今年以來，隨著《中國制造2025》的發(fā)布，在制造強(qiáng)國戰(zhàn)略中擔(dān)綱重任的高分子材料產(chǎn)業(yè)也開始謀劃“立業(yè)之本、興業(yè)之器、強(qiáng)業(yè)之基”。對(duì)于低端產(chǎn)品嚴(yán)重過剩，高端產(chǎn)品大量依賴進(jìn)口的高分子材料產(chǎn)業(yè)而言，如何轉(zhuǎn)型升級(jí)、創(chuàng)新發(fā)展，實(shí)現(xiàn)從大到強(qiáng)的歷史性飛躍？
 

 無甲醛釋放脲醛樹脂工業(yè)化裝置

    產(chǎn)業(yè)大而不強(qiáng)

    據(jù)北京化工研究院副院長、教授級(jí)高級(jí)工程師喬金樑介紹，經(jīng)過40多年的發(fā)展，我國已經(jīng)成為高分子材料產(chǎn)業(yè)大國，產(chǎn)量和消費(fèi)量均居世界第一位。我國三大合成材料產(chǎn)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(fèi)量達(dá)8700多萬噸，塑料表觀消費(fèi)量高達(dá)9300多萬噸。

    “然而，我國高分子材料產(chǎn)業(yè)大而不強(qiáng)。突出表現(xiàn)是低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，高端產(chǎn)品大量進(jìn)口。”喬金樑說。

    據(jù)介紹，在三大合成材料中，合成纖維的產(chǎn)能過剩已使我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)虧損多年，局面短時(shí)間內(nèi)難以改變。合成橡膠原本供不應(yīng)求，一直是盈利的行業(yè)，但這也促使近年來我國合成橡膠產(chǎn)能快速增長，也出現(xiàn)了供過于求的局面。2013年，我國合成橡膠產(chǎn)能達(dá)到509萬噸，全行業(yè)開工率只有60%；進(jìn)口量達(dá)到155萬噸，主要是高端產(chǎn)品。2014年，我國合成橡膠產(chǎn)能達(dá)到518萬噸，開工率只有57%，進(jìn)口量148.5萬噸。隨著產(chǎn)能過剩，國內(nèi)合成橡膠價(jià)格快速下跌，全行業(yè)出現(xiàn)虧損局面。

    合成樹脂總體過?，F(xiàn)象雖然不像合成纖維和合成橡膠那么嚴(yán)重，但是前景也不容樂觀。由于煤化工的高速發(fā)展，一些合成材料品種已經(jīng)嚴(yán)重過剩，聚氯乙烯、聚甲醛和聚乙烯醇等行業(yè)已嚴(yán)重虧損，聚乙烯和聚丙烯等行業(yè)也將隨著我國煤制烯烴和美國頁巖氣制烯烴產(chǎn)能的釋放而進(jìn)入困難時(shí)期。我國新的PE和PP產(chǎn)能在不斷釋放，但是高端產(chǎn)品還必須進(jìn)口。2014年，我國工程塑料消費(fèi)量達(dá)到300多萬噸，其中2/3依賴進(jìn)口。

    中國工程院院士、華南理工大學(xué)教授瞿金平則從技術(shù)角度認(rèn)為我國高分子材料產(chǎn)業(yè)大而不強(qiáng)。他表示，我國高分子材料加工產(chǎn)業(yè)受制于能源、資源和環(huán)境。一是單位產(chǎn)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(chǎn)業(yè)要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須在保證材料或制品質(zhì)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(duì)環(huán)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(chǎn)裝置區(qū)一角

    科技創(chuàng)新是出路

    高分子材料產(chǎn)業(yè)輝煌不再，出路何在？業(yè)內(nèi)專家表示，通過科技創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高端化、市場(chǎng)的國際化，是我國高分子材料產(chǎn)業(yè)的出路。

   據(jù)了解，近年來，在新材料研發(fā)以及工藝技術(shù)方面，我國高分子材料行業(yè)的科技創(chuàng)新正風(fēng)生水起。

    其中，中國工程院院士、大連理工大學(xué)教授蹇錫高帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)研究開發(fā)出了國際前沿的熱塑性樹脂基復(fù)合材料。據(jù)蹇錫高介紹，采用高性能熱塑性樹脂基復(fù)合材料設(shè)計(jì)飛機(jī)彎曲后，多肋結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)熱固性樹脂基復(fù)合材料夾心板結(jié)構(gòu)減重10%；同時(shí)，熱塑性復(fù)合材料類似金屬，可進(jìn)行熱焊接、熱折彎，使制作成本降低20%。特別是熱塑性復(fù)合材料失效后可以回收再利用，解決了熱固性復(fù)合材料難以回收再利用的環(huán)境污染問題。

