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合成樹脂是產量和消費量最高的合成材料，其應用滲透人們生產生活的方方面面。經過多年發(fā)展，我國已成為全球最大的合成樹脂生產和消費國。隨著新一輪科技革命和產業(yè)變革加速演進、能源結構加速轉型，合成樹脂產業(yè)遭遇高端產品自給率較低、產能結構性過剩、核心技術不成熟、產品質量難以滿足高端需求等瓶頸。合成樹脂產業(yè)未來技術方向是什么？在近日召開的2024中國石油和化工民營經濟高質量發(fā)展大會上，眾多與會專家學者進行了探討交流。

本版文字由 本報記者 程 強 整理

圖片由 李樹鵬 劉玉福 柯裕清 郭歆琳 提供

高性能工程塑料：創(chuàng)新分子鏈結構，賦予優(yōu)異性能

中國工程院院士蹇錫高說，材料是劃分時代的標志，從石器時代到青銅時代、鐵器時代，再到無機非金屬時代、高分子材料時代、復合材料和功能材料時代，一部材料科技發(fā)展史伴隨著人類發(fā)展史。材料是一切科技載體，一代材料一代裝備。

其中，高分子材料歷史最短、發(fā)展最快、應用最廣。衣、食、住、行、健康、能源等作為現(xiàn)代人類基本需求，其相關產業(yè)所需的高分子材料在未來很長一段時間內，都將保持高需求量。同時，航天強國、海洋強國等戰(zhàn)略實施，對高性能、功能化結構高分子材料的需求量不斷增加。

高分子材料及樹脂基復合材料，突出優(yōu)點是比重小、易加工、耐腐蝕，缺點是實用溫度范圍窄，但很多重要領域需要輕質、高強、耐高溫、耐腐蝕的材料。

我國已經是高分子材料大國，產量和消費量均居世界第一，特別是通用高分子材料基本全部國產化，部分技術達到世界先進水平甚至世界領先水平。但我國還不是高分子材料強國，在高性能高分子材料和功能性高分子材料領域，與國外存在較大差距。未來應重點發(fā)展高性能高分子材料及其復合材料、特種功能性高分子材料、通用高分子材料高性能化或功能化、生物基高分子材料和可回收循環(huán)利用的高分子材料。

塑料按耐熱溫度可分為通用塑料、普通工程塑料、高性能工程塑料。高性能工程塑料是在高溫下仍保持高強、高韌、高絕緣、耐輻照等優(yōu)異綜合性能的高分子材料，是發(fā)展航空航天、艦船、核能、電子電器等高技術和國防軍工不可或缺的重要材料，長期受西方發(fā)達國家壟斷、封鎖。

蹇錫高說，結構決定性能。傳統(tǒng)高性能工程塑料的主要結構是芳環(huán)或芳雜環(huán)，其耐熱性與溶解性成反向變化關系，耐熱性越高，溶解性越差，合成難、成本高，只能熱加工，某些領域應用受限。

已經商業(yè)化的高性能工程塑料品種主要有聚芳醚、聚芳酰胺、聚芳酰亞胺、聚芳酯等。尚在研發(fā)中的有聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、聚苯基三嗪、聚吡嚨等新型芳雜環(huán)聚合物，均未規(guī)?；a。

科學界和工業(yè)界都十分關注開發(fā)既耐高溫又可溶解的新品種，希望實現(xiàn)高性能、低成本、可控制備。

蹇錫高院士團隊開展結構創(chuàng)新，針對聚芳醚溶解性差的問題，從分子結構設計出發(fā)，引入扭曲非共平面結構，改善溶解性；開展工藝創(chuàng)新，針對傳統(tǒng)工藝難以得到高分子量聚芳醚的技術難題，開發(fā)新催化體系和新溶劑體系，提高分子量，創(chuàng)制出既耐高溫又可溶解、綜合性能優(yōu)異的高分子量新型聚芳醚高性能樹脂。

