今年以來，隨著《中國制造2025》的發布，在制造強國戰略中擔綱重任的高分子材料產業也開始謀劃“立業之本、興業之器、強業之基”。對于低端產品嚴重過剩，高端產品大量依賴進口的高分子材料產業而言，如何轉型升級、創新發展，實現從大到強的歷史性飛躍？
 

 無甲醛釋放脲醛樹脂工業化裝置

    產業大而不強

    據北京化工研究院副院長、教授級高級工程師喬金樑介紹，經過40多年的發展，我國已經成為高分子材料產業大國，產量和消費量均居世界第一位。我國三大合成材料產量從1981年的142萬噸，增長到2013年的8830萬噸。2014年，我國合成樹脂消費量達8700多萬噸，塑料表觀消費量高達9300多萬噸。

    “然而，我國高分子材料產業大而不強。突出表現是低端產品產能過剩，高端產品大量進口。”喬金樑說。

    據介紹，在三大合成材料中，合成纖維的產能過剩已使我國相關產業虧損多年，局面短時間內難以改變。合成橡膠原本供不應求，一直是盈利的行業，但這也促使近年來我國合成橡膠產能快速增長，也出現了供過于求的局面。2013年，我國合成橡膠產能達到509萬噸，全行業開工率只有60%；進口量達到155萬噸，主要是高端產品。2014年，我國合成橡膠產能達到518萬噸，開工率只有57%，進口量148.5萬噸。隨著產能過剩，國內合成橡膠價格快速下跌，全行業出現虧損局面。

    合成樹脂總體過剩現象雖然不像合成纖維和合成橡膠那么嚴重，但是前景也不容樂觀。由于煤化工的高速發展，一些合成材料品種已經嚴重過剩，聚氯乙烯、聚甲醛和聚乙烯醇等行業已嚴重虧損，聚乙烯和聚丙烯等行業也將隨著我國煤制烯烴和美國頁巖氣制烯烴產能的釋放而進入困難時期。我國新的PE和PP產能在不斷釋放，但是高端產品還必須進口。2014年，我國工程塑料消費量達到300多萬噸，其中2/3依賴進口。

    中國工程院院士、華南理工大學教授瞿金平則從技術角度認為我國高分子材料產業大而不強。他表示，我國高分子材料加工產業受制于能源、資源和環境。一是單位產值能耗高；二是受到有限的石油資源限制；三是廢舊高分子材料難以自然降解。“高分子材料產業要想實現可持續發展，就必須在保證材料或制品質量、成本、可靠性的前提下，盡量降低能耗，充分利用資源，減輕對環境的影響。”瞿金平說。
 

    浙江信匯合成新材料有限公司的鹵化丁基膠生產裝置區一角

    科技創新是出路

    高分子材料產業輝煌不再，出路何在？業內專家表示，通過科技創新，實現產品的高端化、市場的國際化，是我國高分子材料產業的出路。

   據了解，近年來，在新材料研發以及工藝技術方面，我國高分子材料行業的科技創新正風生水起。

    其中，中國工程院院士、大連理工大學教授蹇錫高帶領的科研團隊研究開發出了國際前沿的熱塑性樹脂基復合材料。據蹇錫高介紹，采用高性能熱塑性樹脂基復合材料設計飛機彎曲后，多肋結構比傳統熱固性樹脂基復合材料夾心板結構減重10%；同時，熱塑性復合材料類似金屬，可進行熱焊接、熱折彎，使制作成本降低20%。特別是熱塑性復合材料失效后可以回收再利用，解決了熱固性復合材料難以回收再利用的環境污染問題。

    在工藝技術創新方面，瞿金平的科研團隊開展了基于拉伸流變的聚合物加工技術研究，突破了百年來高分子材料以“螺桿”為標志的發展模式，實現了國內外高分子材料成型加工領域的重大創新。

