1、注塑成型装备概况
塑料作为三大合成材料之一,具有质轻、耐冲击性好、透明性较佳和耐磨耗性、绝缘性好等优势,随着以塑代钢、以塑代木等趋势的进一步发展,塑料在航空航天、交通、医疗、家电、建材、环保、包装等国民经济各个领域得到广泛应用。
塑料成型装备作为对塑料及其他高分子类材料进行成型加工的技术装备,是加工高分子复合材料的工作母机,可直接带动塑料加工工业每年约 2 万亿元的产值,随着塑料制品在生活中的广泛应用,塑料成型装备应用领域极为广阔。
注塑成型装备是塑料成型装备的重要分支,注塑成型装备占塑料成型装备总产值的 40%以上,也是我国产量最大、产值最高、出口最多的塑料成型装备。注塑成型技术拥有近百年历史,经历了早期技术萌芽、技术设备成熟以及全面发展创新三个阶段。
注塑成型技术萌芽于上世纪 50 年代以前,50 年代以后,以螺杆式注射结构、计算机控制技术为代表的注射成型装备发展,模具内熔体流动、冷却等注射成型理论的建立,大批热塑性材料的出现与应用,标志着注塑成型技术逐渐成熟。90 年代后,在可加工原材料范围、产品类型及复杂度、产品质量、装备类型等方面实现了重大突破,注塑成型技术进入全面应用、发展和创新阶段。
注塑成型装备按锁模结构可分为二板式注塑机、三板式注塑机;按锁模力大小,可分为小型机、中型机和大型机;按照外形方式可分为卧式、立式、角式和多模注塑机。
2、行业发展概况
(1)塑料加工行业概况
20 世纪 50 年代以来,塑料材料以惊人的速度替代着传统金属材料,按体积计算年产量早已超过钢铁和有色金属的总和,广泛应用于汽车、航空航天、电子电器、医疗、包装等国计民生的各个领域。注塑成型可以制造各种结构复杂、尺寸精密的塑料产品,成型周期短、生产率高、易于自动化,大约 80%的工程塑料采用注射成型,已成为塑料产品最重要、最具代表性、应用最广的成型工艺,是现代制造业的重要组成部分。
以汽车领域为例,注塑成型的塑料产品在实现汽车轻量化、高效能、低成本中发挥了越来越重要的作用。如汽车进气歧管,采用玻纤增强的尼龙注射成型,取代铝合金后,重量可以减轻 60%,成本降低 20%~35%。随着高性能热塑性材料的发展,采用注塑成型的塑料产品在国防与国家重大工程的应用也越来越广泛。注塑成型技术具有近百年的历史,经历了早期技术萌芽、技术设备成熟以及全面发展创新三个阶段。
技术萌芽阶段:上世纪 50 年代以前,注塑成型技术源于或借鉴于其他的材料加工方法,如铸造、热成型等,采用手工或者简单的机械;技术成熟阶段:上世纪50-90年代,以螺杆式注射结构、计算机控制技术为代表的注塑成型装备发展,模具内熔体流动、冷却等注塑成型理论的建立,大批热塑性材料的出现与应用,标志着注塑成型技术逐渐成熟;全面发展阶段:上世纪 90 年代后,在可加工原材料范围、产品类型及复杂度、产品质量、装备类型等方面均有重大的突破,注塑成型技术也进入全面应用、发展和创新阶段。
总体发展趋势:①单一的注塑成型向功能化、多工序方向发展。②通用注塑成型向精密、高性能方向发展。③数字化、网络化、智能化与集成化方向发展。④粗放式制造向节能化、绿色化方向发展。塑料加工行业属于劳动密集、资源密集型产业,我国该产业前期发展依赖于改革开放后人民生活水平提高带来的内需急剧释放,企业主要采用粗放式生产,依靠低廉的土地、劳动力等赚取利润。
近年来,塑料加工企业面临严峻的转型升级问题:随着劳动力、原材料成本等飞速上涨,自动化水平不断提高,低端产品在生产环节已经不具备成本优势,在产品成品率、单位能耗方面亟待提高。人民生活水平的不断提高,对高质量、高性能产品需求不断增加,要求塑料产品品质、档次上有较高的提升。此外,随着环保要求的提高,在新型环境友好型塑料的应用、塑料的回收与再利用等方面,我国与发达国家仍存在非常大差距。
(2)塑料成型装备行业发展概况
塑料机械行业市场规模稳定增长,特别是我国塑料成型装备经过多年来的发展,已形成了具有一定国际竞争力的产业体系。在塑料机械产业结构调整升级和家电、汽车等下游行业对塑料需求量增大的驱动下,我国塑料机械行业工业整体呈增长态势。
据《中国塑料机械工业年鉴 2020》数据显示,我国塑料机械行业规模企业主营业务收入由 2013 年的 498.93 亿元增至 2019 年的 650.81 亿元,年复合增速达 4.53%,增长态势较为明显。我国既是全球最主要的塑料机械生产国家,又是重要的使用国家。我国是塑料机械装备的进出口大国,国产化替代稳步推进。
