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嘉峪檢測網(wǎng) 2024-09-03 09:09
高性能高分子材料具有高強(qiáng)高模、高絕緣、耐腐蝕、耐輻照、綠色低碳等特點(diǎn)，是保障國家安全和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略性材料之一，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電器、生物醫(yī)療等重要領(lǐng)域。
中國工程院蹇錫高院士、王玉忠院士、張立群院士、薛群基院士研究團(tuán)隊(duì)在中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》2024年第3期發(fā)表《高性能高分子材料體系自立自強(qiáng)發(fā)展戰(zhàn)略研究》一文。文章系統(tǒng)梳理了高性能樹脂及工程塑料、有機(jī)纖維、生物基樹脂及可降解材料、特種橡膠及彈性體四大類高性能高分子材料中的重點(diǎn)品種，分析了國內(nèi)外重點(diǎn)品種的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，目前我國在高性能高分子材料方面已建立起比較完備的化工原料 – 合成 – 加工改性 – 制品應(yīng)用上下游產(chǎn)業(yè)體系，但同時(shí)也存在關(guān)鍵原料保障不足、產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)有待拓展等問題。在此基礎(chǔ)上，從加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新、推進(jìn)關(guān)鍵原料保障、組建創(chuàng)新聯(lián)合體等方面提出對策建議，以期為我國高性能高分子材料體系發(fā)展提供參考。
一、引言
材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，新材料產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是發(fā)展其他各類高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是搶占科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展制高點(diǎn)的重要支撐。高分子材料是新材料中的一大類，在國民經(jīng)濟(jì)及國防建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。目前，我國已成為世界高分子材料生產(chǎn)與消費(fèi)第一大國。
高性能高分子材料是指具有耐高溫、高強(qiáng)高模、高絕緣、耐輻照等優(yōu)異性能的高分子材料，以及綠色低碳高分子材料；主要包括高性能樹脂及工程塑料、有機(jī)纖維、生物基樹脂及可降解材料、特種橡膠及彈性體四大類；普遍具有較高的軍事價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，廣泛應(yīng)用于國防軍工、航空航天、電子電氣、石油化工、汽車制造等領(lǐng)域。如聚芳醚（PAE）、聚酰亞胺（PI）等高性能樹脂及工程塑料是武器裝備性能向超高速、高隱身、高載荷、功能集成躍升的不可或缺的原材料，同時(shí)也是商用飛機(jī)、車輛、軌道交通、電子電器、核能、石油化工、環(huán)保、生物醫(yī)療等結(jié)構(gòu)件和功能件的關(guān)鍵原材料。
我國一直非常重視高性能高分子材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從“十五”開始，連續(xù)多個(gè)五年計(jì)劃大力支持相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！?ldquo;十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，要重點(diǎn)攻克可降解生物材料、光刻膠、仿生合成橡膠等一批高分子關(guān)鍵材料。工業(yè)和信息化部牽頭發(fā)布的《關(guān)于“十四五”推動(dòng)石化化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出，加快發(fā)展高端聚烯烴、高性能橡塑材料、高性能纖維、生物基材料等高分子產(chǎn)品。近年來，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃對 “特種高性能工程塑料及其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究”“低成本高性能生物基聚酯和聚碳酸酯的制備與產(chǎn)業(yè)化”等項(xiàng)目給予了大力支持，有效推動(dòng)了我國高性能高分子材料的發(fā)展。