    在工藝技術(shù)創(chuàng)新方面，瞿金平的科研團(tuán)隊(duì)開展了基于拉伸流變的聚合物加工技術(shù)研究，突破了百年來高分子材料以“螺桿”為標(biāo)志的發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)外高分子材料成型加工領(lǐng)域的重大創(chuàng)新。

    據(jù)了解，基于拉伸流變?cè)黹_發(fā)的高分子材料塑化輸運(yùn)方法及工藝設(shè)備，其產(chǎn)量比傳統(tǒng)的螺桿擠出機(jī)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(nèi)完成壓實(shí)、排氣、研磨及塑化，因而設(shè)備的尺寸也得以大大減小，物料熱機(jī)械歷程比單螺桿擠出機(jī)縮短50%以上，設(shè)備體積減小2/3左右，同時(shí)設(shè)備噪音降低至75分貝以下。

    瞿金平表示，該技術(shù)緩解了高分子材料加工行業(yè)面臨的能源、資源、環(huán)境問題。一是縮短了高分子材料加工的熱機(jī)械歷程，實(shí)現(xiàn)高分子材料產(chǎn)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(shí)，可制備高質(zhì)量的生物質(zhì)復(fù)合材料，推動(dòng)生物質(zhì)資源對(duì)石化資源的替代；三是可實(shí)現(xiàn)無分揀廢舊塑料合金化加工，提高廢舊塑料的循環(huán)利用率。據(jù)了解，應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)及設(shè)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(shí)現(xiàn)廢棄資源的有效利用。目前，該項(xiàng)目已建成多套示范工程，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

    此外，北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副院長吳大鳴教授的科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了聚合物微尺度制造技術(shù)的研究。據(jù)了解，他們模仿蚊子口針的原理，研發(fā)了聚合物醫(yī)用微針，包括實(shí)心或空心微米級(jí)尺寸的針，可實(shí)現(xiàn)高效、無痛給藥；研發(fā)的醫(yī)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(fā)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(shí)，能顯著提高燈具的光照效率。
 

    青島科捷自動(dòng)化設(shè)備有限公司自主研發(fā)的龍門機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了輪胎行業(yè)的自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)。

    向智能制造邁進(jìn)

    “工欲善其事，必先利其器。”業(yè)內(nèi)專家表示，除了在科技創(chuàng)新上下功夫外，我國高分子材料產(chǎn)業(yè)還應(yīng)向智能制造邁進(jìn)，努力造就智能工廠，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的智能化。

    據(jù)了解，當(dāng)前國內(nèi)企業(yè)研發(fā)的一些先進(jìn)控制系統(tǒng)為高分子材料生產(chǎn)智能化提供了可能。

    其中，浙江精誠模具機(jī)械有限公司首創(chuàng)了平模頭流體可視化智能系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱微互系統(tǒng)），實(shí)現(xiàn)了擠出成型的智能化制造。

    據(jù)該公司董事長梁斌介紹，微互系統(tǒng)通過整機(jī)的流體可視化，實(shí)時(shí)檢測(cè)不同流體應(yīng)用中的一些條件變化，例如溫度、壓力及不同產(chǎn)能條件下的狀態(tài)，結(jié)合模擬分析找到最佳工藝契合點(diǎn)，還可隨時(shí)啟動(dòng)預(yù)警和排查故障的功能，提供人機(jī)交互的系統(tǒng)解決方案。

    “微互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了逆向的系統(tǒng)工程，即從結(jié)果導(dǎo)入到過程優(yōu)化。傳統(tǒng)的習(xí)慣是先開機(jī)生產(chǎn)再發(fā)現(xiàn)問題，然后進(jìn)行工藝調(diào)整，現(xiàn)在通過模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并解決問題，再開機(jī)生產(chǎn)，避免了盲目開機(jī)造成的成本浪費(fèi)?？蛻糁灰炎罱K想要的產(chǎn)能及工藝效果導(dǎo)入到系統(tǒng)，系統(tǒng)就會(huì)提供模擬測(cè)試分析，經(jīng)過多次反復(fù)的參數(shù)假設(shè)研究，改進(jìn)設(shè)計(jì)來應(yīng)對(duì)其他的技術(shù)難題，幫助用戶縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期。此外，微互系統(tǒng)還具有完整的數(shù)據(jù)庫——模頭數(shù)據(jù)庫的集成。每一套模頭從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都集成在系統(tǒng)里，并支持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)和調(diào)用。遇到故障可以及時(shí)調(diào)用分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)并解決問題。因此客戶如果需要工藝調(diào)整或者遇到工藝難題，通過數(shù)據(jù)庫的支持，然后再通過遠(yuǎn)程輔助，就可自行解決。”梁斌解釋道。