    據了解，基于拉伸流變原理開發的高分子材料塑化輸運方法及工藝設備，其產量比傳統的螺桿擠出機高出25%左右，能耗降低30%左右。由于物料可以在很短的空間內完成壓實、排氣、研磨及塑化，因而設備的尺寸也得以大大減小，物料熱機械歷程比單螺桿擠出機縮短50%以上，設備體積減小2/3左右，同時設備噪音降低至75分貝以下。

    瞿金平表示，該技術緩解了高分子材料加工行業面臨的能源、資源、環境問題。一是縮短了高分子材料加工的熱機械歷程，實現高分子材料產品的綠色低耗加工成型；二是在有效提升高分子原料利用效率的同時，可制備高質量的生物質復合材料，推動生物質資源對石化資源的替代；三是可實現無分揀廢舊塑料合金化加工，提高廢舊塑料的循環利用率。據了解，應用這項技術及設備，可以將塑料原料的60%～70%置換成植物纖維，比如廢棄的中藥渣、甘蔗渣和秸稈等，不僅能極大減少塑料的使用量，減少“白色污染”，而且能實現廢棄資源的有效利用。目前，該項目已建成多套示范工程，實現了工業化生產。

    此外，北京化工大學機電工程學院副院長吳大鳴教授的科研團隊進行了聚合物微尺度制造技術的研究。據了解，他們模仿蚊子口針的原理，研發了聚合物醫用微針，包括實心或空心微米級尺寸的針，可實現高效、無痛給藥；研發的醫用美容微針滾輪，其療效比表層涂敷吸收法可提高4000倍以上。此外，他們還研發了一種基于微透鏡陣列的高效散射材料和高效浸反射材料，在解決照明舒適度的同時，能顯著提高燈具的光照效率。
 

    青島科捷自動化設備有限公司自主研發的龍門機器人，實現了輪胎行業的自動化、智能化生產。

    向智能制造邁進

    “工欲善其事，必先利其器。”業內專家表示，除了在科技創新上下功夫外，我國高分子材料產業還應向智能制造邁進，努力造就智能工廠，實現生產的智能化。

    據了解，當前國內企業研發的一些先進控制系統為高分子材料生產智能化提供了可能。

    其中，浙江精誠模具機械有限公司首創了平模頭流體可視化智能系統（簡稱微互系統），實現了擠出成型的智能化制造。

    據該公司董事長梁斌介紹，微互系統通過整機的流體可視化，實時檢測不同流體應用中的一些條件變化，例如溫度、壓力及不同產能條件下的狀態，結合模擬分析找到最佳工藝契合點，還可隨時啟動預警和排查故障的功能，提供人機交互的系統解決方案。

    “微互系統實現了逆向的系統工程，即從結果導入到過程優化。傳統的習慣是先開機生產再發現問題，然后進行工藝調整，現在通過模擬實驗，發現并解決問題，再開機生產，避免了盲目開機造成的成本浪費。客戶只要把最終想要的產能及工藝效果導入到系統，系統就會提供模擬測試分析，經過多次反復的參數假設研究，改進設計來應對其他的技術難題，幫助用戶縮短新產品研發周期。此外，微互系統還具有完整的數據庫——模頭數據庫的集成。每一套模頭從設計到生產過程中所產生的數據都集成在系統里，并支持數據的存儲和調用。遇到故障可以及時調用分析各項數據，發現并解決問題。因此客戶如果需要工藝調整或者遇到工藝難題，通過數據庫的支持，然后再通過遠程輔助，就可自行解決。”梁斌解釋道。

    改性塑料供應商金發科技股份有限公司開發的生產系統實現了特種工程塑料的智能制造。據該公司曹民博士介紹，金發科技開發了智能自動排程系統（APS）、智能自動配方系統（AFS）、生產過程集中控制系統（MCS），較早實現了信息化與工業化的融合。目前，該公司產品的設計和制造完全根據儀表集散控制要求進行設計，具有監測控制精度高、計量準確、控制方案設計合理的特點，能充分體現特種工程塑料制造的工藝特點和工藝要求。其中主要參數由數字顯示儀表檢測，并傳送到計算機；計算機可采用工控組態軟件，構成顯示和記錄的平臺，將現場上傳的工藝流程及數據進行實時動態畫面顯示，建立數據曲線、報警曲線、歷史數據曲線等。