目前，歐美國家憑借先發(fā)優(yōu)勢，在技術(shù)和市場上占據(jù)優(yōu)勢地位。我國雖然在高分子材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模方面已居世界第一，但主要以通用品種為主，電子、醫(yī)療及航空航天領(lǐng)域用高端品種仍大量從國外進(jìn)口；除生物基高分子材料方面與國外基本處于同一發(fā)展水平之外，大部分類別的高分子材料仍缺乏原創(chuàng)技術(shù)支撐，部分關(guān)鍵設(shè)備尚不能完全自立；總體上尚未形成完善的材料體系，產(chǎn)品以仿制國外品種為主，總體質(zhì)量不穩(wěn)定，且深加工制品牌號少。本文旨在深入貫徹落實(shí)國家關(guān)于建設(shè)科技強(qiáng)國、實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的決策部署，系統(tǒng)梳理目前高性能高分子材料體系中的重點(diǎn)關(guān)鍵品種，對其國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢、面臨的問題和挑戰(zhàn)等進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)分析，提出下一步自立自強(qiáng)的發(fā)展建議，希望能夠?yàn)槲覈咝阅芨叻肿硬牧象w系的建設(shè)和發(fā)展提供參考。
二、高性能高分子材料體系重點(diǎn)品種梳理
高分子材料產(chǎn)品種類繁多，應(yīng)用廣泛。本文主要選擇其中具有耐高溫、高強(qiáng)高模、高絕緣、耐輻照等優(yōu)異性能，并且在國防裝備和國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有重大應(yīng)用需求的高性能高分子材料和綠色低碳的高分子材料：高性能樹脂及工程塑料、有機(jī)纖維、生物基樹脂及可降解材料、特種橡膠及彈性體，同時(shí)結(jié)合每種材料的技術(shù)先進(jìn)性、應(yīng)用領(lǐng)域重要性及市場競爭力，選擇其中的重點(diǎn)品種進(jìn)行分析。
本文涉及的高性能樹脂及工程塑料主要包括聚芳醚、聚酰亞胺、顯示液晶材料、集成電路封裝基板用樹脂等，具有優(yōu)異的電絕緣性、力學(xué)性能、耐高溫性能、耐輻射性能以及耐化學(xué)藥品性能等，廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船、軌道交通、石油化工、生物醫(yī)療、機(jī)械、電子電氣、通信等領(lǐng)域。
高性能有機(jī)纖維通常比普通纖維具有更高的力學(xué)性能與熱穩(wěn)定性。主要包括芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維，以及聚對苯撐苯并二噁唑（PBO）纖維和聚[2,5-二羥基-1,4-苯撐吡啶并二咪唑]（PIPD）纖維。
生物基樹脂及可降解材料包括三種：① 生物基可生物降解材料，包括聚乳酸（PLA）、聚羥基烷酸酯（PHA）等；② 生物基不可生物降解材料，包括生物基聚烯烴（bio-PE/PP）、生物基聚對苯二甲酸乙二酯 / 丙二酯（bio-PET/PTT）、生物基尼龍（bio-PA）、聚呋喃二甲酸乙二酯（PEF）、生物基環(huán)氧樹脂等；③ 非生物基可生物降解材料，包括聚對苯二甲酸 ? 己二酸丁二酯（PBAT）、聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚碳酸亞丙酯（PPC）、聚己內(nèi)酯（PCL）、聚乙交酯（PGA）、聚對二氧環(huán)己酮（PPDO）等。
特種橡膠也稱特種合成橡膠，指不同于通用橡膠材料而具有耐高 / 低溫、耐老化、抗燒蝕、耐化學(xué)介質(zhì)等特殊性能，能在苛刻條件使用的合成橡膠材料。特種合成橡膠主要包括以下幾類：氟橡膠、硅橡膠、聚硫橡膠、聚氨酯橡膠、氫化丁腈橡膠、聚磷腈橡膠、丙烯酸酯橡膠等。具體分類及應(yīng)用需求見表1。
表1 高性能高分子關(guān)鍵材料分類及應(yīng)用需求
三、國外高性能高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀
總體來看，目前歐美國家在高性能高分子領(lǐng)域處于優(yōu)勢地位，掌握更多原創(chuàng)技術(shù)并占據(jù)壟斷地位。另外，歐美公司普遍重視全球化市場和專利布局，善于利用自身資源優(yōu)勢布局發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建起完善的產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈。當(dāng)前，綠色環(huán)保和循環(huán)回收技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，世界各國近年來也相繼發(fā)布了多項(xiàng)政策以支持高分子材料可持續(xù)發(fā)展。這也是高性能高分子材料未來發(fā)展的重要趨勢之一。
（一） 高性能樹脂及工程塑料
一直以來，西方發(fā)達(dá)國家不斷擴(kuò)展聚芳醚、聚酰亞胺等高端高性能樹脂及工程塑料的應(yīng)用領(lǐng)域，如聚醚醚酮（PEEK）具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等性能，在航空航天、生物醫(yī)療、機(jī)器人等領(lǐng)域應(yīng)用廣闊。美國波音公司的B757民航客機(jī)采用玻璃纖維與PEEK復(fù)合，以注射成型的方法制備發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩，該材料具備抗惡劣條件如高濕度、超聲振動(dòng)、高流速等特點(diǎn)，質(zhì)量比金屬制品減輕約30%，價(jià)格降低約90%。在植入性醫(yī)療器械領(lǐng)域，已陸續(xù)開發(fā)出脊柱融合器械、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)置換部件、接骨板和髓內(nèi)釘、顱頜面、種植體等產(chǎn)品，成為了應(yīng)用最廣泛的生物醫(yī)用非金屬材料。在機(jī)器人等新興領(lǐng)域，由于PEEK材料滿足高強(qiáng)度、輕量化的要求，也顯示出較高的應(yīng)用潛力。2023年，特斯拉汽車公司展示了Optimus-Gen2人形機(jī)器人，因采用了PEEK復(fù)合材料，在不犧牲性能的情況下減重10 kg，行走速度加快30%。
