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PBT：增长主要来自于电子电气工程和汽车行业的创新

http://cn.newmaker.com 1/9/2015 9:57:00 AM Kunststoffe international

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展厅 1	工程塑料展厅聚乙烯(PE), 聚苯乙稀PS, 聚酰亚胺PI, 聚酰胺PA, PA66塑料(尼龙), ...

目前，全球PBT化合物市场的供应情况非常稳定，主要原因是世界各地对PBT基础树脂工厂的大量投资，尤其是中国。截至2014年年底，全球年产能将达150万吨。PBT前体的产量也非常充裕。从中期来看，PBT化合物的全球消耗量将每年增长6%至7%。

全球生产的PBT基础树脂中，90%被加工成化合物，剩余部分则被加工成长丝等。PBT化合物最具价值的性能包括高刚度、高强度和高韧性、耐化学性、耐热性、尺寸稳定性、低吸水性以及良好的电绝缘性。2013年PBT化合物最重要的消费领域是电气/电子行业，约占50%的份额。近三分之一的PBT化合物被用于汽车领域。

亚洲国家多年来一直是世界上最大的PBT化合物市场，约占2013年PBT总消费量的50%左右，其中中国占据最大的份额。NAFTA（北美自由贸易区）和EMEA地区（欧洲、中东、非洲）分别占总消费量的25%。

几乎所有地区都实现了增长

PBT是亚洲增长最快的工程塑料。据德国科隆的朗盛公司预测，亚洲地区的PBT化合物消费量将在未来几年每年增长约8%，其中中国将实现更快增长，主要原因是电气/电子行业、汽车和IT行业在这些地区取得了巨大的成功，当地的中产阶级人数也在不断扩大。欧洲和NAFTA地区也是如此，每年有望实现5%以上的增长。欧洲地区的增长主要来自于电气/电子和汽车行业，NAFTA地区则主要由复苏的美国汽车行业推动销售。良好的增长前景最令人欣喜的地方是：之前一直使用其他工程塑料的应用改为使用PBT化合物，其中的部分原因在于PBT材料的创新，如最新的抗水解或阻燃PBT化合物。当然，一些热塑性工程塑料高昂的原材料成本也是促使一些加工者改用PBT化合物的原因。

产能扩张

近几年，PBT基础聚合物的产能得到了极大的提高，尤其是在中国。全球产能在过去三年里已增长了约50万吨。出于这一原因，目前全球已不再新建PBT工厂。亚洲也未曾公布新建世界规模的工厂。目前仍在建设中的唯一一家工厂位于沙特阿拉伯朱拜勒工业城，建成之后的年产量可达6.3万吨。运营商Sipchem计划于2014年第四季度开始初步试运营。

此外，大量投资被投入PBT复合领域。可以理解，投资的重心依然是亚洲。例如，位于沙特阿拉伯首都利雅得的沙伯基础创新塑料公司于2013年在中国西部城市重庆设立了复合工厂。位于德国路德维希港的巴斯夫公司目前正在韩国礼山建设一个年产能为3.6万吨的PA和PBT复合工厂。工厂预计将于2015年年底之前完工。公开信息显示，新工厂将使该公司目前在韩国的工程塑料复合产能增长一倍以上。在亚洲之外的地区，PBT化合物的良好发展前景也吸引了大量投资。例如，朗盛于2014年4月在巴西费利斯港新开设一家年产能为2万吨PA和PBT复合工厂（图1）。早在2012年，特种化学品公司已在美国北卡罗莱纳州加斯托尼亚市启动了类似的工厂，其年生产能力为2万吨。

易流动型化合物的优化

近年来，易流动型PBT化合物（如朗盛生产的XtremeFlow和巴斯夫生产的Ultradur High Speed）的材料创新逐渐占据了市场上的主导地位，尤其是插头、开关、外壳和灯座等PBT标准应用。这些化合物具有等同于标准化合物的良好的机械性能，但其较高的流动性提供了优异的加工性能。它们为加工商提供了降低熔融温度和提高周期时间或减少注射压力的方案，使其能够使用较小的注塑机和多个型腔（产量更高）。或者，利用更快的注射速度来加长流长或使用浇口更少的简单模具。所有这些优势正在逐步被市场接受和认可，这也解释了为什么易流动型PBT化合物的销售增长速度比相应的标准材料化合物更快。易流动型PBT化合物的当前发展目标是优化其他各项性能，如耐水解性、阻燃性、可焊性和粘合性以及部件的表面质量和内联涂装性。

