Splošni plastični izdelki: osnovni materialni sistem, ki podpira sodobno življenje

Splošna plastika se nanaša na vrsto plastike z veliko proizvodnjo, široko uporabo, nizkimi cenami ter zmerno mehansko in toplotno odpornostjo, ki vključuje predvsem pet kategorij: polietilen (PE), polipropilen (PP), polivinilklorid (PVC), polistiren (PS) in akrilonitril butadien stiren kopolimer (ABS). Ta vrsta materiala predstavlja več kot 70 % svetovne proizvodnje plastike. Od vsakodnevnih nakupovalnih vrečk in namiznega pribora do industrijskih cevovodov in embalaže so splošni plastični izdelki postali nepogrešljivi osnovni materiali za proizvodnjo in življenje sodobne družbe zaradi svoje odlične predelave, raznolikosti in ekonomičnosti.

1. Osnovne značilnosti in klasifikacijski sistem splošnih plastik

Univerzalnost univerzalnih plastik izhaja iz njihove uravnotežene zmogljivosti in široke prilagodljivosti. Različne kategorije tvorijo komplementarne scenarije uporabe zaradi razlik v molekularni strukturi, ki skupaj tvorijo materialni sistem, ki pokriva več področij.

Skupne značilnosti: prednosti pri donosu in stroškovni učinkovitosti

Pet glavnih vrst splošne plastike ima značilnosti obilnih virov surovin (na osnovi nafte ali zemeljskega plina), zrelih proizvodnih procesov (industrializirana tehnologija polimerizacije že več kot pol stoletja) in raznolikih metod predelave (brizganje, pihanje, ekstruzija itd.). Njihova letna proizvodnja presega 10 milijonov ton: PE in PP skupaj predstavljata več kot 50 % svetovne proizvodnje plastike, PVC in PS približno 10 %, ABS pa približno 5 %. Kar zadeva ceno, se cena splošne plastike običajno giblje med 8000 in 20000 juani na tono, kar je le tretjina do petina cene inženirske plastike, zaradi česar je primerna za obsežno in nizkocenovno proizvodnjo izdelkov.

Kar zadeva zmogljivost, čeprav splošne plastike morda nimajo visoke trdnosti in odpornosti na visoke temperature, ki jo imajo inženirske plastike, lahko z modifikacijo izpolnijo večino običajnih zahtev: temperaturno območje odpornosti zajema od -70 ℃ do 120 ℃, natezna trdnost je 10–50 MPa, mejo zmogljivosti pa je mogoče razširiti s kaljenjem, ojačitvijo in drugimi sredstvi. Ta osnovna lastnost zmogljivosti + možnosti spreminjanja omogoča uporabo ne le za izdelavo preprostih embalažnih izdelkov, temveč tudi za strukturne komponente s kompozitno tehnologijo.

Individualne razlike med petimi glavnimi kategorijami

Različne univerzalne plastike imajo edinstvene lastnosti zaradi svojih različnih molekularnih struktur:

Polietilen (PE): Molekularna veriga je sestavljena iz ogljika in vodika, brez polarnih skupin. Ima odlično kemično odpornost, prožnost in odpornost na nizke temperature, z gostoto 0,91–0,97 g/cm³. Je najlažja univerzalna plastika. Glede na gostoto jo lahko razdelimo v tri kategorije: nizka gostota (LDPE, mehak), visoka gostota (HDPE, trdi) in linearna nizka gostota (LLDPE, z izjemno žilavostjo).

Polipropilen (PP): Molekularna veriga vsebuje metilne stranske skupine, z visoko kristaliničnostjo (50 % -70 %) in tališčem 160–170 ℃. Je edina univerzalna plastika, ki lahko prenese visoke temperature nad 100 ℃, z gostoto 0,90–0,91 g/cm³. Je lažji od PE, ima boljšo togost, vendar je pri nizkih temperaturah bolj krhek.

Polivinilklorid (PVC): z vsebnostjo klora 56 % ima odpornost proti gorenju (kisikov indeks 24–28) in kemično korozijsko odpornost, njegovo delovanje pa je mogoče nadzorovati z mehčali. Trdi PVC (brez mehčal) ima močno togost, medtem ko ima mehki PVC (ki vsebuje 30–50 % mehčal) dobro prožnost, vendar slabo toplotno stabilnost in zahteva dodajanje stabilizatorjev.

