合成樹(shù)脂是產(chǎn)量和消費(fèi)量最高的合成材料，其應(yīng)用滲透人們生產(chǎn)生活的方方面面。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，我國(guó)已成為全球最大的合成樹(shù)脂生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進(jìn)、能源結(jié)構(gòu)加速轉(zhuǎn)型，合成樹(shù)脂產(chǎn)業(yè)遭遇高端產(chǎn)品自給率較低、產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過(guò)剩、核心技術(shù)不成熟、產(chǎn)品質(zhì)量難以滿足高端需求等瓶頸。合成樹(shù)脂產(chǎn)業(yè)未來(lái)技術(shù)方向是什么？

高性能工程塑料：創(chuàng)新分子鏈結(jié)構(gòu)，賦予優(yōu)異性能

中國(guó)工程院院士蹇錫高說(shuō)，材料是劃分時(shí)代的標(biāo)志，從石器時(shí)代到青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代，再到無(wú)機(jī)非金屬時(shí)代、高分子材料時(shí)代、復(fù)合材料和功能材料時(shí)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(yīng)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(guān)產(chǎn)業(yè)所需的高分子材料在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，都將保持高需求量。同時(shí)，航天強(qiáng)國(guó)、海洋強(qiáng)國(guó)等戰(zhàn)略實(shí)施，對(duì)高性能、功能化結(jié)構(gòu)高分子材料的需求量不斷增加。

高分子材料及樹(shù)脂基復(fù)合材料，突出優(yōu)點(diǎn)是比重小、易加工、耐腐蝕，缺點(diǎn)是實(shí)用溫度范圍窄，但很多重要領(lǐng)域需要輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕的材料。

我國(guó)已經(jīng)是高分子材料大國(guó)，產(chǎn)量和消費(fèi)量均居世界第一，特別是通用高分子材料基本全部國(guó)產(chǎn)化，部分技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平甚至世界領(lǐng)先水平。但我國(guó)還不是高分子材料強(qiáng)國(guó)，在高性能高分子材料和功能性高分子材料領(lǐng)域，與國(guó)外存在較大差距。未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展高性能高分子材料及其復(fù)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(qiáng)、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(shù)不可或缺的重要材料，長(zhǎng)期受西方發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷、封鎖。

蹇錫高說(shuō)，結(jié)構(gòu)決定性能。傳統(tǒng)高性能工程塑料的主要結(jié)構(gòu)是芳環(huán)或芳雜環(huán)，其耐熱性與溶解性成反向變化關(guān)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(lǐng)域應(yīng)用受限。

已經(jīng)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)模化生產(chǎn)。

科學(xué)界和工業(yè)界都十分關(guān)注開(kāi)發(fā)既耐高溫又可溶解的新品種，希望實(shí)現(xiàn)高性能、低成本、可控制備。

蹇錫高院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)展結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，針對(duì)聚芳醚溶解性差的問(wèn)題，從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，引入扭曲非共平面結(jié)構(gòu)，改善溶解性；開(kāi)展工藝創(chuàng)新，針對(duì)傳統(tǒng)工藝難以得到高分子量聚芳醚的技術(shù)難題，開(kāi)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(shù)脂。

其中，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制的含二氮雜萘酮結(jié)構(gòu)聚醚砜酮（PPESK）系列，使用溫度達(dá)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(shí)的拉伸強(qiáng)度是PEEK的2.5倍多。開(kāi)發(fā)的第二代產(chǎn)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(dá)300攝氏度。由于引入強(qiáng)極性氰基側(cè)基，耐熱性、阻燃性、機(jī)械強(qiáng)度等均顯著提高，可以利用氰基進(jìn)行交聯(lián)或功能化改性，應(yīng)用領(lǐng)域更廣。