其中，該團隊創(chuàng)制的含二氮雜萘酮結構聚醚砜酮（PPESK）系列，使用溫度達250攝氏度，熱變形溫度比聚醚醚酮（PEEK）高100攝氏度，在250攝氏度時的拉伸強度是PEEK的2.5倍多。開發(fā)的第二代產品為聚芳醚腈類聚合物，形成雜萘聯(lián)苯聚醚腈砜系列（PPENSK），使用溫度達300攝氏度。由于引入強極性氰基側基，耐熱性、阻燃性、機械強度等均顯著提高，可以利用氰基進行交聯(lián)或功能化改性，應用領域更廣。

這些新型高性能樹脂優(yōu)勢明顯：成本低，相當于PEEK的50%~70%；性能高，耐熱等級高，綜合性能優(yōu)異；結構、性能易調控；加工方式多樣化，可熱成型加工，也可溶液加工；應用領域大大擴展，可用于結構件、功能膜、漆、涂料等。

蹇錫高院士團隊在大量實驗基礎上總結出“全芳環(huán)非共平面扭曲的分子鏈結構可賦予聚合物既耐高溫又可溶解的優(yōu)異綜合性能”結論。在此結論的指導下，成功研制出含二氮雜萘酮聯(lián)苯結構二酐、二胺、二酸等系列新單體，進而成功開發(fā)新型聚芳酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚芳酯等系列高性能樹脂，已形成獨具特色的高分子聚合物體系。

雜萘聯(lián)苯高性能樹脂經深加工可用于各類高科技領域，如可在250攝氏度和2500伏電壓下工作的油田柔性加熱電纜、新能源用陰離子交換膜、處理染料廢水的超濾膜、低壓反滲透海水淡化膜等，制備的玻纖增強樹脂基復合材料可在汽車領域替代PEEK，制備的耐磨自潤滑復合材料已用于航空航天高速止推軸承、核主泵動壓滑動軸承瓦面、華龍一號核電機組反應堆冷卻劑泵軸承、高鐵風源壓縮機渦旋動渦卷等。

車用非金屬材：料新能源、輕量化、智能化

中國汽車技術研究中心有限公司首席專家、中汽研中央研究院副院長孟憲明說，我國在新能源汽車領域已形成規(guī)模優(yōu)勢和先發(fā)優(yōu)勢，但新能源汽車增加了“三電”系統(tǒng)和大量智能化設備，大大增加了整車質量，輕量化是新能源汽車節(jié)能減排的現(xiàn)實途徑。

非金屬材料的優(yōu)勢是輕量化、耐腐蝕，允許創(chuàng)新設計，可以提高美學和功能，且加工過程廢料產生較少、可回收，可以減輕環(huán)境負擔。

在相同性能指標下，碳纖維復合材料零部件可以有效減輕汽車整備質量，是絕佳的輕量化材料。碳纖維復合材料具有優(yōu)良的可設計性，有利于未來汽車結構開發(fā)模塊化和平臺化。某國產品牌原型車，全車24處使用碳纖維復合材料共15平方米，減重超500千克；另一品牌汽車采用超級碳艙設計，減輕整車重量的同時，保護乘員艙安全。

以PP（聚丙烯）+GF（玻璃纖維）為代表的玻璃纖維復合材料，已在汽車覆蓋件及框架結構件廣泛應用，如保險杠、前端框架、尾門、座椅靠背、儀表板本體骨架等。

玻纖增強型復合材料板簧在駕駛平穩(wěn)性與NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）行為方面具有更突出的功能優(yōu)勢。某國外品牌汽車懸架采用玻纖/PU（聚氨酯）復合材料橫置板簧，相比螺旋彈簧陣列，減重約4.5千克。相對于鋼材，縱置復合材料板簧可使貨車懸掛系統(tǒng)減重超過100千克。

某國外品牌電動皮卡軟頂面板的大部分全鋁框架被替換為玻纖/礦物增強尼龍6和回收聚合物，將車頂?shù)馁|量減少了1.8千克。某國外品牌越野車車頂采用鋁合金框架和玻纖/PU+蜂窩夾芯+玻纖/PU三明治結構頂棚復合結構，車頂重量僅為4.5千克/平方米，低導熱系數(shù)減少了對熱能的需要，蜂窩支撐結構提供了優(yōu)良的穩(wěn)定性和耐壓強度。

