高分子材料:如何再现辉煌?

 今年以来,随着《中国制造2025》的发布,在制造强国战略中担纲重任的高分子材料产业也开始谋划“立业之本、兴业之器、强业之基”。对于低端产品严重过剩,高端产品大量依赖进口的高分子材料产业而言,如何转型升级、创新发展,实现从大到强的历史性飞跃?对此,中国化工报记者进行了深入采访。

产业大而不强

据北京化工研究院副院长、教授级高级工程师乔金樑介绍,经过40多年的发展,我国已经成为高分子材料产业大国,产量和消费量均居世界第一位。我国三大合成材料产量从1981年的142万吨,增长到2013年的8830万吨。2014年,我国合成树脂消费量达8700多万吨,塑料表观消费量高达9300多万吨。

“然而,我国高分子材料产业大而不强。突出表现是低端产品产能过剩,高端产品大量进口。”乔金樑说。

据介绍,在三大合成材料中,合成纤维的产能过剩已使我国相关产业亏损多年,局面短时间内难以改变。合成橡胶原本供不应求,一直是盈利的行业,但这也促使近年来我国合成橡胶产能快速增长,也出现了供过于求的局面。2013年,我国合成橡胶产能达到509万吨,全行业开工率只有60%;进口量达到155万吨,主要是高端产品。2014年,我国合成橡胶产能达到518万吨,开工率只有57%,进口量148.5万吨。随着产能过剩,国内合成橡胶价格快速下跌,全行业出现亏损局面。

合成树脂总体过剩现象虽然不像合成纤维和合成橡胶那么严重,但是前景也不容乐观。由于煤化工的高速发展,一些合成材料品种已经严重过剩,聚氯乙烯、聚甲醛和聚乙烯醇等行业已严重亏损,聚乙烯和聚丙烯等行业也将随着我国煤制烯烃和美国页岩气制烯烃产能的释放而进入困难时期。我国新的PE和PP产能在不断释放,但是高端产品还必须进口。2014年,我国工程塑料消费量达到300多万吨,其中2/3依赖进口。

中国工程院院士、华南理工大学教授瞿金平则从技术角度认为我国高分子材料产业大而不强。他表示,我国高分子材料加工产业受制于能源、资源和环境。一是单位产值能耗高;二是受到有限的石油资源限制;三是废旧高分子材料难以自然降解。“高分子材料产业要想实现可持续发展,就必须在保证材料或制品质量、成本、可靠性的前提下,尽量降低能耗,充分利用资源,减轻对环境的影响。”瞿金平说。

科技创新是出路

高分子材料产业辉煌不再,出路何在?业内专家表示,通过科技创新,实现产品的高端化、市场的国际化,是我国高分子材料产业的出路。

中国化工报记者了解到,近年来,在新材料研发以及工艺技术方面,我国高分子材料行业的科技创新正风生水起。

其中,中国工程院院士、大连理工大学教授蹇锡高带领的科研团队研究开发出了国际前沿的热塑性树脂基复合材料。据蹇锡高介绍,采用高性能热塑性树脂基复合材料设计飞机弯曲后,多肋结构比传统热固性树脂基复合材料夹心板结构减重10%;同时,热塑性复合材料类似金属,可进行热焊接、热折弯,使制作成本降低20%。特别是热塑性复合材料失效后可以回收再利用,解决了热固性复合材料难以回收再利用的环境污染问题。

在工艺技术创新方面,瞿金平的科研团队开展了基于拉伸流变的聚合物加工技术研究,突破了百年来高分子材料以“螺杆”为标志的发展模式,实现了国内外高分子材料成型加工领域的重大创新。

据了解,基于拉伸流变原理开发的高分子材料塑化输运方法及工艺设备,其产量比传统的螺杆挤出机高出25%左右,能耗降低30%左右。由于物料可以在很短的空间内完成压实、排气、研磨及塑化,因而设备的尺寸也得以大大减小,物料热机械历程比单螺杆挤出机缩短50%以上,设备体积减小2/3左右,同时设备噪音降低至75分贝以下。

瞿金平表示,该技术缓解了高分子材料加工行业面临的能源、资源、环境问题。一是缩短了高分子材料加工的热机械历程,实现高分子材料产品的绿色低耗加工成型;二是在有效提升高分子原料利用效率的同时,可制备高质量的生物质复合材料,推动生物质资源对石化资源的替代;三是可实现无分拣废旧塑料合金化加工,提高废旧塑料的循环利用率。据了解,应用这项技术及设备,可以将塑料原料的60%~70%置换成植物纤维,比如废弃的中药渣、甘蔗渣和秸秆等,不仅能极大减少塑料的使用量,减少“白色污染”,而且能实现废弃资源的有效利用。目前,该项目已建成多套示范工程,实现了工业化生产。

此外,北京化工大学机电工程学院副院长吴大鸣教授的科研团队进行了聚合物微尺度制造技术的研究。据了解,他们模仿蚊子口针的原理,研发了聚合物医用微针,包括实心或空心微米级尺寸的针,可实现高效、无痛给药;研发的医用美容微针滚轮,其疗效比表层涂敷吸收法可提高4000倍以上。此外,他们还研发了一种基于微透镜阵列的高效散射材料和高效浸反射材料,在解决照明舒适度的同时,能显著提高灯具的光照效率。

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95919000:2017-12-15 20:15:28