工程塑料交通领域大显身手
中国化信特种橡胶与塑料研究部 仲伟科
工程塑料在我国国民经济中占据重要的地位，广泛应用于交通运输、航空航天、机械制造等行业。 2010年
国家公布的《石化产业振兴规划指导意见》将工程塑料和特种橡胶明确划归到“重点推动”的新材料领域，之后
新材料又成为国家重点发展的七大战略性新兴产业之一。2011年更新的国家《产业结构调整指导目录》中，聚碳
酸酯、液晶聚合物、高等级尼龙、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚酰亚胺等工程塑料
的生产及其在建材、机械加工、轨道交通设备和汽车轻量化方面的应用都被列为国家鼓励投资类……多项国家政
策将积极支撑工程塑料产业在“十二五”期间跨越式发展。
挑战与机遇并存
按国际惯例，工程塑料主要包括尼龙(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、热塑性聚酯(PBT、PET)、改性聚
苯醚(MPPO)五大通用工程塑料，以及聚苯硫醚(PPS)、聚砜(PSU)、聚酰亚胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合物
(LCP)等特种工程塑料等。作为定位高端的材料品种，工程塑料比通用塑料具有更优异性能：其密度是钢的1/6，
铝的1/2，在某些方面可以代替金属作为结构材料使用；其力学性能、电性能、耐化学药品性、耐热性、耐磨性、
尺寸稳定性、耐候性能优异，比金属材料轻，成型时能耗小。据中国工程塑料工业协会的资料显示，2005～2010
年中国工程塑料消费量年均增长约16%(见表1)。
表1 中国主要工程塑料市场消费及预测 万t
产品品种 PA PC POM PBT/PET MPPO 特种工程塑料 合计
2010 41.5 121 32 30.3 8 10.5 243.3
2011 46.8 132 36.5 34 9.4 11.8 271
2013 65 155 43 42 12 14 331
2015 80 185 52 50 16 17 400
年均增长率/% 12.7 9.1 11.2 12.1 16.5 12.5 11.28
来源：中国工程塑料工业协会
当前，全球经济形势发展情况复杂，工程塑料产业发展面临的形势机遇与挑战并存。一方面，世界金融危机
还没有结束,欧债危机、美国华尔街等事件甚至有影响全球经济恶化的可能，有专家认为2011年世界经济形势可
能要比2008年还要严重；另一方面，中国的经济发展也存在很多问题，如汽车消费速度减缓，房地产调控趋严，
消费价格高企，中小制造企业资金链绷紧等……经济发展步伐的放缓必将影响工程塑料在各个领域的应用。
在终端消费领域，随着人们对环保安全的重视，塑料应用由于人们对相关政策的解读以及非专业媒体的误导，
也经常受到一些安全事件的“牵连”。聚碳酸酯奶瓶事件、台湾塑化剂事件、上海桥梁防护栏事件都使“塑料”
行业受到非理性、非科学的误解，影响着行业的健康发展。
不过，作为塑料工业的一个重要应用领域，交通运输业近年来飞速发展。“十一五”期间全社会共完成交通
建设投资4.7万亿元，是“十五”期的2倍多。2010年全国公路网总里程达到398.4万公里，五年新增63.9万
公里；高速公路由“十五”期末的4.1万公里发展到7.4万公里；全国内河通航里程达12.4万公里；民航基础
设施5年投资2500亿元，相当于前25年民航建设资金的总和。到2010年底，我国公路营运客货车辆达1143万
辆，较2005年增长56%；运输船舶25万余艘，船舶吨位达1亿总吨；民用航空运输机队总数达1610架，是2005
年的近1.9倍。基础设施和交通工具的快速发展，对塑料产品的应用和发展产生了积极深远的影响。
因此，对于工程塑料行业今后的发展，我们应保持乐观的态度。按国家规划，“十二五”时期交通运输业将