    改性塑料供應(yīng)商金發(fā)科技股份有限公司開發(fā)的生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了特種工程塑料的智能制造。據(jù)該公司曹民博士介紹，金發(fā)科技開發(fā)了智能自動(dòng)排程系統(tǒng)（APS）、智能自動(dòng)配方系統(tǒng)（AFS）、生產(chǎn)過程集中控制系統(tǒng)（MCS），較早實(shí)現(xiàn)了信息化與工業(yè)化的融合。目前，該公司產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造完全根據(jù)儀表集散控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有監(jiān)測(cè)控制精度高、計(jì)量準(zhǔn)確、控制方案設(shè)計(jì)合理的特點(diǎn)，能充分體現(xiàn)特種工程塑料制造的工藝特點(diǎn)和工藝要求。其中主要參數(shù)由數(shù)字顯示儀表檢測(cè)，并傳送到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)可采用工控組態(tài)軟件，構(gòu)成顯示和記錄的平臺(tái)，將現(xiàn)場(chǎng)上傳的工藝流程及數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫面顯示，建立數(shù)據(jù)曲線、報(bào)警曲線、歷史數(shù)據(jù)曲線等。

    青島科捷自動(dòng)化設(shè)備有限公司則開發(fā)出機(jī)器人技術(shù)以實(shí)現(xiàn)高分子材料的智能制造。該公司副總經(jīng)理趙明介紹，公司深入研究輪胎生產(chǎn)成型、硫化、檢測(cè)、倉儲(chǔ)等各個(gè)工序的生產(chǎn)工藝，成功地研發(fā)出了應(yīng)用于輪胎行業(yè)各個(gè)工序的多款機(jī)器人產(chǎn)品。其“橡膠輪胎智能分揀系統(tǒng)”經(jīng)中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)專家委員會(huì)鑒定為國際先進(jìn)水平，屬于國內(nèi)首創(chuàng)。目前該系統(tǒng)已在正新集團(tuán)、雙錢集團(tuán)、賽輪集團(tuán)、金宇輪胎等公司成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了輪胎行業(yè)的自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)。如果按照年產(chǎn)1000萬套輪胎計(jì)算，應(yīng)用后將節(jié)省人工80%以上，產(chǎn)品混裝錯(cuò)誤率將由1%降為0.1%，生產(chǎn)效率將提升15%以上。
 

    吉林化纖集團(tuán)碳谷碳纖維有限公司生產(chǎn)車間

    圍繞節(jié)能環(huán)保作文章

    針對(duì)高分子材料產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向，業(yè)內(nèi)專家還指出，應(yīng)該圍繞節(jié)能作文章。

    “未來20～30年，最大的‘新能源’應(yīng)該是節(jié)能。”喬金樑認(rèn)為，高分子材料可在太陽能和風(fēng)能的高效利用，以及提高石油采收率的驅(qū)油聚合物、頁巖油氣開采用的壓裂液等方面發(fā)揮不可替代的作用。例如，以高分子材料生產(chǎn)的低成本表活聚合物可用于三次采油；節(jié)能型LED照明和顯示用光擴(kuò)散材料可以節(jié)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(jié)約大量石油資源。“世界石油消費(fèi)量的40%用于汽車，而輪胎的滾動(dòng)阻力占油耗的14.4%，如果滾動(dòng)阻力下降30%，則可節(jié)油約5%。”喬金樑說，“高分子材料在節(jié)能的同時(shí)，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(chǎn)農(nóng)用大棚膜、地膜和種子包衣等，在農(nóng)作物增產(chǎn)方面發(fā)揮積極作用。另外，在延長食品保質(zhì)期，減少食品浪費(fèi)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(shí)各國均有大量食品因過期變質(zhì)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(fèi)，人類將不再有糧食短缺問題。這是人類面臨的巨大挑戰(zhàn)，也是高分子材料的發(fā)展機(jī)遇。”

    同時(shí)，高分子材料還可在水資源保護(hù)、淡水的制備和收集方面發(fā)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(zhì)，防止浪費(fèi)；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(yī)療與保健方面，高分子材料也將發(fā)揮不可替代的重要作用。如高分子材料可用于制造衛(wèi)生用品、醫(yī)療器械、醫(yī)用導(dǎo)管、人造器官等。另據(jù)國外權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，未來超過20%的塑料制品將采用抗菌防霉材料?？咕烂共牧显卺t(yī)療領(lǐng)域的使用比例會(huì)更高。

    深圳市塑訊科技有限公司總經(jīng)理段慶指出：“高能效貫穿塑料從原料、加工、應(yīng)用，到再生的全過程。對(duì)塑料加工企業(yè)而言，從材料、設(shè)備、工藝優(yōu)化、工廠管理各個(gè)方面都可以實(shí)現(xiàn)高能效，而生產(chǎn)過程向任何有利于企業(yè)效益的方向發(fā)展，同時(shí)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(jìn)展