未來車用非金屬材料的發(fā)展方向，一是核心能源材料，如固態(tài)電池需要高性能復合負極材料、復合正極材料、穩(wěn)定電解質材料，燃料電池需要高性能交換膜材料、儲氫材料、有機半導體材料等。二是新型復合材料，從傳統(tǒng)能源出行到電動智能出行再到立體智慧出行，出行方式變革帶來平臺化、集成化、立體化的汽車構型變化，提出輕量化、智能化的用材需求。三是功能化材料，聚焦智能座駕、智能外觀等用戶需求，科技賦能，創(chuàng)新應用場景，發(fā)展功能化材料，提升用戶體驗。

聚烯烴樹脂：結構調控，實現(xiàn)高性能化

中國石化集團公司高級專家宋文波說，由于原料來源豐富、制備加工過程環(huán)境友好、加工方便、易于循環(huán)使用及回收、性能可調范圍寬，近30年來聚烯烴產業(yè)蓬勃發(fā)展，廣泛用于包裝、家居、汽車、家電、建材、醫(yī)衛(wèi)等領域，并不斷拓展。目前，國內聚烯烴樹脂產能增速快，但下游消費不足。未來，聚烯烴仍將長期居合成材料首位，是油轉化的主要下游產品，需要解決的問題是循環(huán)回收利用和性能拓展。

聚烯烴樹脂高性能化技術包括鏈結構調控技術、特種催化劑技術、相結構調控技術等。

利用非對稱加外給電子體技術可以調控聚丙烯分子鏈結構。高熔體強度聚丙烯樹脂在發(fā)泡、熱成型、擠出涂布、吹膜、吹塑等領域的應用是一個高端化方向，提高熔體強度的方法很多，關鍵是成本、品質和加工應用適應性。

常規(guī)聚丙烯中灰分含量在120ppm（1ppm為百萬分之一）以上，利用特種催化劑技術，可以實現(xiàn)直接聚合法制低灰分聚丙烯。

相結構調控，是通過調控聚丙烯中分散相的含量、包藏結構、形態(tài)、尺寸，實現(xiàn)超高抗沖、抗沖透明、耐應力發(fā)白、低收縮、高柔韌等物理性能的調控，提升產品的附加值，是聚丙烯制備技術水平的重要體現(xiàn)。中國石化成功制備了透明抗沖聚丙烯、高光澤抗沖聚丙烯、低收縮聚丙烯、軟質聚丙烯等。

有“塑料黃金”之稱的聚丁烯-1，目前國內年進口量在2.5萬~3萬噸，主要是利安德巴塞爾工業(yè)公司的產品（包括均聚和無規(guī)共聚兩類），用途主要是地暖管材、易揭膜等，也有少量用于聚烯烴改性、膠黏劑等領域。中國石化采用均相本體聚合工藝、高活性高立構定向性催化劑體系，生產均聚及無規(guī)共聚聚丁烯-1產品，適合高黏體體系傳熱、傳質的聚合反應系統(tǒng)，還研發(fā)了聚合物深度靜態(tài)脫揮技術、聚合單體循環(huán)回用技術等。

利用聚烯烴接枝改性技術，中國石化生產了大容量輸電用聚丙烯樹脂。

聚烯烴彈性體（POE）、混合烯烴制微球聚合物等也是烯烴下游高性能合成材料技術研發(fā)方向。

超高分子量聚乙烯：提升技術，拓展應用領域

華誼集團上?；ぱ芯吭簩＜医榻B，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是分子量100萬以上的聚乙烯，外觀為乳白色粉狀物。性能和分子量的關系是：分子量越高，拉伸強度、耐磨性能等越高，但屈服強度、伸長率等越低，加工性能越差。