Polistiren (PS): Molekularna veriga vsebuje benzenske obroče, z visoko togostjo in dobro prosojnostjo (prepustnost GPPS 90 %), vendar je krhka. Z dodatkom gumijaste faze je mogoče izdelati polistiren z visoko odpornostjo na udarce (HIPS), ki poveča udarno trdnost za 3-5-krat, vendar zmanjša prosojnost.

ABS: ternarni kopolimer, ki združuje kemično odpornost akrilonitrila, žilavost butadiena in predelovalnost stirena. Ima udarno trdnost 10–40 kJ/m² in ga je enostavno galvanizirati na površini. Je najbolj uravnotežena vrsta splošne plastike glede na zmogljivost in pogosto velja za kvazi-inženirsko plastiko.

2. Glavni splošni plastični izdelki in scenariji uporabe

Splošni plastični izdelki so s pomočjo raznolikih tehnik predelave oblikovali celoten sistem kategorij, od folij in cevi do strukturnih komponent, ki prodirajo v skoraj vse panoge, kot so embalaža, gradbeni materiali, avtomobili in vsakodnevne potrebščine.

Področje embalaže: Največji trg uporabe

Embalaža je glavno področje uporabe splošne plastike, saj predstavlja več kot 40 %. Različne vrste plastike nadomeščajo tradicionalno papirnato in stekleno embalažo s svojimi pregradnimi lastnostmi, lahko težo in nizkimi stroški.

PE izdelki: LDPE folija (debeline 0,01–0,1 mm) se uporablja za vrečke za živila in prozorne folije, saj ima samolepilne in prosojne lastnosti; LLDPE raztegljiva folija (raztezek 500–800 %) se uporablja za embalažo palet in ima odlično odpornost proti trganju; HDPE steklenice (prostornine 500 ml–20 l) se uporabljajo za embalažo detergentov in kozmetike, saj so kemično odporne in toge.

PP izdelki: BOPP folija (dvoosno orientiran polipropilen, debeline 10–30 μm) se uporablja za pakiranje piškotov in cigaret, saj ima visok sijaj in dobre pregradne lastnosti; PP brizgane skodelice (kot so skodelice za jogurt, skodelice za mlečni čaj) lahko prenesejo visoke temperature nad 80 ℃ in so primerne za tople napitke; PP tkane vrečke (z nosilnostjo 5–50 kg) se uporabljajo za pakiranje gnojil in žit, njihova trdnost pa je 3–5-krat večja od trdnosti papirnatih vrečk.

Izdelki iz PS: Vakuumsko oblikovana škatla iz GPPS (debeline 0,2–1 mm) se uporablja za pakiranje sadja in elektronskih komponent, z dobro prosojnostjo; škatla iz EPS pene (gostota 10–30 kg/m³) se uporablja za transport v hladni verigi, z odlično toplotnoizolacijsko zmogljivostjo, njena cena pa je le 60 % cene poliuretanske pene.

PVC izdelki: PVC termoskrčljiva folija (stopnja krčenja 50 % -70 %) se uporablja za etikete za steklenice pijač, ki se po segrevanju tesno prilepijo; mehka PVC folija se uporablja za vakuumsko pakiranje mesa, saj ima izjemno prožnost in tesnjenje.

Arhitektura in gradbeni materiali: Integracija strukture in funkcije

Univerzalne plastike v gradbeni industriji nadomeščajo tradicionalne materiale (les, kovino, cement) s svojo vzdržljivostjo in enostavno montažo:

PVC izdelki: Trde PVC cevi (premera 16–630 mm) predstavljajo 80 % trga gradbenih odvodnih cevi, so odporne na kislinsko in alkalno korozijo ter imajo življenjsko dobo več kot 50 let; PVC profili (okvirji vrat in oken, okrasne linije) so bili modificirani s formulo, z vremensko odpornostjo več kot 10 let in boljšo izolacijsko zmogljivostjo kot aluminijeve zlitine.