近年來，發(fā)達(dá)國家競相開發(fā)耐熱等級更高、加工性能優(yōu)異的新型聚芳醚砜、聚芳醚酮等高性能樹脂。美國的杜邦公司和德國的巴斯夫公司針對PEEK進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)，開發(fā)出耐熱等級更高的聚醚酮（PEK）和聚醚酮酮（PEKK）產(chǎn)品，但上述高性能樹脂均未解決難溶解、難加工、成本高的問題。目前國際上應(yīng)用面最廣的高性能樹脂仍然是聚醚醚酮、聚醚砜等，使用溫度均在240 ℃以下，并且當(dāng)使用溫度超過其玻璃化溫度后，機(jī)械性能將會(huì)大幅度下降。
（二） 有機(jī)纖維
目前，高性能有機(jī)纖維領(lǐng)域依然以美國、日本、德國和荷蘭為主導(dǎo)。在高性能超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維方面，荷蘭皇家帝斯曼集團(tuán)是世界上率先形成UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)化的公司，也一直是UHMWPE纖維行業(yè)的引領(lǐng)者，其他生產(chǎn)商還包括美國霍尼韋爾國際公司以及日本的東洋紡織株式會(huì)社、三井化學(xué)株式會(huì)社等。在PBO纖維方面，1991年日本東洋紡織株式會(huì)社購買了道康寧公司關(guān)于PBO纖維研究的全部專利，并開始進(jìn)行獨(dú)立研發(fā)，直到目前，日本東洋紡織株式會(huì)社仍然是世界唯一一家可以規(guī)模生產(chǎn)PBO纖維的公司。
有機(jī)纖維中最具代表性的是芳綸纖維，其工業(yè)化品種主要為對位芳綸和間位芳綸，具有高強(qiáng)高模、耐高溫、阻燃等特性，在航空航天、防護(hù)裝備、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)、體育器材等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。目前，芳綸的主要生產(chǎn)廠家主要集中在美國、亞洲和歐洲等地區(qū)，其中美國杜邦公司和日本帝人公司擁有規(guī)格完整的產(chǎn)品系列，占據(jù)了全球主要市場。俄羅斯在技術(shù)上另辟蹊徑，開發(fā)出綜合性能更優(yōu)異的雜環(huán)芳綸系列產(chǎn)品，區(qū)別于美國杜邦公司的間位芳綸和對位芳綸。
在合成技術(shù)方面，以對位芳綸為例，主要有界面縮聚法和低溫溶液縮聚法兩種。相比之下，低溫溶液縮聚法是目前國內(nèi)外工藝最成熟的合成芳綸纖維方法，其產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定，適合大規(guī)模合成，但工藝相對復(fù)雜，溶劑浪費(fèi)較多，且溶劑殘留對后續(xù)紡絲造成不利影響。因此，需對其合成工藝進(jìn)一步優(yōu)化，提高分子量、減小分子量分布寬度；對紡絲工藝進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提升成品率，降低成本，提高競爭力。近年來，帝人公司與BioBTX、Syncom公司一起，率先使用生物質(zhì)原料試制高性能對位芳綸，可減少生產(chǎn)過程中的碳足跡。
（三） 生物基樹脂及可降解材料
2021年，亞太地區(qū)（含中國、日本、韓國等）在生物基樹脂及可降解材料領(lǐng)域的市場份額為49.9%，占據(jù)主導(dǎo)地位；北美（含美國、加拿大、墨西哥）占據(jù)第二位。目前，PLA是全球范圍內(nèi)產(chǎn)業(yè)化最成熟、產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的生物基可降解塑料。在PLA的合成方面，技術(shù)路線主要有兩種：一種是由生物發(fā)酵制備乳酸單體，再通過乳酸酯化縮聚合成；另一種是通過齊聚 – 環(huán)化解聚制備丙交酯，再經(jīng)過開環(huán)聚合合成。當(dāng)前，絕大部分PLA生產(chǎn)均采用丙交酯開環(huán)聚合方法。PLA合成技術(shù)路線如圖1所示。
圖1 PLA合成技術(shù)路線
美國是全球最早研究PLA的國家，目前歐美國家的NatureWorks、TCP、Synbra、Hycail等公司已經(jīng)搶占全球主要的市場份額，美國Natureworks公司和荷蘭TCP公司合計(jì)擁有全球73%的PLA產(chǎn)能。在PLA的應(yīng)用開發(fā)方面，1966年，Kulkarni等人通過兩步法制備了高分子量的PLA，并研究了PLA在體內(nèi)的降解，發(fā)現(xiàn)聚左旋乳酸作為手術(shù)縫合線，具有良好的生物相容性和生物可降解性。目前，美國食品藥品監(jiān)督管理局已批準(zhǔn)PLA廣泛應(yīng)用于骨科植入物、藥物傳輸?shù)?。美國的PLA改性與加工技術(shù)較為成熟，可通過定制生產(chǎn)不同的PLA產(chǎn)品，以滿足不同性能實(shí)際應(yīng)用需求。
（四） 特種橡膠及彈性體
2023年，亞太地區(qū)（含中國、日本、韓國等）在特種橡膠及彈性體領(lǐng)域的市場份額約占全球的46%，占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來，橡膠領(lǐng)域的專利主要集中在氟橡膠、硅橡膠等技術(shù)領(lǐng)域，反映出特種橡膠受到全球行業(yè)專家的高度關(guān)注。