    進(jìn)展1：鹵化丁基橡膠實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

    2011年，燕山石化鹵化年產(chǎn)3萬噸丁基橡膠投產(chǎn)，結(jié)束了我國該膠種全部依賴進(jìn)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(chǎn)。

    進(jìn)展2：世界首套反式異戊橡膠工業(yè)化裝置建成。

    采用我國自主技術(shù)建設(shè)的世界首套萬噸級(jí)合成反式異戊橡膠工業(yè)化生產(chǎn)裝置在山東青島萊西市李權(quán)莊工業(yè)園興建，目前全部裝置已經(jīng)建成。我國是第一個(gè)擁有該工業(yè)技術(shù)的國家，且合成工藝原理也是世界首創(chuàng)。

    進(jìn)展3：動(dòng)態(tài)硫化橡膠（TPV）實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

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

    進(jìn)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(jìn)制造技術(shù)自2013年進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用階段，至今已實(shí)現(xiàn)銷售額過億元，產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于深度污水處理、工業(yè)廢水回用、城市污水回用、海水淡化預(yù)處理等80多個(gè)項(xiàng)目，日處理水量達(dá)到百萬噸。

    進(jìn)展5:國產(chǎn)滲透汽化膜在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

    南京工業(yè)大學(xué)采用具有良好化學(xué)和熱穩(wěn)定性的多孔陶瓷膜作為支撐體，在其表面復(fù)合一層超薄、致密、無缺陷的有機(jī)分離層，從而開發(fā)了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合滲透汽化膜。針對(duì)不同的應(yīng)用體系和過程，復(fù)合膜的有機(jī)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(zhì)膜和化學(xué)改性的共混膜。該有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜被應(yīng)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(yīng)用。

    進(jìn)展6：聚酰胺1212實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

    聚酰胺（PA）俗稱尼龍，超過10個(gè)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(wěn)定性好、韌性和柔軟性好、耐磨損性能優(yōu)異、電性能優(yōu)異等特點(diǎn)，是目前國內(nèi)外重點(diǎn)研究發(fā)展的領(lǐng)域。迄今為止，目前主要有法國ATO公司生產(chǎn)的PA11和由德國Huls公司、瑞士Emser公司投產(chǎn)的PA12，其他長鏈PA均沒有實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。國內(nèi)自主開發(fā)的PA1212性能可完全替代進(jìn)口PA12和PA11，目前已建成工業(yè)化裝置。

    進(jìn)展7：新型內(nèi)給電子體聚丙烯。

    世界聚丙烯的生產(chǎn)能力達(dá)4000萬噸以上，是世界合成樹脂中產(chǎn)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(nèi)給電子體為鄰苯二甲酸酯，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)鄰苯二甲酸酯對(duì)人體有很大的危害，我國于2003年開發(fā)了一類具有新型結(jié)構(gòu)的化合物1，3－二醇酯，經(jīng)過幾年的研究，發(fā)現(xiàn)以該類化合物為內(nèi)給電子體的催化劑具有活性高（比現(xiàn)有催化劑高40%以上）、共聚性能好等特點(diǎn)。目前已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)，累計(jì)生產(chǎn)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(gè)掌握該技術(shù)的企業(yè)。

    進(jìn)展8：對(duì)位芳綸和T700碳纖維工程化技術(shù)取得突破。

    煙臺(tái)氨綸、神馬集團(tuán)、常州兆達(dá)均宣布生產(chǎn)出合格的對(duì)位芳綸工業(yè)化產(chǎn)品。

    中簡(jiǎn)科技、中復(fù)神鷹、西安康本、藍(lán)星集團(tuán)都宣布T700產(chǎn)業(yè)化裝置建成。

    芳綸重要原料苯二甲酰氯清潔生產(chǎn)工藝也已實(shí)現(xiàn)突破。

    進(jìn)展9：聚丙烯建筑模板已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

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

    進(jìn)展10：無甲醛釋放脲醛樹脂實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。

    以長鏈多醛預(yù)聚物作為脲醛膠的結(jié)構(gòu)改性單元，將這種預(yù)聚物引入到脲醛樹脂的反應(yīng)中，使得脲醛樹脂結(jié)構(gòu)中形成長鏈烷基醚等穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；同時(shí)結(jié)合后交聯(lián)技術(shù)的使用，進(jìn)一步提高人造板的膠結(jié)強(qiáng)度，并對(duì)樹脂中剩下的微量羥甲基進(jìn)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(jié)構(gòu)上消除了易于分解釋放甲醛的羥甲基、亞甲基醚等不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此其制造的人造板在使用過程中甲醛的釋放達(dá)到≤0.3mg/L，接近零釋放。

責(zé)任編輯：李玲珊

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