMA

揭秘塑料女王PMMA的高端应用与市场前景(图3)

1931年

德国罗姆哈斯公司建厂生产PMMA

揭秘塑料女王PMMA的高端应用与市场前景(图3)

20世纪60年代

德国莱莎英公司和日本三菱丽阳株式会社(MRC)相继成功开发了悬浮聚合和连续本体聚合PMMA生产技术,并于70年代实现了工业化生产。

揭秘塑料女王PMMA的高端应用与市场前景(图3)

20世纪70年代末

德国莱莎英公司和美国KSH公司共同投资,与美国聚合物技术公司(PTI)共同开发溶液聚合PMMA生产技术,80年代初在美国建立了工业化生产装置。

揭秘塑料女王PMMA的高端应用与市场前景(图3)

20世纪80年代末

全球MMA产量迅速增加,促进了PMMA生产的规模化和连续化。由于本体聚合技术封锁,到20世纪90年代后期,溶液聚合生产技术已经成为国际市场的主流技术。

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▲PMMA产业链结构



主要特性


聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是最优秀的有机合成透明材料,具有良好的综合力学性能,拉伸、弯曲、压缩等强度均高于聚烯烃,也高于聚苯乙烯、聚氯乙烯等;冲击韧性较差,但也稍优于聚苯乙烯。浇注的本体聚合PMMA(例如航空用有机玻璃板材)拉伸、弯曲、压缩等力学性能更高,可以达到聚胺、聚碳酸酯等工程塑料的水平。

此外,PMMA还具有良好的介电和电绝缘性能、优异的抗电弧性、良好的耐老化性能,但耐热性和耐寒性并不高。



工艺方法


目前PMMA生产技术主要有悬浮聚合、溶液聚合及本体聚合3种工艺。

悬浮聚合:聚合体系黏度低,传质、传热易于控制;工艺流程短,聚合物溶液只需经过简单的分离、洗涤、干燥等后处理过程,即得树脂产品,可直接用于成型加工;技术成熟,设备投资费用低;但生产能力较低,产品纯净度差(残单和灰分含量高),不能进行大规模连续化生产,污水处理量大。下图为悬浮聚合工艺流程图

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溶液聚合:聚合体系黏度低,传质、传热易于控制,可进行大规模连续化生产,无污水处理问题。但由于聚合体系中含有大量溶剂,单体浓度低,聚合速率较慢,设备利用率和生产能力较低;聚合物溶液需要进行多级闪蒸脱挥、造粒等后处理过程,才能得到树脂产品;同时脱除的大量溶剂和未反应单体需要进行精馏提纯,回收套用,后处理能耗高,增加生产成本;助剂用量小,产品杂质较少,热稳定性较好。

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本体聚合:聚合体系中不含溶剂,物料黏度大,传质、传热控制相对难,对工艺和设备的要求十分苛刻,操作难度比较大;但产品纯净,透明度高,无污水处理问题,只需回收少量未反应的单体,后处理能耗低。

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工业上生产PMMA,一般小规模间歇生产以悬浮聚合工艺为主,大规模连续生产均采用溶液聚合和本体聚合工艺。



加工工艺


PMMA可以采用浇铸、注塑、挤出、热成型等工艺加工,并具有良好的后加工性能。

干燥处理:有一定吸湿性,干燥温度80-90℃,时间为3小时以上。 

熔胶温度210℃~270℃(可用对空注射法量度,具体视供应商提供的资料而定

注射速度可用快速注射,但要避免产生高度内应力,宜用多级注射,如慢-快-慢等,注塑厚件时,则采用慢速。 

模具及浇口设计模肯温度可为60℃-80℃,主流道的直径应配合内锥度,最佳的角度是5至7,若要注塑4mm或以上制品,角度应为7,主流道直径达8至10mm,浇口的整体长度不要超过50mm。 