氟橡膠具有優(yōu)異的耐化學(xué)介質(zhì)、耐高溫、耐老化等特性，俗稱“橡膠王”。傳統(tǒng)的三元乙丙橡膠、丁基橡膠的極限使用溫度只有150 ℃，而氟橡膠可以在250 ℃下長時(shí)間使用，極限使用溫度可達(dá)300 ℃。氟橡膠除了耐高溫還具有優(yōu)異的耐油、耐化學(xué)介質(zhì)、耐酸堿性能，主要用于火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)、船舶、汽車等運(yùn)載工具的耐油密封和耐油管路等特種用途。國外主要生產(chǎn)廠家主要包括美國杜邦公司、明尼蘇達(dá)礦業(yè)及機(jī)器制造公司（3M），意大利蘇威集團(tuán)，日本大金工業(yè)株式會(huì)社、旭硝子玻璃股份有限公司等。目前，國際上已經(jīng)形成了一系列多品種的特種橡膠，美國以聚烯烴類氟橡膠、亞硝基類氟橡膠及用過氧化物硫化的高氟含量氟橡膠、耐低溫偏氟醚橡膠為主要產(chǎn)品。
在氟橡膠的合成技術(shù)方面，各個(gè)公司分別采取了不同的交聯(lián)技術(shù)體系。日本信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的全氟聚醚橡膠采用的是一種鉑催化硅氫加成的硫化反應(yīng)，杜邦公司的產(chǎn)品Perlast使用的是碘硫化體系，而Kalrez產(chǎn)品使用的是含氰基（CN）側(cè)基硫化體系。采用的硫化體系不同，得到的氟橡膠產(chǎn)品具有不同的特性，豐富了氟橡膠面對不同苛刻環(huán)境的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。近年來，各國在改善氟橡膠性能方面開展了大量研究工作，其中比較常用的方法就是在混煉膠中加入填料以提高硫化膠的各項(xiàng)性能。
四、我國高性能高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，我國在高性能高分子材料方面已建立起比較完備的化工原料 – 合成 – 加工改性 – 制品應(yīng)用上下游產(chǎn)業(yè)體系，自主開發(fā)的聚芳醚、聚酰亞胺、芳綸、氟橡膠等成功應(yīng)用于航空航天、軌道交通、電子電器、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，生物基高分子等部分領(lǐng)域與國際處于同一發(fā)展水平。
（一） 高性能樹脂及工程塑料
我國高性能樹脂的研發(fā)始于20世紀(jì)70年代，80年代進(jìn)行了深入研究和開發(fā)，90年代發(fā)展較快，取得了突破性進(jìn)展。目前，我國實(shí)現(xiàn)了部分高性能樹脂材料由“跟跑”到“并跑”并逐步走向“領(lǐng)跑”的目標(biāo)，但在高端產(chǎn)品穩(wěn)定性、系列化和成本等方面依然落后于國際先進(jìn)水平，尤其在航空航天、新型顯示、集成電路、5G通信、人工智能、新能源等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)布局欠缺，相關(guān)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化動(dòng)力不足。目前，我國的電子級聚酰亞胺薄膜、集成電路封裝基板板材均全部依賴進(jìn)口。
以聚芳醚為例，相關(guān)產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，部分工業(yè)級品種已占據(jù)國內(nèi)近50%的市場份額。1988年，吉林大學(xué)在國內(nèi)率先完成了PEEK的實(shí)驗(yàn)室小試和擴(kuò)試，2002年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，其后吉林省中研高分子材料股份有限公司、長春吉大特塑工程研究有限公司、浙江鵬孚隆科技股份有限公司和金發(fā)科技股份有限公司等也相繼實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。近年來，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所首創(chuàng)性地合成了含酚酞結(jié)構(gòu)的可溶性聚芳醚砜（PEESc）和聚芳醚酮（PEEKc），解決了溶解難的問題，但耐熱性及化學(xué)穩(wěn)定性有所降低，目前只有小規(guī)模的生產(chǎn)。山東凱盛新材料股份有限公司通過自主研發(fā)，已實(shí)現(xiàn)PEKK產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。大連理工大學(xué)開發(fā)的含二氮雜萘酮聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的系列高性能樹脂具有耐高溫、可溶解等優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)高性能樹脂不能兼具耐高溫、可溶解的技術(shù)難題，綜合性能優(yōu)異，是目前耐熱等級最高的可溶性聚芳醚新品種，目前正在由大連醚太新材料有限公司進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化?？傮w上，我國聚芳醚領(lǐng)域仍存在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢、市場開拓能力差、產(chǎn)品品種牌號少等問題。