按照“适度超前”的原则，积极推进综合运输体系建设，加快发展现代交通运输
关键应用前景广阔
交通领域中主要有铁路、公路、水运和航空四大板块。由于铁路桥梁和公路桥梁有一定的共性，因此本文将
桥梁作为一个小板块单独讨论。
1. 铁路（轨道交通）
（1）基础设施
根据铁道部公布的数据，2010年底中国铁路营业里程达到9.1万km，其中2010年投产新线4986km；在建铁
路规模达到3万多km。计划到2015年，全国铁路营业里程达到12万km以上，其中高速铁路1.6万km以上。
铁路轨道结构中，扣件的挡板座是保护轨枕挡肩、绝缘、保持轨距的重要部件，要求其材料耐低温、抗冲击。
制备这种部件适宜选择高强度的增韧塑料材料，例如EVA材质的扣配件。铁道部的最新数据显示，2011年全国铁
路计划新线铺轨7935km，复线铺轨6211km，这意味着7360万套扣件的需求。
钢轨绝缘件是铁路轨道线路的绝缘部分，为保证轨道信号准确无误，钢轨连接要求具有良好的绝缘性和很高
的压缩强度。现在多采用尼龙、超韧尼龙、纤维增强塑料等材料制作。此外，塑料材料还用作可变垫板、电热垫
板、轨道填充材料、弹性枕木等零部件。
中国从2007年开始建设高铁，到2010年底已经拥有8458km营运里程。高速铁路是世界铁路的共同发展趋
势，尽管中国高铁目前遇到困难和挫折，但是国家发展高铁的决心不会变。目前中国高铁设计运行速度已经达到
500km/h，对铁路轨道结构提出了很高的要求。高速铁路的快速发展，受益最多的是改性尼龙工程塑料。经验证
明尼龙是制造轨道扣件如轨距块、挡板座和套筒等的最合适材料。
为适应高速铁路的要求，中国设计了新型的提速道岔，并采用了混凝土岔枕，岔枕中配置了塑料套管。该套
管要求具备高抗拔力、绝缘、强韧性等性能，现在多采用高强增韧尼龙材料制作。
（2）机车及客货车
2009年底全铁路配属机车17545台，货车保有量737768辆，客车保有量45040辆。2010年底全国每天开行
动车组列车近1200列，2015年将达到1500列以上。
未来。 高速列车必须实现车辆轻量化，目前金属材料减轻自重已经接近极限，所以人们把目光转向了塑料
及其复合材料，在阻燃的基础上向低烟、低毒、高比强度、高比模量的方向发展。树脂基复合材料的夹层结构适
用于制造高速列车流线型车头；与时速高达300km/h以上的高速列车制动相配套的新型制动盘，要求所用材料摩
擦系数稳定，耐630℃以上的高温，可选用高性能树脂或高性能树脂基复合材料。有研究报告称，每台客车所用
的玻纤增强塑料达3t之多。
机车发动机冷却水泵的叶轮和进水接盘，现在都选用尼龙，也有采用增韧增强聚苯硫醚制作水泵叶轮和进水
接盘的。机车心盘衬垫是车辆的高承载部件，在运行状态下受力情况相当复杂，磨耗很大，通常用玻纤增强增韧
尼龙、含油铸型尼龙等制作，超高分子量聚乙烯也是可选材料之一。磨耗板的选材与心盘垫相似。另外，聚酰亚
胺可以用作主电动机的绝缘材料。
机车内饰件要求有一定的强度，且能阻燃。现在使用的玻纤增强酚醛树脂发烟少，能在200℃下连续使用。
公开报道的资料称，在制造铁道车辆用合成材料中，玻纤增强阻燃聚酯占35%。裙板、顶板、墙板和车内隔板等
可以用聚碳酸酯、ABS等。车门可采用氯磺化聚乙烯制成。厕所、盥洗室、茶桌、行李架要用到玻璃纤维增强聚
酯。
国内最新研究进展：大连内燃机车研究所和大连塑料研究所进行了玻璃纤维增强尼龙塑料保持架的研究，并
在轴承试验台上顺利地进行了20余万km的模拟高速试验；北京化工大学采用挤出成型工艺制备高速铁路用热塑
性聚酯弹性体发泡材料，可用作高速铁路轨枕垫片；山东大学采用改性水溶性酚醛树脂制备出列车客车车辆用制
动闸片。
2. 公路
（1）基础设施
2010年底全国公路网总里程达到398.4万km，比2009年增加12.4万km。公路客运量占全国客运量90%左
右，货运量超过70%。
高等级公路防护栏是塑料及其复合材料应用的一个重要方面。现在高等级公路使用的防护栏多用钢材制成，