易流动型PBT标准等级可通过高达60%的玻璃纤维添加量来增强，从而生产出既具有高刚性和高强度又保持稳定性和经济性的化合物。这些材料在许多应用中被用于代替铝和锌压铸件等金属或片状模塑料（SMC），其原因之一是它们无需昂贵的后期加工。高度增强的PBT化合物在结构部件的轻量化结构中发挥着越来越重要的作用，如：门铰链或卡车镜臂和镜座。它们还正在被研究用作电动汽车的电镀电池盖和电力电子外壳。目前，这些化合物实现了比PBT标准化合物更高的增长。

适用于极端条件的耐水解性

近年来，PBT化合物在汽车电气/电子领域的销量显著增加，因为它们能够提供现代车辆必备的安全性和舒适性功能。汽车行业提高了对PBT化合物的耐老化要求，主要是因为更强的安全意识和引擎盖下更高的温度。因此，水解稳定的PBT化合物的销量不断上升。该材料的变体目前已经能够应用于注塑成型，其性能与标准PBT化合物在具有较宽加工窗口的稳定工艺中的加工结果相同（图2）。它们在耐水解性方面的成果体现在美国汽车工程师协会指定的SAE/USCAR-2 Rev. 5连接器系统长期性能测试结果上。在测试过程中，成品件需要在温度范围为-40至175℃（5级）并且相对湿度高达100%的极端条件下历经40个周期。热量和水分对老化行为有双重加重的效果。目前，稳定的PBT化合物（如：未经阻燃改性的Pocan BF4232 HR和Pocan B 3233 HR）的测试结果显示，即使在5级极端条件下，化合物的弯曲强度和冲击强度均只呈现一定程度的下降（图3）。但是，应当强调的是，大多数情况下，未经水解保护的PBT化合物在仅有自然气候条件影响的应用中具有优异的抗老化性能。

低雾化遮光板

PBT化合物是前照灯遮光板的理想材料。这些PBT材料能取代之前的共聚碳酸酯或聚醚砜等特种热塑性塑料，从而提供一个经济的替代方案。但是，这些应用对可视设计部件的光学质量和加工性能的要求都非常高。出于成本考虑，遮光板必须能够直接进行无底漆电镀。因此，注塑成型件的表面不能存在任何缺陷，即使再细微的缺陷在电镀之后都将变得非常明显。此外，即使在较高的温度下，该化合物也必须保持极强的抗雾性，从而确保长时间内前照灯内部不产生不良膜层，注塑模具的抛光表面不产生沉积物。具有最低雾化特性的定制PBT化合物使遮光板实现了可靠生产并呈现完美无瑕的表面，如朗盛公司的Pocan B 1204、杜邦公司的Crastin CE2055和巴斯夫的Ultradur High Gloss B4570。

阻燃与性能平衡

由于电气/电子、IT和消费品等行业的稳定增长，人们对阻燃PBT化合物的旺盛需求仍有增无减。添加含卤阻燃剂的产品仍是这一领域的主要产品。无卤阻燃改性化合物具有良好的市场形象，但尚未得到普遍应用。它们的发展极具挑战性。回顾以往，为了获得良好的阻燃性，机械性能或可加工性不得不被牺牲。如今，无卤阻燃改性PBT化合物的整体性能精确地保持了平衡，至少已与相应的含卤化合物相当，在某些方面甚至超越了它们。例如，它们具有密度优势和较高的抗UV和耐热性以及更优良的电气性能。加工商不仅能够获得“绿色环保产品”，而且能够从技术出众的材料解决方案中受益。这种类型的高科技化合物的一个很好的例子是玻璃纤维增强的Pocan BFN 4231。凭借600V的抗漏电起痕性能（相对漏电起痕指数：PLCO，依据标准：UL746A）、极高的阻燃性（即使在低壁厚条件下）以及优异的长期热稳定性（相对温度指数至少达150℃，RTI依据标准：UL746B）（图4），该产品可广泛用于电气/电子行业。