根据《中国塑料机械工业年鉴 2020》数据显示,2019 年我国塑料机械进出口额分别为 18.85 亿美元及 27.08 亿美元,进出口数量分别为 21,868 台及 1,640,265 台,出口数量远高于进口数量,但出口金额与进口金额相差不大。主要原因系发达国家凭借其技术和人才优势,仍然占据着世界塑料成型设备行业市场的重要地位。
如德国、日本等国的精密、大型、高端塑料机械产品,由于具有高技术含量、高附加值的优势,市场份额仍然处于领先主导地位。随着我国塑料成型装备行业的不断发展和技术水平的逐步提升,国产设备“进口替代”效应日益显著,国际市场竞争力不断增强。2019 年我国出口塑料机械数量同比增长 29.5%,而相较于 2018 年,进口塑料机械数量同比增长 2.85%,整体较为平稳,贸易顺差达 8.23 亿美元。
其中,注塑机是主要的塑料机械品类,2019 年其进出口金额分别占总机械设备的 35.18%及 43.21%。同时,与其他塑料机械相比,注塑成型装备贸易顺差金额较大,且进出口设备的单价差异最小,表明我国在注塑机行业与国际制造业强国的差距逐步缩小。
塑料成型装备按原料加工前的熔融程度及成型工艺的不同,可分为注塑机、挤出机、吹塑机三大类。其中,注塑机可以将粒状或粉状塑料经加热熔融呈流动状态后,由柱塞或螺杆推动充满模具型腔,经固化定型后取得塑料制品,具有一次成型尺寸精确、外型复杂或嵌有金属件的能力。注塑成型装备在塑料成型装备行业中居主导地位,是我国产量最大、产值最高、出口最多的塑料机械产品。
(3)注塑成型装备产业发展概况
注塑成型装备作为塑料加工业中使用量最大的加工机械,可直接生产大量的塑料制品,还是组成注拉吹工业的关键设备,在塑料机械领域占据主导地位,大约占全部塑料成型机械产值的 40%,是衡量塑料机械制造能力的重要标志。在注塑成型装备方面,中国注塑成型装备产量已经连续 15 年排名世界第一,中国注塑成型装备产量约占全球注塑机产量的 70%,已成为我国塑料机械行业产量最大、产值最高、出口最多的第一大类产品。
据《中国塑料机械工业年鉴》数据显示,2017 年全球注塑成型装备市场规模达82.11亿美元,预计至2025年将增至104.29亿美元,期间年复合增速为3.03%。目前在全球注塑成型装备行业市场中,欧美及日本等发达国家凭借其技术和人才优势,仍占据着世界注塑成型装备行业市场的领先主导地位,如德国、奥地利、日本等国的精密、大型、高端塑料机械产品,凭借高技术含量、高附加值的优势,引领全球注塑成型装备的发展。
以克劳斯玛菲、恩格尔为代表的欧洲企业目前仍是全球注塑机技术的领导者。欧洲注塑机企业非常注重创新,并坚持走高端精密的产品路线,能够提供专用特殊产品的解决方案,在行业内有较好的口碑,设备稳定性好、效率高、制成品精度高、使用寿命长。其生产的精密注塑机、大型注塑机,具有高技术含量和高附加值,占领了较大的市场份额。
日本企业擅长制造电动注塑机,在快速周期成型、高精度微型化注塑机方面有显著优势,在狭小间距和超薄壁技术上也具有明显优势。相比之下,目前我国注塑机企业与国外知名品牌仍有一定差距,高端装备研发及国产化仍有较大的提升空间。根据中国塑料机械工业协会统计,2018 年全球注塑成型装备行业需求量达到 66.2万台,其中,我国注塑成型装备行业需求量为 8.8万台,国内注塑成型装备行业市场规模为 226.86 亿元,同比增长 3.7%,2019 年预计增长到 233.02 亿元。未来几年,我国注塑成型装备市场规模预计呈现增长态势,2019-2024 年增速预计达到 2%-3%。
随着塑料制品产业结构转型升级和生产工艺技术水平不断提高促使塑料成型装备行业不断创新发展,催生出更高端的注塑机技术要求。例如,汽车产业轻量化、电动化、智能化及包装行业高阻隔、环保和轻量化等发展趋势,乃至碳纤维增强热塑性树脂、精密成型、纳米成型技术、光学模具等先进材料和加工技术的应用,都将促使行业企业提升技术水平,并越发重视为注塑客户提供整体解决方案及自动化生产方案,涌现出多种新技术、新产品,不断推动塑料成型装备行业向高端智能化方向发展。
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