但钢护栏自重大，安装维修不方便；耐腐蚀性差，易受汽车尾气的严重侵蚀；标识能力差，且耐撞击性能也有待
提高。很多国家都在研究塑料复合材料护栏，并已经取得了一些突破性进展。
塑料及其复合材料制品广泛应用于公路的其他附件设施中，如高速公路的隔音板、防眩目光板以及各种公路
交通标识制品等。采用聚碳酸酯制作的交通指挥灯、路标灯灯罩，可以避免玻璃破碎伤人、更换灯罩不及时而影
响市容等一系列问题。越野公路、山区道路上可以敷设PC反光道钉。这种道钉两侧贴上反光微珠，能防止车辆
冲撞和碾压。白天可以作为分道线，夜间在汽车前灯照射下能够形成二三百米的光带。
（2）汽车
2010年中国生产了1826万辆汽车，增长32.44%；进口81万辆，出口56万辆。2010年底整车库存80.6万
辆。2010年摩托车产销2669.43万辆和2659.16万辆，同比增长4.98%和4.40%，其中摩托车出口841.60万辆，
同比增长33.89%。
2011年上半年汽车产量为915万辆，同比增长2.4%。截至今年6月底，全国机动车总保有量达2.17亿辆，
其中汽车9846万辆。今年上半年全国新增机动车1005万辆，其中汽车保有量增加760万辆，高于去年上半年688
万辆的增量。
日趋紧张的石油资源、居高不下的油价和日益严格的环保节能要求，都使人们更加关注燃油节约，汽车轻量
化是目前汽车节约燃料消耗的重要手段之一。迄今为止，塑料及其复合材料是最重要的汽车轻量化材料。据统计，
发达国家汽车用塑料现已占塑料总消耗量的8%～10%，平均每辆车使用100～130kg塑料，全球车用塑料规模在
450万t左右。预计2020年平均每辆车使用的塑料将达到500kg。最近巴斯夫与戴姆勒合作推出的一款电动汽车，
底盘等负重部件使用纤维增强塑料，并配备了适于量产的全塑车轮。这种车轮采用玻纤增强聚酰胺生产，其稳定
性堪比金属，而重量最多能减轻30%。UPS快递公司推出了一款车身由合成塑料材料制成的投递样品车。据悉，
该车型可以节省40%的燃料，塑料的车身面板还可以节约维修费用。
在中国，塑料在汽车行业的应用尚处于初级阶段。相关资料显示，尼龙在汽车行业中的应用比例为国外的2/3，
聚碳酸酯为1/2，聚甲醛为1/3，热塑性聚氨酯为1/5，聚苯醚为1/3。目前我国车用的塑料用量如下：经济型轿
车每辆为50～60kg，轻中型货车为40～50kg，载重车80kg；中高级轿车100～130kg，仅相当于国外20世纪90 年
代的水平。国产车的单车塑料平均使用量为78kg，塑料用量仅占汽车自重的5％～10％，远低于国际水平。
目前在车用塑料品种中，聚丙烯以其低成本、易于混配仍占据最大份额，其次是聚氨酯。工程塑料在用量上
还不能与通用塑料抗衡，但主要占据高端市场。工程塑料中使用最多的是ABS，其次是尼龙、聚酯（PBT/PET）、
聚甲醛、聚碳酸酯和聚苯醚（见表2）。
表2 通用工程塑料在汽车零部件的应用
尼龙类 聚酯及其合金类 聚甲醛及其合金 聚碳酸酯及其合金 聚苯醚及其合金
发动机 保险杠 汽车燃油泵 汽车内装件 汽车轮罩
周边部件 化油器组件 汽化器部件 防冻板 前灯玻璃嵌槽
进气歧管 挡泥板 输油管 车门把手 尾灯壳
发动机盖 扰流板 动力阀 托架 连接盒
发动机装饰盖 火花塞 万向节轴承 转向柱护套 保险丝盒
气缸头盖 端子板 马达齿轮 装饰板 断路开关外壳
机油滤清器 供油系统零件 曲柄 空调系统配件 大型挡板
刮雨器 仪表盘 把手 车身板 后阻流板
散热器格栅 汽车点火器 仪表板 侧面护套 发动机罩
加速器 车窗升降机装置 挡泥板 外板
离合器踏板 电开关 门框
车底板 安全扣带 车轮罩
面板 轴套 尾灯罩
摩托车护板 拉杆 反光镜外壳
来源：北京市化学工业研究院
此外，特种工程塑料及其他工程塑料等高端塑料产品在汽车中的用量还很少，其大都用于制造核心关键部件。
如聚苯硫醚用于制造汽车发动机罩下进气歧管、汽车排气管、交流发电机部件、各种传感器、齿轮、摄像设备、