人们普遍认为，添加含卤阻燃剂包的PBT化合物不会被相应的无卤产品完全取代，即使从中期和长期来看也是如此。但是，凭借各自独特的优势，两种材料都有其存在的意义。例如，含卤产品的优势在于高阻燃性和耐机械应力。材料类型的选择最终由应用场景来决定。用于说明含卤阻燃PBT化合物的表现能力的一个很好的例子是Pocan BF 4235。这种30%玻璃纤维增强的PBT材料通过了UL 94标准认证并获得了最佳等级V-0（0.4-3毫米）。它被列在适用于暴露在UV和水的外部应用并且抗漏电起痕性能（斜面测试、IPT测试）优异的UL f1清单中。因此，它适用于光电连接器和插座等电气元件。

代替SMC成为卡车配件

PBT化合物相对较新的一个应用是卡车驾驶室的大型饰板和配套部件，如散热器格栅、保险杠、镜座或挡风板。这些化合物尤其适用于生产运行时间较长的部件。在这一应用过程中，PBT（作为热塑性塑料）优于SMC和铝压铸件等金属的特点是具有更大的设计自由度并且部件生产无需后期加工。由于表面质量良好，部件无需预先打磨或底涂处理即可直接涂覆。最近，相较于独立部件设计，一些卡车制造商表现出了对模块化结构的偏爱，这也强化了PBT应用的趋势（图5）。PBT材料针对这一应用领域的开发主要集中在易流动型化合物上，因为它提供了良好的尺寸精度和稳定性、低翘曲性和良好的低温冲击强度。PBT的高度增强、高刚性和高强度也已被用于结构部件中。

生物单体用作替代解决方案

一些生产商目前正在寻求一种从可再生资源中获取和使用PBT单体的方法。这项工作主要集中在1,4-丁二醇（BDO）上。美国公司Genomatica已研发出专利的直接发酵工艺，可用于将糖转化成基本化工原料BDO。目前，一些化工企业已获得了这项技术的许可证，以便开始生物基BDO的生产。朗盛最近正在世界级的工厂里（图6）进行试验，试图将20吨购自Genomatica的生物基BDO加工成生物基PBT。生物基BDO满足了人们对传统BDO的所有要求。不出所料，生物基PBT在性能和质量方面完全匹配石化基PBT，因此可以用作替代解决方案。

新的应用领域

LED是一个成长中的PBT市场。由于能耗低、寿命长，LED必将成为未来的光源主力。PBT为这一应用领域提供了众多优势，如：高热稳定性和优异的机械性能。潜在应用包括：LED外壳和散热片、连接器和LED反射器（标题图）。考虑到这一市场，朗盛专门针对LED和其他照明应用定制了PBT牌号。这些牌号在高温情况下具有高UV稳定性和低泛黄度的特点以及LED光高反射、良好的热传导性、高流动性和高阻燃性。例如，有些材料变型具有高达95%（450nm）的光反射率。

极具销售潜力的一个PBT应用是窗型材。巴斯夫近日宣布推出世界上首款由PVC和PBT共挤制成的窗型材。针对这一应用，最新研发的PBT Ultradur将被用作型材中钢的轻量型替代材料。最后，为了获得具有相当的耐用性和强度，他们还避免了热桥的产生并提高了能源效率。其他制造商也推出了类似材料（朗盛的Pocan T3150 XF）。

适用于轻量结构的连续纤维增强热塑性塑料的发展趋势也为PBT带来了令人关注的前景。例如，朗盛子公司Bond-Laminates已完成了其第一次成功的试验并生产出连续纤维增强的PBT半成品。这些产品具有强度和刚度高以及重量轻的特点。PBT在这一应用中的优势是它几乎不吸收水分，因此能够生产出尺寸精确稳定的复合部件。

作者：Dr. Matthias Bienmüller，Dr. TimoImmel，Dr. Ulrich Plutowski

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