Товароведение

Введение

Пластическими массами на основе синтетических и природных полимеров называются все материалы, изготовляемые или перерабатываемые в изделия методами пластической деформации (экструзия, литье под давлением, прессование и т.д.). Синтетические полимеры обладают пластическими свойствами в условиях переработки, но сами по себе в обычных условиях, в виде готовых материалов или изделий представляют твердые тела, не проявляющие при обычных (рабочих) напряжениях и температурах пластические свойства.  

   Для повышения стойкости полимеров к действию кислорода воздуха, света, теплоты и других агентов в них вводят стабилизаторы — химические вещества, способствующие длительному сохранению свойств пластмасс в процессе их переработки и эксплуатации.  

 Кроме полимера (связующего) в состав пластмасс могут входить наполнители, пластификаторы, отвердители, порообразователи и другие добавки. Наполнители (органические и неорганические) вводят для улучшения механических свойств пластмасс, уменьшения усадки во время отверждения, повышения их стойкости к действию различных сред, а также для снижения стоимости пластмасс. Пластификаторы добавляют в пластмассы для увеличения их эластичности и улучшения морозостойкости. Пластификаторы должны совмещаться с полимером, быть химически стабильными и иметь малую летучесть. Путем подбора соответствующих полимеров, наполнителей  и  пластификаторов получают пластмассы с самыми разнообразными свойствами.  

   Первой пластической массой, выпущенной промышленностью в 1843 г. на основе вулканизированного натурального каучука, был эбонит, нашедший применение в качестве электроизоляционного материала. В 1897 г. на основе модифицированной целлюлозы получена пластическая масса — целлулоид, который стали применять для изготовления галантерейных изделий, игрушек и некоторых деталей технического назначения. 

    Благодаря работам Л. Бекеленда и Г. С. Петрова в 1909—1913 гг. были получены первые синтетические полимеры — фенолоальдегидные смолы, на основе которых было организовано производство фенопластов. 

  В XIX и начале XX вв. пластические массы на основе природных полимеров применялись в основном в легкой промышленности как заменители природных материалов и частично металлов. 

   С 20-х годов XX в. пластмассы на основе синтетических полимеров приобрели самостоятельное значение в качестве новых материалов благодаря более высоким физико-механическим свойствам, чем у пластмасс на основе природных полимеров.  

  В 20-х годах текущего века было освоено производство полиэфирных (алкидных) и карбамидных смол. На основе карбамидных смол затем были изготовлены аминопласты. 

  В 30-х годах начато промышленное производство синтетических полимеров, получаемых реакцией полимеризации (поливинилхлорид, полистирол, полиакрилаты и др.). Производство полимеризационных полимеров было теоретически подготовлено работами русских ученых-химиков А. М. Бутлерова, С. В. Лебедева, Н. Н. Семенова, С. С. Медведева, В. А. Картина и зарубежных ученых В. Карозерса, Г. Штаудингера и др.  

  На основе поливинилхлорида были изготовлены пластические материалы, которые широко применялись для электрической изоляции проводов и кабелей, а также при изготовлении плащей, летней обуви, сумок и других галантерейных изделий. 

   В 40-х годах начато производство полиэтилена, полиамидов, кремний-органических и ряда других синтетических полимеров. Большой вклад в теоретические исследования и разработку технологических процессов производства синтетических полимеров внесли советские ученые И. П. Лосев, К. А. Андрианов, В. В. Коршак, С. Н. Ушаков, А. А. Ваншейдт, а также зарубежные ученые К. Циглер и Дж. Натт. 

  В 50-х и 60-х годах наряду с синтезом новых полимеров (полиформальдегид, полипропилен, полиэтилентерефталат и др.) осуществлялась широкая модификация свойств существующих полимеров за счет совмещения различных полимеров и сополимеризации.  

  Исключительно важное значение для развития производства полимеров и всей химической промышленности СССР имели решения майского (1958 г.) и декабрьского (1963 г.) Пленумов ЦК КПСС. В результате претворения в жизнь этих решений в СССР была создана промышленность пластических масс, объем производства которых за 20 лет (1960—1980 гг.) увеличился с 310 до 3636 тыс. т в год, т.е. в 11,7 раза. 