（二） 有機(jī)纖維
從總體情況看，目前我國芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維產(chǎn)業(yè)已具備一定規(guī)模，建立了多個(gè)國家及地方研發(fā)與技術(shù)平臺(tái)。但由于質(zhì)量穩(wěn)定性差、成本高，高性能品種產(chǎn)能均遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足國家整體需求，亟需自立自強(qiáng)。PBO纖維抗老化、低成本技術(shù)亟需突破和攻關(guān)；PIPD纖維則亟需加強(qiáng)前瞻部署。
在芳綸纖維方面，目前我國已孵化出多家纖維制造企業(yè)，代表企業(yè)為泰和新材料集團(tuán)股份有限公司，該公司在2004 年實(shí)現(xiàn)了間位芳綸的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。其他生產(chǎn)商還包括中藍(lán)晨光化工研究設(shè)計(jì)院有限公司、中化國際（控股）股份有限公司、中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司和中芳特纖股份有限公司等。總體上，國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)能相對較小，其中以泰和新材料集團(tuán)股份有限公司和中化國際（控股）股份有限公司為主，是國內(nèi)目前僅有的兩家產(chǎn)能超過5000 t的企業(yè)。
近年來，關(guān)于微反應(yīng)器在聚合物制備中的應(yīng)用研究成為熱點(diǎn)，在調(diào)控產(chǎn)物分子量、分子量分布和組成以及優(yōu)化反應(yīng)條件等方面展現(xiàn)出巨大潛力。目前，微通道反應(yīng)器也逐漸開始在芳綸生產(chǎn)中得到應(yīng)用和推廣；未來，芳綸纖維的生產(chǎn)將更加趨于環(huán)保、節(jié)能、安全、高效。
（三） 生物基樹脂及可降解材料
我國生物基樹脂及可降解材料的品類與產(chǎn)業(yè)體系健全，總體生產(chǎn)能力基本能滿足國內(nèi)的需求。PLA、PBAT、PCL等樹脂產(chǎn)能高、產(chǎn)品競爭力強(qiáng)，但如丙交酯等關(guān)鍵單體的制備技術(shù)與設(shè)備仍依賴進(jìn)口、亟需突破；生物醫(yī)用可降解材料技術(shù)業(yè)已成熟、但產(chǎn)業(yè)鏈尚未完全自立；工業(yè)堆肥降解與循環(huán)回收等末端處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為滯后；國內(nèi)PGA、PPC、PPDO、PEF等新型品種的產(chǎn)業(yè)化已處于領(lǐng)先地位，非糧生物基技術(shù)已展現(xiàn)良好發(fā)展勢頭，均可進(jìn)行前瞻部署、自強(qiáng)發(fā)展。
在聚乳酸及其制品方面，目前我國已占據(jù)國內(nèi)大部分市場份額且產(chǎn)能增長較快。國內(nèi)的PLA生產(chǎn)企業(yè)以金發(fā)科技股份有限公司、上海同杰良生物材料有限公司、浙江海正生物材料股份有限公司、浙江友誠新材料有限公司、安徽豐原集團(tuán)有限公司等為代表。
在技術(shù)研發(fā)方面，目前國內(nèi)許多企業(yè)正在大力研發(fā)丙交酯生產(chǎn)技術(shù)，試圖攻破聚乳酸產(chǎn)業(yè)技術(shù)壁壘，打通“乳酸 ? 丙交酯 ? 聚乳酸”全產(chǎn)業(yè)鏈，增強(qiáng)成本優(yōu)勢。面向未來，PLA的化學(xué)回收正處于技術(shù)探索階段，目前國內(nèi)深圳光華偉業(yè)股份有限公司、安徽豐原生物技術(shù)股份有限公司、四川大學(xué)、青島科技大學(xué)等企業(yè)和高校均在攻克相關(guān)技術(shù)。
（四） 特種橡膠及彈性體
目前我國通用特種橡膠已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)業(yè)規(guī)模國際領(lǐng)先，性能與國際相當(dāng)；但也存在產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重等問題，中高端牌號供給不足，很多特種高性能產(chǎn)品長期依賴進(jìn)口；在產(chǎn)品質(zhì)量、工藝創(chuàng)新和環(huán)境友好三個(gè)方面仍與國外存在差距，需重點(diǎn)發(fā)展，補(bǔ)齊短板。
近年來，隨著國內(nèi)汽車、機(jī)械類產(chǎn)品的高速發(fā)展所產(chǎn)生的需求，國內(nèi)氟橡膠的市場容量增長了10倍以上。目前，國內(nèi)普通氟橡膠生產(chǎn)企業(yè)包括中昊晨光化工研究院有限公司、巨化集團(tuán)有限公司、東岳氟硅科技集團(tuán)有限公司等。隨著技術(shù)升級和新興行業(yè)發(fā)展，國內(nèi)外技術(shù)差距縮小，國內(nèi)紛紛擴(kuò)大產(chǎn)能。目前，我國已實(shí)現(xiàn)通用氟橡膠的穩(wěn)定供應(yīng)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模國際領(lǐng)先，性能與國際相當(dāng)；已完成羧基亞硝基氟橡膠國產(chǎn)化研制和應(yīng)用，開發(fā)系列牌號，材料性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。