PE izdelek: dvostenska valovita cev iz HDPE (premera 200–2000 mm), ki se uporablja za komunalno odvodnjavanje, s togostjo obroča 8 kN/m² ali več; PE-RT cevi (toplotno odporni polietilen) se uporabljajo za talno ogrevanje in lahko dolgo časa prenesejo vročo vodo s temperaturo 70 ℃. Imajo dobro prožnost ter jih je enostavno upogniti in položiti.

PP izdelki: PP-R cevi (naključni kopolimer polipropilena) se uporabljajo za cevi za toplo in hladno vodo, z enostavnim varjenjem in higienskimi lastnostmi, ki ustrezajo standardom za živila; PP votla plošča (debeline 2-10 mm) se uporablja za gradbene opaže, tehta le 1/5 jeklenih opažev in jo je mogoče ponovno uporabiti več kot 50-krat.

Avtomobilski in transportni sektor: Lahka glavna sila

Splošna plastika je osnovni material za lajšanje avtomobilov, s porabo 100–150 kg na vozilo, kar predstavlja 70 % celotne porabe plastike v vozilu.

Izdelki iz PP: predstavljajo 40 % splošne porabe plastike v avtomobilih, vključno z odbijači (ojačanimi z 20 %–30 % smukca v prahu), armaturnimi ploščami (mešanica PP/EPDP) in vratnimi ploščami, kar zmanjšuje težo za 30 %–50 % v primerjavi s kovino.

Izdelki iz PE: HDPE se uporablja za rezervoarje za olje (izboljšana odpornost na olje) in zračne kanale; LDPE se uporablja za plašč kabelskih snopov, saj ima dobro izolacijo in fleksibilnost.

Izdelki iz ABS: uporabljajo se za dele notranje opreme avtomobilov (kot so volan, sredinska konzola), površina je lahko barvana ali galvanizirana, tako z lepoto kot odpornostjo na udarce; HIPS se uporablja za obloge notranjih vrat, z nizkimi stroški in enostavnim oblikovanjem kompleksnih oblik.

PVC izdelki: uporabljajo se za avtomobilske tesnilne trakove (mehki PVC) in podloge za noge (penasti PVC), z odpornostjo na vremenske vplive in obrabo, ki ustrezajo zahtevam avtomobilskih okolij.

Na področju vsakodnevnih potrebščin in gospodinjskih aparatov: raznoliki izdelki, ki so blizu življenju

Univerzalne plastike so s svojimi bogatimi barvami in enostavno obdelavo postale glavne surovine za vsakodnevne potrebščine in gospodinjske aparate.

Izdelki iz PP: predstavljajo 30 % trga dnevnih potrebščin, vključno s škatlami za shranjevanje svežih izdelkov (odpornimi na mikrovalovno pečico), ročaji zobnih ščetk, obešalniki, odpornimi na visoke temperature in na katerih se bakterije ne razmnožujejo; komponente gospodinjskih aparatov, kot sta notranja cev pralnega stroja (ojačan PP) in zunanja lupina klimatske naprave (negorljiv PP).

Izdelki iz PE: LDPE cevi (kot so tube zobne paste in kozmetične cevi) se lahko ekstrudirajo za iztiskanje vsebine; HDPE sodi (5–50 l) se uporabljajo za shranjevanje vode in kemikalij ter so odporni na udarce in se ne zlomijo zlahka.

Izdelki iz PS: GPPS je prozoren pisarniški material (ravnila, mape), senčniki; HIPS se uporablja za igrače, kot so gradniki in punčke, z dobro vzdržljivostjo in enostavnim barvanjem, kar ustreza varnostnim standardom za otroške izdelke.

Izdelki iz ABS: Ohišja gospodinjskih aparatov (kot so televizorji in tiskalniki) predstavljajo 25 % porabe ABS-a, kar zagotavlja tako togost kot odpornost proti udarcem; Majhne komponente gospodinjskih aparatov, kot so držala rezil sokovnikov, so natančno oblikovane z brizganjem.