    В настоящее время промышленность пластических масс стала одной из ведущих отраслей народного хозяйства. 

   Пластмассы обладают комплексом ценных свойств, благодаря которым их применение обеспечивает научно-технический прогресс во всех отраслях народного хозяйства. Обладая плотностью в среднем 1100 кг/м³ (за исключением фторопластов — 2100 кг/м³), пластмассы, таким образом, легче стали в 7 раз, алюминия в 2—2,5 раза, а отдельные виды пластмасс (например, стеклопластики) по прочности не уступают легированной стали. Пористые пластмассы (паро- и пенопласты) имеют плотность 10— 200 кг/м³, т.е. они легче обычных пластмасс в несколько десятков раз и обладают хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами.  

   Пластмассам присущи высокие антифрикционные свойства, т.е. малый коэффициент трения, что позволяет применять их для изготовления под-шипников. Ряд синтетических полимеров обладает устойчивостью одновременно к высоким и низким температурам. 

  Некоторые синтетические полимеры имеют исключительные свойства (например, политетрафторэтилен по химической стойкости превосходит золото и платину, а полиэтилен и полистирол по диэлектрическим характеристикам не имеют себе равных среди природных материалов). 

  Повышенная механическая прочность пластмасс позволяет применять их в машиностроении для изготовления мало-и крупногабаритных деталей машин и механизмов. В строительстве пластмассы используются в качестве конструкционных, тепло- и звукоизоляционных материалов.  

  Благодаря высоким диэлектрическим характеристикам такие синтетические полимеры, как полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полиэтилентерефталат, нашли широкое применение в электротехнической промышленности для изготовления электроизоляции проводов и кабелей, конденсаторов, электрических машин и аппаратов и т.п. 

   Широкое применение получили синтетические полимеры в сельском хозяйстве в виде полиэтиленовой пленки для теплиц и устройства силосных хранилищ, пластмассовых труб для мелиорации земель, тары для упаковки минеральных удобрений. 

  Довольно широко используются пластмассы и в быту. В настоящее время практически все бытовые приборы содержат детали из пластмасс (ручка электрического утюга, корпус кофемолки и электробритвы, внутренняя отделка домашнего холодильника и т.п.). 

  Успешному внедрению пластмасс на основе полимеров в различные отрасли народного хозяйства способствовала также легкость переработки их в изделия. Применение способов экструзии (непрерывное выдавливание расплавленной пластмассы), литья под давлением, прессования, выдувания позволило осуществить серийный выпуск изделий из пластмасс. Это значительно повысило производительность труда, уменьшило себестоимость продукции и существенно сократило затраты рабочего времени.

1. Состояние и прогноз производства и потребления изделий из пластмасс в России. Формы изготовления.