經(jīng)過多年發(fā)展，我國基本形成了從單體、生膠聚合、膠料配方到工藝、密封應(yīng)用的全鏈條氟橡膠研制體系，大幅度縮短了與國外的差距，目前仍存在的問題及未來發(fā)展方向主要是：耐低溫型氟醚橡膠單體低成本制造技術(shù)、氟醚生膠固液分離和洗滌技術(shù)、生膠分子化學(xué)結(jié)構(gòu)表征技術(shù)。
五、我國高性能高分子材料發(fā)展面臨的問題和挑戰(zhàn)
（一） 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)尚需調(diào)整，高端品種供給不足
總體上，我國高分子材料產(chǎn)業(yè)存在通用低端材料供應(yīng)過剩、高端材料供給不足的問題，尤其是電子電氣、生物醫(yī)療及航空航天領(lǐng)域用高端品種仍大量從國外進(jìn)口，在產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、高純單體合成、循環(huán)回收技術(shù)等方面與國外相比仍存在一定差距。如在聚芳醚樹脂方面，我國已有多家企業(yè)生產(chǎn)PEEK、PEKK、PES等，工業(yè)級產(chǎn)品能滿足我國市場需求，但醫(yī)用產(chǎn)品，如血液透析膜專用PES和骨植入PEEK等材料依然依賴進(jìn)口。總體上，仿制國外品種產(chǎn)品總體質(zhì)量不穩(wěn)定，自主創(chuàng)新產(chǎn)品規(guī)模不足，深加工制品牌號少。
（二） 技術(shù)支撐仍需加強(qiáng)，產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)有待拓展
我國高分子材料部分領(lǐng)域技術(shù)支撐能力不足，缺少系列化產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，重大裝備研制投入不足。在芳綸纖維方面，我國對位芳綸產(chǎn)業(yè)化水平與國外先進(jìn)水平仍有較大差距，在產(chǎn)品質(zhì)量及應(yīng)用等方面尚待提升。在聚乳酸方面，目前還存在丙交酯合成及純化技術(shù)與設(shè)備尚不能完全自立、PLA循環(huán)回收產(chǎn)業(yè)布局缺失等問題。在氟橡膠方面，目前全氟醚橡膠還完全依賴進(jìn)口，缺少超耐低溫氟橡膠；總體上成本高、產(chǎn)能低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，缺乏先進(jìn)的后處理設(shè)備等。
（三） 原始創(chuàng)新投入不足，前瞻布局尚需加強(qiáng)
我國高分子材料的開發(fā)大多是通過對引進(jìn)技術(shù)消化吸收再創(chuàng)新，原創(chuàng)品種較少，整體上缺乏“從0到1”的重大基礎(chǔ)理論突破和原創(chuàng)研究，頂層設(shè)計(jì)有待加強(qiáng)。研發(fā)工作往往以產(chǎn)品為依托，必要的科學(xué)機(jī)理尚未完全揭示清楚，相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)研究落后于材料研制與應(yīng)用，理論支撐不足。部分細(xì)分領(lǐng)域比如生物基樹脂及可降解材料，雖然目前研發(fā)和生產(chǎn)總體上與國外處于同一起跑線，但在一些引領(lǐng)性新興品種和非糧生物基技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化方面仍需前瞻布局、自強(qiáng)發(fā)展，以搶占未來發(fā)展新優(yōu)勢。
（四） 產(chǎn)研合作效率較低，標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)有待加強(qiáng)
以聚芳醚酮為例，我國的專利申請以高等院校為主，但高校創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化較低，創(chuàng)新成果難以為企業(yè)服務(wù)。歐美國家則以生產(chǎn)企業(yè)及應(yīng)用單位申請為主，依托企業(yè)內(nèi)部不斷的技術(shù)創(chuàng)新，逐步形成技術(shù)壁壘，在航空航天、醫(yī)療等高技術(shù)領(lǐng)域形成市場壟斷。同時(shí)，我國在標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面仍有不足。比如在生物基高分子領(lǐng)域，美國、歐洲等擁有較完備的材料標(biāo)準(zhǔn)體系。目前我國已經(jīng)具備生物基、生物基復(fù)合材料基本術(shù)語定義，并制定了生物基測試等一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但相比于美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）標(biāo)準(zhǔn)，生物降解測試標(biāo)準(zhǔn)尚缺少海水、海沙等自然條件下相關(guān)測試方法標(biāo)準(zhǔn)。
（五） 循環(huán)回收布局不夠，綠色發(fā)展需重視
目前，綠色可持續(xù)發(fā)展已成為高分子材料領(lǐng)域的發(fā)展主題之一。在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，隨著世界各國限塑及禁塑政策的推進(jìn)，可降解、可回收高分子材料迎來了廣闊的市場機(jī)遇。2022年，美國啟動(dòng)了《國家生物技術(shù)和生物制造計(jì)劃》，并計(jì)劃投入20億美元來發(fā)展美國的生物制造。2018年，歐盟委員會(huì)發(fā)布了《歐洲循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的塑料戰(zhàn)略》，以推動(dòng)塑料回收技術(shù)。我國目前工業(yè)堆肥降解與循環(huán)回收等末端處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為滯后，相關(guān)技術(shù)有待推廣。
