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近日在岳陽舉辦的能源•化工瀟湘科創大會上,中國工程院院士、亞太材料科學院院士蹇錫高以線上方式分享了對高分子材料產業現狀的深入分析及其未來發展趨勢。蹇錫高強調,高分子材料作為現代科技的載體,正處于快速發展階段,中國雖已成為產量大國,但仍需攻克高端技術瓶頸,以實現從大國向強國的轉變。
蹇錫高指出,材料是劃分時代的標志,高分子材料雖是材料科學中發展最晚的一類,但其進步速度迅猛,已廣泛滲透到人類生活的衣食住行、健康、能源等領域。在高端技術如海陸空天以及國防軍工中,高分子材料更是不可或缺,尤其在解決“卡脖子”問題上扮演關鍵角色。 中國已成為高分子材料大國,產量和用量全球第一。在通用高分子材料領域,中國已掌握所有品種,并達到世界先進水平,甚至在某些方面領先。然而問題猶存:高端牌號缺失,整體過剩嚴重。在高性能高分子材料、復合材料和特種功能材料領域,中國與國際先進水平仍有差距,包括品種、產量和質量,還未成為高分子材料強國。 蹇錫高院士展望未來,高分子材料創新需聚焦攻克高端難題。蹇錫高以自身雜萘聯苯高性能工程塑料及其加工應用研發為例,介紹高分子材料的創新實例。高分子材料以及樹脂基復合材料,具有比重小、易加工等突出優點,但缺點是使用溫度范圍窄,易在極端條件下軟化或脆化。很多重要領域需要輕質、高強、耐高溫、耐腐蝕的材料。 蹇錫高進一步按耐熱溫度劃分,高性能工程塑料能在高溫下維持優異性能,是發展高技術和國防軍工急需的重要材料。現廣泛用于陸??仗臁㈦娮与娖骱透呖萍紘李I域,長期受西方壟斷。傳統高性能工程塑料如聚醚醚酮(PEEK)存在耐熱性和溶解性反向關系的問題:耐熱越高,溶解性越差,導致加工困難和成本高。PEEK僅溶于濃硫酸,限制其在復雜成型中的應用。 為解決此問題,蹇錫高院士團隊從分子結構設計入手,開發了新型單體如二氮雜萘酮聯苯酚(DHPZ),其扭曲結構防止結晶,提高玻璃化溫度,實現可溶解性,解決了傳統聚芳醚不能兼具耐高溫可溶解的技術難題。由此衍生出系列聚合物,如聚苯并咪唑醚酮(PPEK)、聚苯并咪唑醚砜(PPES)和含二氮雜萘酮結構聚醚砜酮(PPESK)。這些材料在耐熱性、電性能和耐輻照等方面優于傳統PEEK,且耐濕熱性能出色,適用于極端環境。 在產業化方面,蹇錫高院士團隊于1998年建成100噸/年中試裝置,2002年投產500噸/年工程化裝置,目前正建設2500噸/年規模。以PPESK為例,其拉伸強度達90-122 MPa,玻璃化溫度高出PEEK 120℃以上,熱變形溫度高出100℃,250℃強度是PEEK的2.5倍,該體系獲2003年國家技術發明二等獎。另一示例雜萘聯苯聚醚腈砜系列PPENS強度進一步提升,阻燃性更好,熱變形溫度達270℃以上,綜合性能優,并實現規?;a。該體系獲2011年國家技術發明二等獎、2015年中國發明專利金獎及2016年日內瓦國際發明展特別金獎。 展望高分子材料未來發展趨勢,蹇錫高院士提出幾點建議:一是重點發展高性能高分子和復合材料,尤其在海陸空天、低空經濟、油田和醫用電子領域;二是推進特種功能材料研發,大量為芳烴或芳雜環聚合物;三是通用高分子材料(如聚烯烴)向高性能化和功能化轉型;四是重視生物基高分子材料發展、可回收循環利用的高分子材料,特別是熱固性樹脂,以支持“雙碳”目標。 展望相關石化原料發展趨勢,蹇錫高呼吁加強石化系統中芳烴和雜環芳烴、稠環芳烴的研發應用,利用過剩的脂肪烴、脂肪烯烴(如煤化工產品)開發芳烴及雜環芳烴新型材料。這將推動產業升級,實現科技創新與產業創新深度融合。 蹇錫高表示,高分子材料產業正迎來機遇,中國需因地制宜,發揮優勢,加速從產量大國向技術強國的躍升。 |