 
         В последние годы в России наблюдается устойчивый рост ВВП, платежеспособности населения, инвестиций и других макроэкономических показателей. Наиболее высокие темпы роста прослеживаются в строительстве, сфере товаров народного потребления и услуг. Все эти виды деятельности являются крупнейшими потребителями изделий из пластмасс.  
Продукцию переработки пластмасс можно разделить на следующие виды: изделия производственного назначения, изделия культурно-бытового и хозяйственного назначения, профильно - погонажные изделия, пленки, листы, трубы, тара и упаковка.  
         Основными материалами, служащими сырьем для производства указанных видов изделий являются полиолефины, поливинилхлорид с сополимерами винилхлорида, полистирол с сополимерами стирола и полиэтилентерефталат.  
Емкость российского рынка пластмассовых изделий с 2000 по 2006 гг. выросла в 2,2 раза и составила 3,6 млн. т, в 2007 г., по оценке, достигла 4,1 млн. т. В структуре внутреннего спроса на продукцию из пластмасс в рассматриваемом периоде тара и упаковка составляет 30 - 40%, изделия производственного назначения - 15 - 18%, пленки - 16-17%, профильно-погонажные изделия - 5 - 18%, изделия культурно-бытового и хозяйственного назначения - 10 - 14%, трубы - 4 - 9%, листы - 2 - 3%. 
Российский рынок пластмассовых изделий в настоящее время на 80,0% представлен продукцией отечественных производителей, 20,0% составляет импорт. В товарной структуре импорта химической продукции изделия из пластмасс занимают лидирующие позиции, их доля составляет от 21 до 26% от общего объема импорта. Значительная доля импорта полимерной продукции на российском рынке объясняется неконкурентоспособностью отечественных товаров как по качественным, так и по ценовым параметрам, особенно это относится к листам, полимерным изделиям производственного назначения, профильно - погонажным изделиям.  
          В перспективе до 2015 г. прогнозируется изменение структуры потребления изделий из пластмасс. Удельный вес тары и упаковки, товаров культурно-бытового и хозяйственного назначения сократится, доля труб и листов возрастет, удельные веса прочих сегментов переработки пластмасс практически не изменятся. Все сегменты рынка, связанные с переработкой полимерных материалов, в России на протяжении ряда лет динамично развиваются. В первую очередь это связано со стабильно растущим спросом и быстрой окупаемостью вложений. Инвестиционная привлекательность секторов переработки пластмасс, особенно для предприятий малого и среднего бизнеса, обусловлена, как уже было сказано, развитием экономики страны, видов экономической деятельности, потребляющих продукцию из полимеров, таких как строительство, сельское хозяйство, производство транспортных средств и оборудования, производство пищевых продуктов, а также улучшением условий ведения бизнеса.  
          Самым крупным направлением переработки пластмасс является производство тары и упаковки. Удельный вес этого сегмента в объеме потребления пластмасс сопоставим с показателями в Европе (38%) и США (29%). Наибольшим спросом на внутреннем рынке пользуется тара и упаковка из полиэтилена и полиэтилентереф-талата. Следом идут упаковочные материалы на основе полипропилена, полистирола и ноливинилхлорида. Обеспечение спроса внутреннего рынка на тару и упаковку осуществляется, в основном, за счет отечественных производителей. Экспортная составляющая в суммарном спросе на продукт невелика. У рынка полимерной тары и упаковки есть дальнейшие перспективы развития, обусловленные как наращиванием объемов производства, так и улучшением качества продукции. Среднегодовые темпы роста внутреннего спроса на тароупаковочные материалы в перспективе до 2015 г. прогнозируются на уровне 4,5%. 
         Рынок промышленных изделий из пластмасс является быстроразвивающимся, среднегодовые темпы роста потребления изделий производственного назначения составляют 12%. Основной объем потребляемых в России изделий производственного назначения приходится на изделия из полипропилена, полистирола и полиэтилена, что обусловлено качественными характеристиками и свойствами этих полимеров. Доля импорта во внутреннем рынке превышает 20%. В связи с продолжающимся вытеснением традиционных материалов полимерными и в связи с тенденцией значительного увеличения спроса на пластмассовые изделия со стороны различных производств потребление изделий производственного назначения будет расти. При этом значительную роль на российском рынке этих изделий будет играть отечественное производство.  
        Основными видами сырья для производства полимерной пленки являются полиолефины и поливинилхлорид. Удельный вес полиэтиленовых пленок составляет около 45% российского рынка пленочных материалов, на полипропиленовые и поливинилхлоридные пленки приходится более чем по 20%. Доля производства в обеспечении спроса внутреннего рынка составляет 70%. На рынке пленок присутствует значительное количество мелких производителей, что объясняется относительно небольшими инвестициями в производство и несложным технологическим процессом выпуска. Последние годы наблюдается рост производства более сложных видов пленок: стретч-пленки, многослойной и комбинированной. В странах Западной Европы и США сегодня практически все вводимое в эксплуатацию оборудование по выпуску пленок предназначено для производства многослойных материалов.         