六、我國高性能高分子材料自立自強(qiáng)發(fā)展思路
（一） 總體思路和目標(biāo)
總體思路：針對我國目前產(chǎn)業(yè)體系、技術(shù)體系的問題和不足，重點(diǎn)推進(jìn)部分核心單體的合成技術(shù)、相關(guān)純化工藝與關(guān)鍵裝備自主、關(guān)鍵品種低成本化與規(guī)模化制造，促進(jìn)相關(guān)材料在電子信息及航空航天等高端領(lǐng)域的應(yīng)用。面向未來，完善系列品種，建立自立自強(qiáng)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系。
總體目標(biāo)：到2030年，建立相對完整的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)高端牌號自給自足，實(shí)現(xiàn)自立發(fā)展；到2035年，實(shí)現(xiàn)大部分材料牌號自立自強(qiáng)，初步建成高性能高分子材料強(qiáng)國；到2050年，建成自主牌號系列，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈自主，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
（二） 重點(diǎn)品種發(fā)展思路
1. 高性能樹脂及工程塑料
聚芳醚：近期重點(diǎn)攻關(guān)仿制品種的產(chǎn)品質(zhì)量及其穩(wěn)定性，優(yōu)先發(fā)展我國獨(dú)創(chuàng)的雜萘聯(lián)苯型聚芳醚品種，逐步實(shí)現(xiàn)耐熱等級更高產(chǎn)品的工程化，促進(jìn)深加工產(chǎn)品形成系列化，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。
顯示液晶：創(chuàng)制可柔性大面積加工液晶高分子復(fù)合體系，優(yōu)化現(xiàn)有液晶材料穩(wěn)定性，提升響應(yīng)速度；近期重點(diǎn)突破具有棒狀結(jié)構(gòu)的含氟側(cè)基液晶材料。
聚酰亞胺薄膜：實(shí)現(xiàn)電子級聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)設(shè)備和工藝國產(chǎn)化，大力發(fā)展薄膜制造裝備，形成系列化品種。
封裝基板及板材用樹脂：攻關(guān)關(guān)鍵高端樹脂，發(fā)展高端系列封裝基板，近期重點(diǎn)突破介電常數(shù)ε<4.0、熱膨脹系數(shù)（CTE）7~9的封裝基板用關(guān)鍵樹脂體系及基板制造，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代和自主可控。
2. 有機(jī)纖維
芳綸纖維：攻克高質(zhì)量單體低成本合成技術(shù)，突破高分子量芳綸聚合物的合成控制技術(shù)，解決“三廢”回收技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)芳綸纖維的低成本化與規(guī)?；?。
超高分子量聚乙烯纖維：開發(fā)低纏結(jié)合成技術(shù)，開發(fā)固態(tài)拉伸紡絲技術(shù)，提升數(shù)字化、綠色化水平；近期重點(diǎn)完成非均相催化劑體系設(shè)計(jì)與制備，突破低纏結(jié)合成技術(shù)。
聚酰亞胺纖維：優(yōu)化聚酰亞胺纖維制備工藝，形成系列品種，促進(jìn)高新技術(shù)聚酰亞胺纖維產(chǎn)業(yè)化。近期重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料、關(guān)鍵技術(shù)和工藝設(shè)計(jì)國產(chǎn)化，纖維產(chǎn)品性能和產(chǎn)能達(dá)到美國通用電氣公司、奧地利Enovic公司水平。
PIPD纖維：解決高純度單體制備難題，突破高黏度液晶聚合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)聚合物穩(wěn)定連續(xù)制備；加速產(chǎn)品開發(fā)及下游應(yīng)用技術(shù)研究。
3. 生物基樹脂及可降解材料
PLA：發(fā)展非糧生物資源發(fā)酵制備乳酸技術(shù)、丙交酯高效合成及純化工藝與設(shè)備、廢舊PLA化學(xué)閉環(huán)循環(huán)技術(shù)。
PPDO：近期重點(diǎn)開展PPDO在生物醫(yī)用領(lǐng)域的國產(chǎn)化替代；逐步實(shí)現(xiàn)PPDO單體合成、開環(huán)聚合、材料應(yīng)用、循環(huán)回收的全產(chǎn)業(yè)鏈自強(qiáng)發(fā)展。
PEF：開發(fā)呋喃二甲酸單體原料的非糧連續(xù)化制備技術(shù)和羥甲基糠醛的低成本氧化技術(shù)；建立呋喃聚酯的高效催化聚合體系，實(shí)現(xiàn)全鏈條技術(shù)發(fā)展。
bio-PA：基于生物基二元酸或二元胺單體，自主開發(fā)生物基脂肪族、半芳香、全芳香族聚酰胺新材料。
4. 特種橡膠及彈性體
