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近日在岳陽舉辦的能源•化工瀟湘科創(chuàng)大會上,中國工程院院士、亞太材料科學(xué)院院士蹇錫高以線上方式分享了對高分子材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的深入分析及其未來發(fā)展趨勢。蹇錫高強調(diào),高分子材料作為現(xiàn)代科技的載體,正處于快速發(fā)展階段,中國雖已成為產(chǎn)量大國,但仍需攻克高端技術(shù)瓶頸,以實現(xiàn)從大國向強國的轉(zhuǎn)變。
蹇錫高指出,材料是劃分時代的標(biāo)志,高分子材料雖是材料科學(xué)中發(fā)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(lǐng)域。在高端技術(shù)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(guān)鍵角色。 中國已成為高分子材料大國,產(chǎn)量和用量全球第一。在通用高分子材料領(lǐng)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(lǐng)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(fù)合材料和特種功能材料領(lǐng)域,中國與國際先進水平仍有差距,包括品種、產(chǎn)量和質(zhì)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(chuàng)新需聚焦攻克高端難題。蹇錫高以自身雜萘聯(lián)苯高性能工程塑料及其加工應(yīng)用研發(fā)為例,介紹高分子材料的創(chuàng)新實例。高分子材料以及樹脂基復(fù)合材料,具有比重小、易加工等突出優(yōu)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(lǐng)域需要輕質(zhì)、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(yōu)異性能,是發(fā)展高技術(shù)和國防軍工急需的重要材料。現(xiàn)廣泛用于陸海空天、電子電器和高科技國防領(lǐng)域,長期受西方壟斷。傳統(tǒng)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(guān)系的問題:耐熱越高,溶解性越差,導(dǎo)致加工困難和成本高。PEEK僅溶于濃硫酸,限制其在復(fù)雜成型中的應(yīng)用。 為解決此問題,蹇錫高院士團隊從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計入手,開發(fā)了新型單體如二氮雜萘酮聯(lián)苯酚(DHPZ),其扭曲結(jié)構(gòu)防止結(jié)晶,提高玻璃化溫度,實現(xiàn)可溶解性,解決了傳統(tǒng)聚芳醚不能兼具耐高溫可溶解的技術(shù)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(jié)構(gòu)聚醚砜酮(PPESK)。這些材料在耐熱性、電性能和耐輻照等方面優(yōu)于傳統(tǒng)PEEK,且耐濕熱性能出色,適用于極端環(huán)境。 在產(chǎn)業(yè)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(chǎn)500噸/年工程化裝置,目前正建設(shè)2500噸/年規(guī)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(shù)發(fā)明二等獎。另一示例雜萘聯(lián)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(yōu),并實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。該體系獲2011年國家技術(shù)發(fā)明二等獎、2015年中國發(fā)明專利金獎及2016年日內(nèi)瓦國際發(fā)明展特別金獎。 展望高分子材料未來發(fā)展趨勢,蹇錫高院士提出幾點建議:一是重點發(fā)展高性能高分子和復(fù)合材料,尤其在海陸空天、低空經(jīng)濟、油田和醫(yī)用電子領(lǐng)域;二是推進特種功能材料研發(fā),大量為芳烴或芳雜環(huán)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(zhuǎn)型;四是重視生物基高分子材料發(fā)展、可回收循環(huán)利用的高分子材料,特別是熱固性樹脂,以支持“雙碳”目標(biāo)。 展望相關(guān)石化原料發(fā)展趨勢,蹇錫高呼吁加強石化系統(tǒng)中芳烴和雜環(huán)芳烴、稠環(huán)芳烴的研發(fā)應(yīng)用,利用過剩的脂肪烴、脂肪烯烴(如煤化工產(chǎn)品)開發(fā)芳烴及雜環(huán)芳烴新型材料。這將推動產(chǎn)業(yè)升級,實現(xiàn)科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合。 蹇錫高表示,高分子材料產(chǎn)業(yè)正迎來機遇,中國需因地制宜,發(fā)揮優(yōu)勢,加速從產(chǎn)量大國向技術(shù)強國的躍升。 |