        В России переход с однослойных на многослойные пленки сдерживается дороговизной соответствующего оборудования, тем не менее, в перспективе на российском рынке упаковочных пленок произойдет повышение доли комбинированных, многослойных, ультратонких и высокотехнологичных пленочных материалов, доля простых однослойных пленок сократится.  
           Увеличение объемов строительства (ежегодно более чем на 10%) вызывает рост спроса на профильно-погонажные и прочие изделия из полимерных материалов. Пластмассы нашли самое широкое применение для изготовления строительных деталей различного назначения: ограждающих конструкций, внутренней отделки зданий, оконных рам и дверей, тепло-, гидро- и звукоизоляции и т.д. Среди полимерных материалов в строительстве доминирует поливинилхлорид, на долю которого на российском рынке приходится около 80% потребления пластиков. В России наибольшее применение из профильно-погонажных изделий нашли оконные профили и сайдинг (вагонка) из ПВХ. Структура емкости российского рынка профильно-погонажных изделий включает 82-85% изделий на основе поливинилхлорида, 10-12% изделий из полистирола, 5-6% изделий из полиолефинов. Рынок профильно-погонажных изделий в значительной степени импортозависим, однако развивается по пути активного импортозамещения. Доля отечественного производства в обеспечении спроса внутреннего рынка с 2000 по 2007 г. возросла с 30 до 70%. В перспективе прогнозируется дальнейшее увеличение этого показателя, поскольку практически все предприятия, выпускающие профильно-погонажные изделия, наращивают мощности и расширяют ассортиментный ряд.   Стимулом для инвестиций в этот сегмент переработки служит программа капитального ремонта и реконструкции существующего жилого фонда, а также национальный проект «Доступное и комфортное жилье».  
Такие свойства полимеров, как легкость, термостойкость, экологическая чистота, прочность, хороший товарный вид обеспечивают возможность их использования в широком спектре бытовых товаров. Среднегодовые темпы роста потребления изделий культурно-бытового и хозяйственного назначения составляют 10%. Внутренний рынок товаров культурно-бытового и хозяйственного назначения на 70-75% состоит из полиэтиленовых изделий, по 10-15% приходится на полистирольные и полипропиленовые изделия, незначительную часть составляют изделия из поливинилхлорида, поликарбоната, полиамида и др. полимеров. Обеспечение спроса внутреннего рынка осуществляется, в основном, за счет российского производства. Экспорт изделий незначителен и осуществляется в страны ближнего зарубежья. Потенциал спроса на российском рынке на изделия культурно-бытового и хозяйственного назначения из полимеров высок. По оценке специалистов, максимальное потребление пластиковой посуды в мире составляет до 90 кг на человека в год, в то время как в России данный показатель пока не превышает 15 кг.  
         Одним из наиболее быстро развивающихся рынков переработки пластмасс является рынок полимерных труб. Основную долю (примерно две трети) составляют трубы из полиэтилена, 20% приходится на трубы из полипропилена, 12% - на трубы из поливинилхлорида. Рынок полипропиленовых и поливинилхлоридных труб является импортозависимым. В перспективе до 2015 г. прогнозируется снижение доли импорта в обеспечении внутреннего спроса, темпы увеличения потребления составят, в среднем, 10 - 12% ежегодно. Такие темпы роста потребления трубной продукции будут обеспечены за счет высоких темпов роста строительства, а также замены изношенных трубопроводных систем.  
         Рынок листовых пластиков в России развивается достаточно динамично благодаря их применению в таких областях, как строительство и рекламный бизнес. Между тем обеспечение потребностей этого рынка на 40% осуществляется за счет импортных поставок. Одной из наиболее широко представленных в отечественном производстве групп полимерных листов являются листы из полистирола и его сополимеров, тем не менее, ассортиментного ряда выпускаемой продукции недостаточно для удовлетворения потребительского спроса. Объемы импортных поставок поливинилхлоридных, полиэтиленовых и поликарбонатных листов существенно превышают объемы вы пуска отечественных производителей.                   Пока российский рынок полимерных листов развивается по пути интенсивного импортозамещения. В перспективе до 2015 г. прогнозируется снижение доли импорта в обеспечении внутреннего спроса до 20 - 25% за счет роста отечественного производства. Объемы потребления листовых пластиков возрастут за счет традиционных сфер их применения: строительства, наружной рекламы, производства бытовой техники, спецоборудования.  
        Анализ современного состояния рынка изделий из пластмасс и прогноз его развития на перспективу позволяет сделать следующие выводы:  
 