接插件、开关、电刷、各种清洗器具、汽车燃油箱以及集成电路中用作封装材料；在汽车照明系统中，聚甲基丙
烯酸甲酯（PMMA）可以与聚碳酸酯竞争；热塑性聚酰亚胺主要用于汽车发动机部件、油泵和气泵盖等。
国内最新研究进展：巨石玻璃纤维研究院采用直径为11微米的玻纤增强尼龙66，可用于引擎盖、散热器格
栅、汽车轮饰框、车门拉手、照灯支架、燃油过滤器、安全气囊和油箱等汽车配件。上海锦湖日丽塑料有限公司
制备了车灯饰圈免底涂聚酯PBT材料，材料性能满足车灯饰圈要求。广东聚赛龙工程塑料有限公司研制的表面无
浮纤、光泽度高的尼龙6复合材料可用于自行车部件、汽车受力部件等力学性能、表面光泽度要求高的领域。中
国石油兰州化工研究院以苯乙烯、丙烯腈、N-苯基马来酰亚胺(NPMI)和N-(2，4，6-三溴苯基)马来酰亚胺(TBPMI)
为原料合成的共聚物目前应用于汽车耐热阻燃材料。武汉工程大学用尼龙6/玻纤材料制备了汽车动力转向油罐用
塑料托套。株洲时代新材料科技股份有限公司用丙烯酸酯与羧基双官能化乙烯类弹性体，和聚碳酸酯/聚对苯二
甲酸丁二酯共混改性所制得的共混材料可用于制备汽车门把手、汽车内外饰件等。
3. 水运
（1）航标
航标主体材料主要使用玻纤增强的不饱和聚酯树脂，局部选用玻纤增强环氧树脂复合材料。航标灯光源上端
采用聚甲基丙烯酸甲酯注塑而成，光源座下端采用ABS工程塑料注塑而成。(下转第6版)
（2）船舶
目前舰船中所用的复合材料绝大多数为纤维增强塑料。船用纤维增强塑料由于质轻、高强，对减轻结构重量
有较大的潜力，特别适用于限制重量的高性能船舶和赛艇；由于耐腐蚀、抗海洋生物附着，适合于海洋运输船只；
由于无磁性，因而是扫雷艇、猎雷艇最佳的结构功能材料；由于介电性和微波穿透性好，而适宜于军用舰艇；由
于导热系数低，隔热性好，适合制造救生艇、渔船和冷藏船等。纤维增强塑料具有传统造船材料所无法比拟的优
越性能，当前已被用来建造各种中小型舰船，从数量上来看，最多的是游艇、渔船、救生艇、工作艇以及反水雷
舰艇等。
超高分子量聚乙烯在船舶制造中也大量使用，如护舷贴面板、煤仓衬板、阻燃板、耐磨套、托辊、滚轮、轴
套、滑轮、耐磨块。铸型尼龙可用于生产滑轮、轴套、齿轮等。船舶引擎内外零件也都开始使用工程塑料，如船
舶引擎罩可以用33%玻璃填充尼龙制成。顶罩上带有进气用的PC/PBT气坝帽，后罩上带有尼龙66结构肋条。增
强尼龙还可用来制作进气管、油箱及凸轮盖。引擎控制箱、消音器等也用塑料制作。
4. 航空
因为复合材料能提供目前铝合金大致相同的性能，而且复合材料还能进一步降低成本，多种高性能的高分子
复合材料目前已经用于各种航空航天工具中。使用最多的是碳纤维复合材料。空中客车380含22%的碳纤维/塑料
复合材料，而波音787客机则使用了50%。热塑性聚酰亚胺主要用于飞机内部载货系统。飞机上使用的其他特种
工程塑料还有很多种，如聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚芳醚酮等。
5. 桥梁
2009年底铁路正式运营线上有47945座桥，其中钢梁桥1866座，圬工桥45993座，临时桥86座。全国隧道
7178座长4554km，公路桥梁62.19万座长2726万m。
虽然中国桥梁建设速度很快，但质量尚难以保证。不少桥梁投入不久就暴露出缺陷，更有一些桥梁在远没有
达到设计寿命时出现耐久性能严重蜕化的现象，甚至出现倒塌等毁灭性事故。钢筋锈蚀是引起桥梁耐久性蜕化最
重要的原因，解决结构耐久性不足的主要办法是改善原材料的耐久性及增加防护措施。而纤维增强塑料因具有良
好的耐久性和抗疲劳性，成为人们解决钢筋锈蚀问题的一个重要选择。目前，已经研究开发成熟并在土木工程中
得到使用的纤维增强塑料FRP主要有3种，即碳纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料和玻璃纤维增强塑料。