3. Proizvodni proces: celotna veriga obdelave od smole do izdelka

Diverzifikacija splošnih plastičnih izdelkov izhaja iz zrelega sistema predelave, od osnovne proizvodnje smole do oblikovanja izdelkov, ki tvori standardiziran in obsežen industrijski proces.

Polimerizacija smole: industrializiran zrel postopek

Polimerizacijski procesi petih splošnih plastik so bili visoko avtomatizirani, različne sorte pa uporabljajo različne tehnične poti:

PE: LDPE se proizvaja z visokotlačno cevasto metodo (100–300 MPa, 200–300 ℃) z visoko stopnjo razvejanosti molekularne verige; HDPE in LLDPE se proizvajata z nizkotlačno metodo (0,1–5 MPa) s polimerizacijo v suspenziji oziroma plinskofazno polimerizacijo z dobro pravilnostjo molekularne verige.

PP: Glavni postopek je polimerizacija v plinski fazi (kot je postopek Spheripol), ki uporablja propilen kot monomer in polimerizira pod delovanjem katalizatorja Ziegler-Natta. Z uravnavanjem porazdelitve molekulske mase se proizvajajo različni produkti z indeksom taljenja.

PVC: V več kot 80 % primerov se uporablja suspenzijska polimerizacija, monomer vinilklorida pa se v vodi dispergira v kapljice, kar sproži polimerizacijo in tvori prah smole z velikostjo delcev 0,1–2 mm. Nato se z dodajanjem dodatkov prilagodijo mehke in trde lastnosti.

PS: GPPS uporablja polimerizacijo v razsutem stanju, medtem ko HIPS uvaja gumijasto fazo (polibutadien) s cepljeno kopolimerizacijo, s čimer tvori strukturo morskega otoka " za povečanje odpornosti na udarce.

ABS: Glavni postopek je metoda mešanja z losionom v razsutem stanju. Najprej se pripravi losion iz butadienskega kavčuka, nato se cepi s stirenom in akrilonitrilom ter na koncu spoji s SAN smolo (kopolimer stirena in akrilonitrila).

Obdelava izdelkov: Raznolike tehnologije oblikovanja

Oblikovanje splošnih plastičnih izdelkov temelji na štirih osnovnih postopkih, ki jih je mogoče izbrati glede na obliko izdelka:

Ekstruzijsko brizganje: primerno za cevi (PVC cevi, PE cevi), plošče (PS plošče, PP plošče) in folije (PE folije, BOPP folije). Staljena plastika se ekstrudira skozi kalupe z uporabo polžev za neprekinjeno proizvodnjo linearnih izdelkov s hitrostjo 10–100 m/min.

Brizganje: uporablja se za 3D izdelke (kot so PP skodelice, ABS lupine), vbrizgavanje staljene plastike v zaprt kalup, hlajenje in oblikovanje pred razkalupljenjem, s kratkim ciklom (10-60 sekund/kalup), primerno za masovno proizvodnjo in dimenzijsko natančnostjo do ± 0,1 mm.

Pihanje: razdeljeno na votlo pihanje (kot so steklenice iz HDPE) in folijsko pihanje (kot so vrečke iz LDPE). Staljena plastika se s pomočjo zračnega tlaka razširi in oblikuje, kar je primerno za izdelavo votlih izdelkov. Hitrost proizvodnje steklenic lahko doseže 1000–6000 kosov na uro.

Penjenje: Uporablja se za PS in PE peno. Z dodatkom penilnega sredstva (kot je pentan) se znotraj plastike oblikuje zaprtocelična struktura, kar zmanjša gostoto (na 0,01–0,1 g/cm³) in izboljša toplotnoizolacijske in blažilne lastnosti.

Med obdelavo je treba parametre prilagoditi glede na značilnosti plastike: temperatura obdelave PE in PP mora biti 150–250 ℃, PVC mora biti nadzorovana na 160–200 ℃ (da se prepreči razgradnja), temperatura obdelave PS in ABS pa mora biti 200–250 ℃. Z dodajanjem barvne masterbatch, antioksidantov, maziv in drugih dodatkov lahko izdelek doseže funkcije, kot so barvanje, odpornost proti staranju in enostavno odstranjevanje iz kalupa.