1. Спрос на рынке изделий из полимерных материалов характеризуется стабильным ростом. Рост спроса в 2010 г. относительно 2012 г. составил, по оценке, 114,2%. 
2. На российском рынке сформировались следующие основные сегменты продукции из пластмасс в период с 2008 по 2010 гг.: тара и упаковка с долей 30 - 40%, изделия и детали производственного назначения — 15 - 18%, пленки - 16-17%, профильно-погонажные изделия - 5 - 18%, изделия культурно-бытового и хозяйственного назначения - 10 - 14%, трубы - 4 - 9%, листы-2-3%. 
3. Крупнейшими потребителями изделий из пластмасс являются: строительство - 26%, производство упаковочных материалов для пищевых продуктов-25%,домашние хозяйства-10%. 
4. Доля импорта в обеспечении внутреннего рынка продукции из пластмасс в настоящее время составляет 20%. Наиболее импортозависимы следующие сегменты переработки пластмасс: профильно-погонажные изделия, листы, изделия производственного назначения.  
5. Среднегодовые темпы роста спроса внутреннего рынка на период до 2015 г. на изделия из пластмасс составят 6,0 -10,0%. 
6. Прогнозируются высокие темпы роста спроса на более качественную и высокотехнологичную продукцию: многослойные и комбинированные пленки, трубы из полиэтилена марки ПЭ-100, многослойные, армированные трубы, вспененные листы, многокомпонентные литьевые изделия производственного назначения, георешетки и пр.

2. Технологические процессы изготовления деталей из пластмасс.

В настоящее время известно значительно число способов формирования пластмассовых изделий, которые применяют в зависимости от их конструкций, типа и размеров, технически требований, предъявляемых к использованию изделий. Наиболее распространенными являются:

- прессование, применяемое для  ᴨȇреработки термореактивных пластмасс (реактопластов);

- литье под давлением - для  обработки термопластичных материалов (термопластов);

- формование - предание необходимой  формы листовым термопластичным  материалам.

Сущность всех этих способов обработки  заключается в том, что исходное сырье подвергается обработке в сᴨȇциальных формах, которые называются пресс-формами, под давлением при соответствующем нагреве в процессе формирования формообразования или после него. Построение типового технологического процесса зависит от конструкций и назначения детали. При выборе оᴨȇраций и ᴨȇреходов решаются следующий вопросы:

1. Подбор и дозировка компонентов:  полимер, стабилизатор, пластификатор,  краситель, инициатор, парообразователь  и др.;

2. Образование исходного материала (пластмассы): смешение; гранулирование; растворение и т.д.;

3. Изготовление изделия (ᴨȇреработка  материала): прессование, литье под  давлением, выдувание, напыление,  окунание и т.д.;

4. Доработка изделия:  декоративная отделка, термообработка, механическая обработка и т.д.

Приемы и методы подбора, дозировки компонентов и образования  исходного материала пластмассы рассматриваться не будут. Рассмотрим основные способы ᴨȇреработки пластмасс  в изделия.

1. Прессование:

Технологически процесс прессования заключается в том, что под влиянием нагрева и давления пресс-материал заполняет рабочее пространство пресс-формы и полимеризуется в твердое состояние.

Прессование подразделяется на горячее, холодное и литьевое.

Горячее прессование термореактивных пластмасс применяется для изготовления деталей простой формы с ограниченным количеством арматуры или без нее.

Пресс-материал в виде таблеток или порошка загружается  непосредственно в формообразующую  полость горячей пресс-формы, после  чего подвергается давлению пресса.

Нагретый пресс-материал размягчается, заполняет гнезда пресс-формы  и остается в ней определенное время до полного затвердевания. После этого пресс-форму открывают  и извлекают отформованную деталь. Скорость отвердевания термореактивного материала зависит от его марки и темᴨȇратуры прессования.