這些新型高性能樹(shù)脂優(yōu)勢(shì)明顯：成本低，相當(dāng)于PEEK的50%~70%；性能高，耐熱等級(jí)高，綜合性能優(yōu)異；結(jié)構(gòu)、性能易調(diào)控；加工方式多樣化，可熱成型加工，也可溶液加工；應(yīng)用領(lǐng)域大大擴(kuò)展，可用于結(jié)構(gòu)件、功能膜、漆、涂料等。

蹇錫高院士團(tuán)隊(duì)在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)出“全芳環(huán)非共平面扭曲的分子鏈結(jié)構(gòu)可賦予聚合物既耐高溫又可溶解的優(yōu)異綜合性能”結(jié)論。在此結(jié)論的指導(dǎo)下，成功研制出含二氮雜萘酮聯(lián)苯結(jié)構(gòu)二酐、二胺、二酸等系列新單體，進(jìn)而成功開(kāi)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(shù)脂，已形成獨(dú)具特色的高分子聚合物體系。

雜萘聯(lián)苯高性能樹(shù)脂經(jīng)深加工可用于各類高科技領(lǐng)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(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料可在汽車領(lǐng)域替代PEEK，制備的耐磨自潤(rùn)滑復(fù)合材料已用于航空航天高速止推軸承、核主泵動(dòng)壓滑動(dòng)軸承瓦面、華龍一號(hào)核電機(jī)組反應(yīng)堆冷卻劑泵軸承、高鐵風(fēng)源壓縮機(jī)渦旋動(dòng)渦卷等。

車用非金屬材：料新能源、輕量化、智能化

中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司首席專家、中汽研中央研究院副院長(zhǎng)孟憲明說(shuō)，我國(guó)在新能源汽車領(lǐng)域已形成規(guī)模優(yōu)勢(shì)和先發(fā)優(yōu)勢(shì)，但新能源汽車增加了“三電”系統(tǒng)和大量智能化設(shè)備，大大增加了整車質(zhì)量，輕量化是新能源汽車節(jié)能減排的現(xiàn)實(shí)途徑。

非金屬材料的優(yōu)勢(shì)是輕量化、耐腐蝕，允許創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可以提高美學(xué)和功能，且加工過(guò)程廢料產(chǎn)生較少、可回收，可以減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)。

在相同性能指標(biāo)下，碳纖維復(fù)合材料零部件可以有效減輕汽車整備質(zhì)量，是絕佳的輕量化材料。碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)良的可設(shè)計(jì)性，有利于未來(lái)汽車結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)模塊化和平臺(tái)化。某國(guó)產(chǎn)品牌原型車，全車24處使用碳纖維復(fù)合材料共15平方米，減重超500千克；另一品牌汽車采用超級(jí)碳艙設(shè)計(jì)，減輕整車重量的同時(shí)，保護(hù)乘員艙安全。

以PP（聚丙烯）+GF（玻璃纖維）為代表的玻璃纖維復(fù)合材料，已在汽車覆蓋件及框架結(jié)構(gòu)件廣泛應(yīng)用，如保險(xiǎn)杠、前端框架、尾門、座椅靠背、儀表板本體骨架等。

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

某國(guó)外品牌電動(dòng)皮卡軟頂面板的大部分全鋁框架被替換為玻纖/礦物增強(qiáng)尼龍6和回收聚合物，將車頂?shù)馁|(zhì)量減少了1.8千克。某國(guó)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(jié)構(gòu)頂棚復(fù)合結(jié)構(gòu)，車頂重量?jī)H為4.5千克/平方米，低導(dǎo)熱系數(shù)減少了對(duì)熱能的需要，蜂窩支撐結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)良的穩(wěn)定性和耐壓強(qiáng)度。

未來(lái)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(fù)合負(fù)極材料、復(fù)合正極材料、穩(wěn)定電解質(zhì)材料，燃料電池需要高性能交換膜材料、儲(chǔ)氫材料、有機(jī)半導(dǎo)體材料等。二是新型復(fù)合材料，從傳統(tǒng)能源出行到電動(dòng)智能出行再到立體智慧出行，出行方式變革帶來(lái)平臺(tái)化、集成化、立體化的汽車構(gòu)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(yīng)用場(chǎng)景，發(fā)展功能化材料，提升用戶體驗(yàn)。