PMMA的优缺点


PMMA是继陶瓷之后能够制造卫生洁具的最好的新型材料。与传统的陶瓷材料相比,PMMA除了无与伦比的高光亮度外,还有下列优点:韧性好,不易破损;修复性强,只要用软泡沫蘸点牙膏就可以将洁具擦拭一新;质地柔和,冬季没有冰凉刺骨之感;色彩鲜艳,可满足不同品位的个性追求。用PMMA制作台盆、浴缸、坐便器,不仅款式精美,经久耐用,而且具有环保作用,其辐射线与人体自身骨骼的辐射程度相差无几。PMMA洁具最早出现于美国,已占据整个国际市场的70%以上。

优点


由于PMMA生产难度大、成本高,故市场上有不少质低价廉的代用品。这些代用品也被称为“PMMA”,其实是普通有机板或复合板(又称夹心板)。普通有机板用普通有机玻璃裂解料加色素浇铸而成,表面硬度低,易褪色,用细砂打磨后抛光效果差。复合板只有表面很薄一层PMMA,中间是ABS塑料,使用中受热胀冷缩影响容易脱层。真假PMMA,可从板材断面的细微色差和抛光效果中去识别。

缺点




应用市场



凭借优良的光学性能,PMMA下游应用广泛,其中低端 PMMA 主要应用领域为广告灯箱、标牌、灯具、浴缸、仪表、生活用品、家具等,高端 PMMA 主要应用于液晶显示屏、放射线PMMA、光学纤维、太阳能光伏电池、汽车灯罩、防弹玻璃、飞机座舱玻璃、医用高分子材料、军用光学设备、高铁车窗、警用盾牌、高端潜水镜等领域,被我国《石化和化学工业“十二五”发展规划》列入“十二五”高端石化化工产品发展重点名录。尤其近年来液晶显示领域的快速发展,带动了光学级 PMMA 材料的需求快速增长。

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从产品性能和用途看,PMMA分为通用级、耐热级、光学级和抗冲级产品。随着液晶显示市场的快速增长,带动高端光学的 PMMA 使用量大幅度增长,应用领域包括液晶显示器、LED 平板灯、光纤等,而改性与复合材料技术的持续发展,也使得 PMMA 在手机背板、汽车轻量化等领域的应用得到不断开发,预计未来我国 PMMA 需求仍将维持较高幅度的增长。

01
显示领域用导光板



液晶显示器导光板是PMMA 下游应用增长最快的领域之一。液晶面板中的背光模组主要由光源、导光板及光学膜三部分构成,其中导光板主要用于 LCD 背光模块中将光源发出的光线均匀导向于这个显示面上,主要材料即为 PMMA。


全球平板显示产业集中在韩国、中国台湾地区、日本和中国大陆,受大屏手机、电视尺寸、车载显示及公共显示的拉动,全球新型显示产业呈持续增长态势。


近年来,在下游市场高速增长的需求拉动和国家相关产业政策的支持下,国内显示面板及材料迎来了快速的发展,以京东方、华星光电、天马、龙腾光电、中电熊猫等为代表的一批面板生产企业的崛起,带动了大陆平板显示产业链的高速发展,面板产业不断向国内转移的趋势明显,根据群智咨询统计,预计到 2019 年国内面板厂在全球液晶电视面板市场中市占率将超过 40%,到 2022 年有望超过50%,将带动导光板的需求继续增长。


02
LED照明



在照明领域,LED 照明作为一种新型的绿色光源产品,与传统光源相比,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点,并广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。目前,LED 已经成为性价比较高的生态光源,全面进入照明替代市场,在全球淘汰白炽灯和限制荧光灯(含汞)使用的大趋势下,全球半导体照明市场快速增长,成为人类照明史上的一次飞跃,被公认为 21 世纪最具发展前景的电光源。


在全球加速淘汰白炽灯的趋势下,近年来我国 LED 产业快速增长,受益于 LED 渗透率的快速提高,近年来通用照明占比下游应用市场比例不断提高,2014-2018 年,我国 LED通用照明产值规模持续提升,2018 年达到 2679 亿元,同比增长 5.0%。


我国通用 LED 照明产业规模(亿元)

揭秘塑料女王PMMA的高端应用与市场前景(图12)