4. Okoljski izzivi in poti trajnostnega razvoja

Splošni plastični izdelki so že dolgo predmet polemik glede onesnaževanja z belim ozadjem zaradi njihove velike uporabe in težav pri razgradnji. V zadnjih letih se je z recikliranjem, inovacijami materialov in političnimi smernicami postopoma vzpostavil sistem trajnostnega razvoja.

Okoljska vprašanja: onesnaževanje in pritisk upravljanja

Okoljski izzivi univerzalne plastike se odražajo predvsem v treh vidikih:

Onesnaževanje izdelkov za enkratno uporabo: izdelki za enkratno uporabo, kot so PE plastične vrečke in škatle za kosilo iz pene PS, imajo kratko življenjsko dobo (le nekaj ur), vendar naravna razgradnja traja več sto let. Naključno odlaganje onesnažuje tla in morje. Vsako leto v morje pristane približno 8 milijonov ton plastike.

Sistem recikliranja ni popoln: splošno recikliranje plastike se v glavnem opira na fizično recikliranje, vendar zaradi težav pri razvrščanju (kot je podobnost videza med PE in PP), visokih nečistoč in velikih nihanj v kakovosti recikliranih materialov znaša svetovna stopnja recikliranja le 15–20 %, kar je precej manj kot pri kovinah in steklu.

Specifična tveganja glede materialov: PVC vsebuje klor in če temperatura med sežiganjem ni zadostna, se sproščajo dioksini; Tradicionalna PS pena ima veliko prostornino in visoke stroške prevoza in predelave; Nekateri mehčalci, kot so ftalati v PVC-ju, predstavljajo tveganje za endokrine motnje.

Recikliranje: Tehnološka nadgradnja od fizike do kemije

Splošna tehnologija recikliranja plastike se še naprej razvija in tvori večstopenjski sistem recikliranja:

Fizično recikliranje: Najbolj zrela metoda recikliranja, odpadni proizvodi se sortirajo, čistijo, drobijo, topijo in granulirajo, reciklirani PE pa se lahko uporablja za izdelavo vreč za smeti in cevovodov; reciklirani PP se uporablja za notranjost avtomobilov in plastične stolčke; regenerirani PS se uporablja za fotookvirje in okrasne letve. Z inteligentnimi tehnologijami sortiranja, kot sta izbira barv in magnetno ločevanje, se je učinkovitost sortiranja izboljšala na več kot 90 %.

Kemično recikliranje: Pri močno onesnaženih ali mešanih odpadkih se plastika s pirolizo (300–800 ℃) razgradi v monomere ali goriva, kot sta PE in PP, ki se lahko razgradita v bencinske in dizelske komponente; PS se lahko depolimerizira v stirenski monomer s čistostjo nad 99 % in ponovno uporabi za polimerizacijo za doseganje zaprte zanke kroženja.

Pridobivanje energije: Odpadki, ki jih ni mogoče predelati, se sežigajo za proizvodnjo električne energije, katere kalorična vrednost je približno 40 MJ na kilogram plastike (kar ustreza 1,5-kratniku kalorične vrednosti premoga), vendar so za nadzor emisij dioksinov potrebne podporne naprave za čiščenje izpušnih plinov.

Materialne inovacije: alternativna in zelena smer

Zelene inovacije na področju splošnih plastik se osredotočajo na tri smeri:

Razgradljive alternative: uvedba razgradljivih komponent z mešanjem ali kopolimerizacijo, kot sta PE in PBAT (polibutilen adipat tereftalat), ki se mešata za izdelavo kompostabilnih plastičnih vrečk, ki se v naravnem okolju razgradijo 6–12 mesecev; PS se za oblazinjenje embalaže nadomesti s peno na osnovi škroba.

Univerzalna plastika na biološki osnovi: Uporaba biomasnih surovin za proizvodnjo plastike, kot sta biološki PE (z uporabo etanola iz sladkornega trsa kot surovine) in biološki PP (z uporabo rastlinskega olja kot surovine), je zmogljivost skladna s tradicionalnimi izdelki, ogljični odtis pa se zmanjša za več kot 50 %. Coca-Cola, Nestlé in druga podjetja so jih že uporabila v velikem obsegu.