我國是世界上超高分子量聚乙烯產業(yè)鏈最全的國家，下游產品有纖維、管材、膜材料、板材、型材等。

UHMWPE樹脂耐磨性能優(yōu)異，一般是碳鋼的7倍、銅的27倍、尼龍66的4倍；抗沖擊強度居塑料材料之首，是尼龍的7倍、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）的5倍、聚甲醛的10倍；摩擦系數(shù)低，與聚四氟乙烯相當，是尼龍66的三分之一、聚甲醛的一半。

截至2023年底，全球UHMWPE樹脂總產能約43萬噸/年，其中我國產能約22萬噸/年。2023年我國UHMWPE樹脂凈進口量8.6萬噸，比上年增長16.3%。

國內UHMWPE樹脂投資熱情較高，規(guī)劃在建項目達14個，總產能至少為75萬噸/年，預計2024~2028年，我國新建裝置有62萬噸/年產能投產。

過去5年，全球UHMWPE樹脂需求增長迅速，主要來自新能源汽車等終端應用快速發(fā)展，2018~2023年年均增長率13.1%。2023年全球UHMWPE樹脂消費量總計39.7萬噸，比上年增長6.4%，其中，我國需求量為21.5萬噸，是全球最大消費市場。

全球UHMWPE樹脂還處在快速發(fā)展階段，隨著樹脂解纏結聚合技術與功能化改性技術水平提升，以及下游相關制品加工工藝技術不斷升級，應用領域將逐步拓寬。

我國UHMWPE樹脂第一大消費領域是鋰電池隔膜，2023年消費量為11.6萬噸，占比達54%，較2022年增長23.5%，但我國自主供應仍不足，超半數(shù)隔膜料需要進口。2023年我國新能源汽車銷量949.5萬輛，2025年有望突破1200萬輛。2023年國內鋰電池隔膜出貨量176.9億平方米，產值超250億元，全球市場占有率達80%。在鋰電池四大關鍵材料中，僅隔膜未完全國產化，國內隔膜樹脂需求超10萬噸，但隔膜樹脂及制膜技術被美國塞拉尼斯、韓國大韓油化等公司壟斷，仍依賴進口。

第二大消費領域是板材、異型材與棒材，2023年消費量為4.2萬噸，占比19%，主要用于制作齒輪、滑動座、軸承襯墊、煤倉和滑槽襯里等，制品生產工藝相對簡單，設備投資規(guī)模不大，生產規(guī)模普遍較小。UHMWPE樹脂是“以塑代鋼”的高性能材料，廣泛用于橋梁墊片、海洋浮標、鋼塑管道。UHMWPE樹脂注塑生產異型零部件市場廣闊，與尼龍材料相比可減重15%以上、耐紫外線性能提升3倍。

第三大消費領域是纖維，2023年消費量為3.5萬噸，占比16%，產品有防彈衣、高性能系泊纜、防切割手套等，目前國內纖維用UHMWPE樹脂原料80%以上已經國產化。

UHMWPE纖維是三大高性能纖維之一，是現(xiàn)代防護材料首選，軍民應用前景廣闊。近年來，國家和地方制定了一系列產業(yè)支持政策，促進超高分子量聚乙烯纖維及其復合材料的開發(fā)。

全球UHMWPE纖維產能6.7萬噸/年，我國為4.5萬噸/年，是全球最大生產國，但美國埃萬特、美國霍尼韋爾和日本東洋紡壟斷高端產品技術。我國多家企業(yè)正積極布局擴充產能，預計5年內新增產能4.8萬噸/年。

全球范圍對高強度、高性能UHMWPE纖維需求穩(wěn)步增長。2023年，全球UHMWPE纖維的需求量為5.47萬噸，我國為3.38萬噸，占全球需求的六成以上。UHMWPE纖維的發(fā)展趨勢是高強、功能型、低成本。

第四大消費領域是工業(yè)管材，2023年消費量1.2萬余噸，占比6%，主要用于石油化工、煤炭、采礦、電力等重工業(yè)的液體和氣體輸送，應用增速偏慢。

其他消費領域包括濾材及人工關節(jié)等，由于研發(fā)難度大，應用市場發(fā)展偏慢。