    青島科捷自動化設備有限公司則開發出機器人技術以實現高分子材料的智能制造。該公司副總經理趙明介紹，公司深入研究輪胎生產成型、硫化、檢測、倉儲等各個工序的生產工藝，成功地研發出了應用于輪胎行業各個工序的多款機器人產品。其“橡膠輪胎智能分揀系統”經中國石油和化學工業聯合會專家委員會鑒定為國際先進水平，屬于國內首創。目前該系統已在正新集團、雙錢集團、賽輪集團、金宇輪胎等公司成功應用，實現了輪胎行業的自動化、智能化生產。如果按照年產1000萬套輪胎計算，應用后將節省人工80%以上，產品混裝錯誤率將由1%降為0.1%，生產效率將提升15%以上。
 

    吉林化纖集團碳谷碳纖維有限公司生產車間

    圍繞節能環保作文章

    針對高分子材料產業未來發展方向，業內專家還指出，應該圍繞節能作文章。

    “未來20～30年，最大的‘新能源’應該是節能。”喬金樑認為，高分子材料可在太陽能和風能的高效利用，以及提高石油采收率的驅油聚合物、頁巖油氣開采用的壓裂液等方面發揮不可替代的作用。例如，以高分子材料生產的低成本表活聚合物可用于三次采油；節能型LED照明和顯示用光擴散材料可以節約大量的電能；采用高分子材料制作的能夠克服“魔三角”的汽車輪胎胎面膠，可以節約大量石油資源。“世界石油消費量的40%用于汽車，而輪胎的滾動阻力占油耗的14.4%，如果滾動阻力下降30%，則可節油約5%。”喬金樑說，“高分子材料在節能的同時，還可大幅度降低污染物的排放。”

    喬金樑表示，高分子材料還可以生產農用大棚膜、地膜和種子包衣等，在農作物增產方面發揮積極作用。另外，在延長食品保質期，減少食品浪費方面，高分子材料的作用更是難以替代。“目前，全世界有近10億人吃不飽飯，同時各國均有大量食品因過期變質而成為需要處理的垃圾。如果高阻隔氧氣或殺菌的低成本材料能大幅度減少食品浪費，人類將不再有糧食短缺問題。這是人類面臨的巨大挑戰，也是高分子材料的發展機遇。”

    同時，高分子材料還可在水資源保護、淡水的制備和收集方面發揮重要作用。例如，高分子材料可以制作海水淡化、污水回用的土工膜；也可制作具有抗菌防霉功能的輸水管道，可以保持水質，防止浪費；具有集水功能的高分子仿生材料有望使空氣中水分的收集成為可能。

    此外，在醫療與保健方面，高分子材料也將發揮不可替代的重要作用。如高分子材料可用于制造衛生用品、醫療器械、醫用導管、人造器官等。另據國外權威機構預測，未來超過20%的塑料制品將采用抗菌防霉材料。抗菌防霉材料在醫療領域的使用比例會更高。

    深圳市塑訊科技有限公司總經理段慶指出：“高能效貫穿塑料從原料、加工、應用，到再生的全過程。對塑料加工企業而言，從材料、設備、工藝優化、工廠管理各個方面都可以實現高能效，而生產過程向任何有利于企業效益的方向發展，同時也意味著能效的提升。”

    【背景資料】

    “十二五”化工新材料十大科技進展

    進展1：鹵化丁基橡膠實現工業化生產。

    2011年，燕山石化鹵化年產3萬噸丁基橡膠投產，結束了我國該膠種全部依賴進口的局面。2012年，浙江信匯合成新材料5萬噸鹵化丁基膠開始生產。

    進展2：世界首套反式異戊橡膠工業化裝置建成。

    采用我國自主技術建設的世界首套萬噸級合成反式異戊橡膠工業化生產裝置在山東青島萊西市李權莊工業園興建，目前全部裝置已經建成。我國是第一個擁有該工業技術的國家，且合成工藝原理也是世界首創。