Zmanjšanje visoke zmogljivosti: Zmanjšanje porabe materiala s strukturno optimizacijo, kot je zmanjšanje teže PET steklenic (s 30 g na 9 g); PP izboljša trdnost z nanokompoziti, kar zmanjša debelino sten izdelka za 20 % ob ohranjanju enake zmogljivosti.

5. Prihodnji trendi: Tehnološka iteracija in industrijska nadgradnja

Splošni plastični izdelki se razvijajo v smeri visoke zmogljivosti, nizke porabe in možnosti recikliranja, tehnološke inovacije in politike pa bodo preoblikovale industrijsko krajino.

Nadgradnja zmogljivosti: od univerzalnega do namenskega

Z natančno modifikacijo univerzalne plastike postopoma prodirajo v srednji do višji cenovni razred:

Funkcionalizacija: Razvoj antibakterijske PE folije (z dodanimi srebrovimi ioni) za konzerviranje hrane, ki podaljša rok uporabnosti za 3-5 dni; Za elektronsko embalažo se uporablja negorljiva PP, ki dosega raven UL94 V0; Vremensko odporna PS podaljša svojo življenjsko dobo na prostem z 1 leta na 5 let z dodajanjem UV absorberjev.

Legiranje: mešanica ABS/PC (zlitina ABS/PC) izboljša odpornost na toploto in se uporablja za ohišja akumulatorjev za nova energetska vozila; mešanica PP/PA (zlitina PP/PA) izboljša odpornost na olje in se uporablja za komponente motorja.

Krožno gospodarstvo: upravljanje celotnega življenjskega cikla

V okviru spodbujanja politik se splošna veriga plastične industrije preoblikuje v model zaprte zanke:

Razširjena odgovornost proizvajalca (EPR): Podjetja morajo prevzeti odgovornost za recikliranje izdelkov, kot je na primer zahteva EU po 90-odstotni stopnji recikliranja plastičnih steklenic do leta 2030, kitajska politika dvojnega ogljičnega izpusta, ki spodbuja uporabo recikliranih materialov, in uporaba reciklirane plastike s strani avtomobilskih podjetij, ki mora doseči 30 % ali več.

Obseg kemičnega recikliranja: Po vsem svetu so bili zgrajeni obrati za kemično recikliranje z zmogljivostjo milijonov ton, kot je na primer Shellov postopek kemičnega recikliranja PE/PP, ki lahko mešane odpadke pretvori v surovine primarne kakovosti po stroških, ki se postopoma približujejo tradicionalnim postopkom.

Inteligentna proizvodnja: učinkovitost in izboljšanje kakovosti

Inteligentna proizvodna tehnologija omogoča univerzalno proizvodnjo plastike:

Optimizacija z umetno inteligenco: Z optimizacijo parametrov brizganja s strojnim učenjem se stopnja odpadkov zmanjša za 50 %; Spremljanje debeline predoblike v realnem času med postopkom pihanja, samodejno prilagajanje zračnega tlaka in izboljšanje enakomernosti debeline stene do ± 5 %.

Digitalni dvojček: Izdelajte virtualne proizvodne modele za simulacijo delovanja izdelkov pri različnih surovinah in postopkih ter skrajšajte razvojni cikel novih izdelkov (s 3 mesecev na 1 mesec).

Kot temelj sodobne industrije razvoj univerzalnih plastičnih izdelkov odraža usklajen napredek znanosti o materialih in družbenega povpraševanja. Od preproste embalaže do kompleksnih avtomobilskih komponent, od izdelkov za enkratno uporabo do materialov za recikliranje, General Plastics s tehnološkimi inovacijami prebija okoljska ozka grla in še naprej igra nenadomestljivo vlogo pri trajnostnem razvoju. V prihodnosti bodo z zrelostjo bioloških materialov, kemičnim recikliranjem in inteligentno proizvodnjo univerzalne plastike dosegle dvojno nadgradnjo – visoko zmogljivost in zeleno energijo – ter podpirale okolju prijaznejši in učinkovitejši sodoben življenjski slog.