LED 平板灯是一种广泛应用于室内(住宅、办公楼、商业店铺)、室外(道路、景观)照明的 LED 照明产品,主要利用导光板将LED 点光源或线光源转换成面光源,从而让光线均匀地从平板灯正面射出,有效的扩大了光源覆盖面积。LED 平板灯中的高端品牌(主要用于室内)主要采用 PMMA 导光板为原材料,其透光率更高。与传统光源相比,LED光源具有节能、环保、使用寿命长、光源稳定等诸多优势。


03
PMMA光纤材料



PMMA 材料制成的塑料光纤是优异的短距离数据传输介质,被认为是光纤到户(FTTH)“最后一公里”的最佳解决方案,且符合国家“光进铜退、低碳、节能、环保”的产业发展方向。全球范围内,生产塑料光纤的主要企业有日本的三菱、旭化成、东丽等公司,以及美国的波士顿公司等。


我国科学家经过多年努力,已掌握从原材料提纯、经本体聚合直接拉制塑料光纤的整套技术。中科院理化技术研究所已研制成功日产 10 万米 PMMA塑料光纤的全自动流水线,连续数月稳定生产出光衰减在 170-200db/km  PMMA 光纤,累计生产出数百万米低损耗塑料光纤。


同时,除光通信领域外,塑料光纤还被应用于景观照明,2012 年伦敦奥运会的开闭幕式上的景观工程就采用了深圳华鹰世纪光电技术有限公司供应的塑料光纤。目前,塑料光纤用于景观照明在国内还处于萌芽阶段,但发展前景值得期待。


04
5G时代到来,复合板材替代金属用于手机后盖



手机后盖是 PMMA 新兴的应用领域。5G 时代逐步到来,为了满足更轻薄、更便携的发展方向及 5G 通信对信号传输更高的要求,复合板材(PC+PMMA)已经和陶瓷、玻璃等成为替代传统金属后盖的手机背板新方案。


PC/PMMA 复合板就是将 PC  PMMA 通过共挤的方法制得的,由于 PMMA 具有较好的硬度和耐磨性,一般用于外部,而 PC 具有良好的韧性,所以作为内层。而 PC/PMMA 复合板兼具 PC  PMMA 的优点,既能满足刚性与装饰的要求,同时又可以满足无线充电无屏蔽的需要,并且较 3D 玻璃和陶瓷成本低。


复合板材与3D玻璃性能比较

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05
汽车轻量化材料



新能源汽车补贴新增落地,提高续航里程是车企目前面临的一大重要挑战,而汽车轻量化技术是有效提高续航里程的方法之一。汽车自重每减少 10%,其能源消耗可降低6%~8%,同时尾气排放量可降低 4%左右,因此汽车轻量化技术是实现汽车节能、环保、安全等发展目标的重要新技术。


汽车轻量化的关键是使用轻质、安全、高性能的材料,塑料及其复合材料、弹性体、碳纤维复合材料等在实现汽车减重的目标中都起到了重要的作用。其中 PMMA 凭借光学性能优良、重要轻、耐候性好等优点被广泛应用于车身多个位置,是 PMMA 应用逐步起步的重要领域。


 车灯:车灯起到照明和信号的作用,要求材料具有良好的透光性、耐冲击和耐老化性。PMMA 因具有质轻、易着色、美观等优点而广泛应用于新能源汽车车尾灯灯罩。


 车窗玻璃:车窗占汽车整体比重较大,因此使用低密度、质量轻的材料作为车窗是驱车减重的重要手段。汽车车窗对透光、抗冲击、耐候和碎片少等要求较高,PMMA在满足上述条件的同时,还具备抗紫外线辐射、抗老化风化的作用,因此已经被欧洲大部分汽车制造商用作汽车侧边及后边挡风玻璃材料,较传统玻璃,重量可以减轻 40%50%


 仪表盘:PMMA 韧性非常好,韧性最好,冲击强度很高,抗震动不开裂,过耐压测试不开裂,强度很好,光学透明度好,用作仪表盘不会开裂。


 保险杠:PMMA  ABS 复合材料可用作新能源汽车保险杠,集合了 PMMA 抗划伤、不易褪色、环保及 ABS 抗冲击、耐温性好、电气性佳、易喷镀等优点,同时较镁铝合金成本更低。