氟橡膠：解決核心單體的合成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單體（CF?OCF?OCF=CF?，MOVE）的批量化生產(chǎn)及-30 ℃全氟醚橡膠的工程化。
硅橡膠：推進(jìn)特種有機(jī)硅單體制備技術(shù)，開展高苯基硅橡膠、氟硅橡膠等的合成和工程化研究。近期重點(diǎn)突破含氟長鏈單體工程化制備技術(shù)，開發(fā)具有全氟長鏈的氟硅橡膠，開發(fā)專用助劑與填料，形成系列化產(chǎn)品。
聚磷腈橡膠：攻克三聚體等聚合單體供應(yīng)問題；優(yōu)化合成方式和工藝流程，降低成本。
氫化丁腈橡膠：提高催化劑活性，解決加氫工藝的穩(wěn)定性技術(shù)問題，開展溶劑高效回收研究，自主研究干法凝聚工藝。
聚氨酯彈性體：開發(fā)低毒無毒原料、低碳環(huán)保流程工藝、高耐熱及生物醫(yī)用級聚氨酯彈性體材料。
七、對策建議
（一） 以技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新
針對高性能高分子領(lǐng)域目前存在的薄弱環(huán)節(jié)和產(chǎn)業(yè)鏈卡點(diǎn)堵點(diǎn)問題加強(qiáng)攻關(guān)，在核心單體規(guī)?；统杀局苽浼夹g(shù)、循環(huán)回收技術(shù)、高端應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)及關(guān)鍵裝備自主等方面取得突破，保障源頭技術(shù)供給，促進(jìn)關(guān)鍵品種自立。面向未來科技前沿，加強(qiáng)多學(xué)科交叉融合，在智能高分子、極端環(huán)境高分子、可反復(fù)化學(xué)循環(huán)生物降解高分子、人工智能輔助單體分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方向布局一批前瞻技術(shù)研究，搶占新一輪科技制高點(diǎn)。推動(dòng)一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)品種在國際上形成新優(yōu)勢，為我國高性能高分子行業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展提供源動(dòng)力。
（二） 推進(jìn)關(guān)鍵原料保障和高端牌號供給
核心單體是制備高性能高分子材料的關(guān)鍵原料，建議通過設(shè)立若干攻關(guān)專項(xiàng)，突破核心單體的合成技術(shù)，同時(shí)降低副產(chǎn)物和廢棄物生成量，實(shí)現(xiàn)低成本、規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用，打破國外壟斷。鼓勵(lì)各地化工園區(qū)設(shè)立化工中試基地，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程化、產(chǎn)業(yè)化。大力支持化工中試等相關(guān)平臺(tái)建設(shè)，推動(dòng)核心單體關(guān)鍵原料和部分國家亟需的小批量高端牌號高分子原材料自立自強(qiáng)，解決長期以來的卡點(diǎn)、堵點(diǎn)問題。
（三） 組建產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)合體
優(yōu)化研發(fā)資源配置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、人才、技術(shù)等資源的共享與整合。建立資源共享機(jī)制，降低企業(yè)研發(fā)成本，提高研發(fā)效率和創(chuàng)新能力。強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同的體系化發(fā)展，扭轉(zhuǎn)“只重產(chǎn)品研發(fā)保障，不重技術(shù) / 產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)”的傳統(tǒng)發(fā)展模式，在研制開發(fā)新產(chǎn)品的同時(shí)，積極布局研制開發(fā)與之相匹配的核心配套材料、關(guān)鍵工藝裝備、新應(yīng)用等成套技術(shù)，建立從原材料、新產(chǎn)品研制生產(chǎn)到最終應(yīng)用的完整技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈。
（四） 以“雙碳”戰(zhàn)略引領(lǐng)綠色發(fā)展
基于推進(jìn)高分子材料綠色和低碳發(fā)展的目標(biāo)，以生物基、可循環(huán)、易回收、可降解為導(dǎo)向，研發(fā)推廣性能達(dá)標(biāo)、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用的塑料制品及替代產(chǎn)品，培育有利于規(guī)范回收和循環(huán)利用、減少塑料污染的新業(yè)態(tài)新模式。以PLA等材料為突破口，基于其來源于生物質(zhì)和可堆肥降解的特點(diǎn)，優(yōu)化末端回收與循環(huán)體系，使其在一次性塑料制品應(yīng)用領(lǐng)域率先作為環(huán)境友好替代品推廣。
來源：我國空間推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展思考與建議[J].中國工程科學(xué),2024,26(3):217-225. doi: 10.15302/J-SSCAE-2024.03.002
來源：中國工程科學(xué)