聚烯烴樹(shù)脂：結(jié)構(gòu)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)高性能化

中國(guó)石化集團(tuán)公司高級(jí)專家宋文波說(shuō)，由于原料來(lái)源豐富、制備加工過(guò)程環(huán)境友好、加工方便、易于循環(huán)使用及回收、性能可調(diào)范圍寬，近30年來(lái)聚烯烴產(chǎn)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(lǐng)域，并不斷拓展。目前，國(guó)內(nèi)聚烯烴樹(shù)脂產(chǎn)能增速快，但下游消費(fèi)不足。未來(lái)，聚烯烴仍將長(zhǎng)期居合成材料首位，是油轉(zhuǎn)化的主要下游產(chǎn)品，需要解決的問(wèn)題是循環(huán)回收利用和性能拓展。

聚烯烴樹(shù)脂高性能化技術(shù)包括鏈結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)、特種催化劑技術(shù)、相結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)等。

利用非對(duì)稱加外給電子體技術(shù)可以調(diào)控聚丙烯分子鏈結(jié)構(gòu)。高熔體強(qiáng)度聚丙烯樹(shù)脂在發(fā)泡、熱成型、擠出涂布、吹膜、吹塑等領(lǐng)域的應(yīng)用是一個(gè)高端化方向，提高熔體強(qiáng)度的方法很多，關(guān)鍵是成本、品質(zhì)和加工應(yīng)用適應(yīng)性。

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

相結(jié)構(gòu)調(diào)控，是通過(guò)調(diào)控聚丙烯中分散相的含量、包藏結(jié)構(gòu)、形態(tài)、尺寸，實(shí)現(xiàn)超高抗沖、抗沖透明、耐應(yīng)力發(fā)白、低收縮、高柔韌等物理性能的調(diào)控，提升產(chǎn)品的附加值，是聚丙烯制備技術(shù)水平的重要體現(xiàn)。中國(guó)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(zhì)聚丙烯等。

有“塑料黃金”之稱的聚丁烯-1，目前國(guó)內(nèi)年進(jìn)口量在2.5萬(wàn)~3萬(wàn)噸，主要是利安德巴塞爾工業(yè)公司的產(chǎn)品（包括均聚和無(wú)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(lǐng)域。中國(guó)石化采用均相本體聚合工藝、高活性高立構(gòu)定向性催化劑體系，生產(chǎn)均聚及無(wú)規(guī)共聚聚丁烯-1產(chǎn)品，適合高黏體體系傳熱、傳質(zhì)的聚合反應(yīng)系統(tǒng)，還研發(fā)了聚合物深度靜態(tài)脫揮技術(shù)、聚合單體循環(huán)回用技術(shù)等。

利用聚烯烴接枝改性技術(shù)，中國(guó)石化生產(chǎn)了大容量輸電用聚丙烯樹(shù)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(shù)研發(fā)方向。

超高分子量聚乙烯：提升技術(shù)，拓展應(yīng)用領(lǐng)域

華誼集團(tuán)上海化工研究院專家介紹，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是分子量100萬(wàn)以上的聚乙烯，外觀為乳白色粉狀物。性能和分子量的關(guān)系是：分子量越高，拉伸強(qiáng)度、耐磨性能等越高，但屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等越低，加工性能越差。

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

UHMWPE樹(shù)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(qiáng)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(dāng)，是尼龍66的三分之一、聚甲醛的一半。

截至2023年底，全球UHMWPE樹(shù)脂總產(chǎn)能約43萬(wàn)噸/年，其中我國(guó)產(chǎn)能約22萬(wàn)噸/年。2023年我國(guó)UHMWPE樹(shù)脂凈進(jìn)口量8.6萬(wàn)噸，比上年增長(zhǎng)16.3%。