    進展3：動態硫化橡膠（TPV）實現工業化生產。

    包括汽車高速列車密封用TPV新產品，建筑防水用TPV新產品，汽車傳送帶用TPV新產品。

    進展4:熱致相分離PVDF中空纖維膜。

    TIPS法高性能PVDF中空纖維膜先進制造技術自2013年進入大規模生產與應用階段，至今已實現銷售額過億元，產品已廣泛應用于深度污水處理、工業廢水回用、城市污水回用、海水淡化預處理等80多個項目，日處理水量達到百萬噸。

    進展5:國產滲透汽化膜在多個領域得到應用。

    南京工業大學采用具有良好化學和熱穩定性的多孔陶瓷膜作為支撐體，在其表面復合一層超薄、致密、無缺陷的有機分離層，從而開發了一系列具有自主知識產權的有機/無機復合滲透汽化膜。針對不同的應用體系和過程，復合膜的有機分離層包括疏水性的PDMS膜、親水性的PVA膜以及通過物理摻雜的混合基質膜和化學改性的共混膜。該有機/無機復合膜被應用于多種典型的滲透汽化過程。目前已在異丙醇和酒精脫水中得到應用。

    進展6：聚酰胺1212實現工業化生產。

    聚酰胺（PA）俗稱尼龍，超過10個碳鏈的尼龍稱為長碳鏈尼龍，同普通PA樹脂相比，長鏈PA具有吸水率低、尺寸穩定性好、韌性和柔軟性好、耐磨損性能優異、電性能優異等特點，是目前國內外重點研究發展的領域。迄今為止，目前主要有法國ATO公司生產的PA11和由德國Huls公司、瑞士Emser公司投產的PA12，其他長鏈PA均沒有實現規模化生產。國內自主開發的PA1212性能可完全替代進口PA12和PA11，目前已建成工業化裝置。

    進展7：新型內給電子體聚丙烯。

    世界聚丙烯的生產能力達4000萬噸以上，是世界合成樹脂中產量最大的品種之一。聚丙烯催化劑絕大部分為第四代Ziegler-Natta聚丙烯催化劑，該體系的主催化劑的內給電子體為鄰苯二甲酸酯，現已發現鄰苯二甲酸酯對人體有很大的危害，我國于2003年開發了一類具有新型結構的化合物1，3－二醇酯，經過幾年的研究，發現以該類化合物為內給電子體的催化劑具有活性高（比現有催化劑高40%以上）、共聚性能好等特點。目前已經工業化生產，累計生產新型聚丙烯樹脂300萬噸。中石化成為繼巴塞爾公司之后第二個掌握該技術的企業。

    進展8：對位芳綸和T700碳纖維工程化技術取得突破。

    煙臺氨綸、神馬集團、常州兆達均宣布生產出合格的對位芳綸工業化產品。

    中簡科技、中復神鷹、西安康本、藍星集團都宣布T700產業化裝置建成。

    芳綸重要原料苯二甲酰氯清潔生產工藝也已實現突破。

    進展9：聚丙烯建筑模板已實現應用。

    我國每年生產木質建筑模板約5000萬平方米，若用PP替代，可大量節約木材；鋼模板產量約6000萬平方米，若用PP取代，可大大減輕重量，降低能耗。

    進展10：無甲醛釋放脲醛樹脂實現工業化生產及應用。

    以長鏈多醛預聚物作為脲醛膠的結構改性單元，將這種預聚物引入到脲醛樹脂的反應中，使得脲醛樹脂結構中形成長鏈烷基醚等穩定結構；同時結合后交聯技術的使用，進一步提高人造板的膠結強度，并對樹脂中剩下的微量羥甲基進行封端，消除由羥甲基引起的甲醛釋放。這種新型脲醛樹脂從高分子鏈結構上消除了易于分解釋放甲醛的羥甲基、亞甲基醚等不穩定結構，因此其制造的人造板在使用過程中甲醛的釋放達到≤0.3mg/L，接近零釋放。

責任編輯：李玲珊

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