國(guó)內(nèi)UHMWPE樹(shù)脂投資熱情較高，規(guī)劃在建項(xiàng)目達(dá)14個(gè)，總產(chǎn)能至少為75萬(wàn)噸/年，預(yù)計(jì)2024~2028年，我國(guó)新建裝置有62萬(wàn)噸/年產(chǎn)能投產(chǎn)。

過(guò)去5年，全球UHMWPE樹(shù)脂需求增長(zhǎng)迅速，主要來(lái)自新能源汽車等終端應(yīng)用快速發(fā)展，2018~2023年年均增長(zhǎng)率13.1%。2023年全球UHMWPE樹(shù)脂消費(fèi)量總計(jì)39.7萬(wàn)噸，比上年增長(zhǎng)6.4%，其中，我國(guó)需求量為21.5萬(wàn)噸，是全球最大消費(fèi)市場(chǎng)。

全球UHMWPE樹(shù)脂還處在快速發(fā)展階段，隨著樹(shù)脂解纏結(jié)聚合技術(shù)與功能化改性技術(shù)水平提升，以及下游相關(guān)制品加工工藝技術(shù)不斷升級(jí)，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅鸩酵貙挕?

我國(guó)UHMWPE樹(shù)脂第一大消費(fèi)領(lǐng)域是鋰電池隔膜，2023年消費(fèi)量為11.6萬(wàn)噸，占比達(dá)54%，較2022年增長(zhǎng)23.5%，但我國(guó)自主供應(yīng)仍不足，超半數(shù)隔膜料需要進(jìn)口。2023年我國(guó)新能源汽車銷量949.5萬(wàn)輛，2025年有望突破1200萬(wàn)輛。2023年國(guó)內(nèi)鋰電池隔膜出貨量176.9億平方米，產(chǎn)值超250億元，全球市場(chǎng)占有率達(dá)80%。在鋰電池四大關(guān)鍵材料中，僅隔膜未完全國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)隔膜樹(shù)脂需求超10萬(wàn)噸，但隔膜樹(shù)脂及制膜技術(shù)被美國(guó)塞拉尼斯、韓國(guó)大韓油化等公司壟斷，仍依賴進(jìn)口。

第二大消費(fèi)領(lǐng)域是板材、異型材與棒材，2023年消費(fèi)量為4.2萬(wàn)噸，占比19%，主要用于制作齒輪、滑動(dòng)座、軸承襯墊、煤倉(cāng)和滑槽襯里等，制品生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)備投資規(guī)模不大，生產(chǎn)規(guī)模普遍較小。UHMWPE樹(shù)脂是“以塑代鋼”的高性能材料，廣泛用于橋梁墊片、海洋浮標(biāo)、鋼塑管道。UHMWPE樹(shù)脂注塑生產(chǎn)異型零部件市場(chǎng)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(fèi)領(lǐng)域是纖維，2023年消費(fèi)量為3.5萬(wàn)噸，占比16%，產(chǎn)品有防彈衣、高性能系泊纜、防切割手套等，目前國(guó)內(nèi)纖維用UHMWPE樹(shù)脂原料80%以上已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化。

UHMWPE纖維是三大高性能纖維之一，是現(xiàn)代防護(hù)材料首選，應(yīng)用前景廣闊。近年來(lái)，國(guó)家和地方制定了一系列產(chǎn)業(yè)支持政策，促進(jìn)超高分子量聚乙烯纖維及其復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)。

全球UHMWPE纖維產(chǎn)能6.7萬(wàn)噸/年，我國(guó)為4.5萬(wàn)噸/年，是全球最大生產(chǎn)國(guó)，但美國(guó)埃萬(wàn)特、美國(guó)霍尼韋爾和日本東洋紡壟斷高端產(chǎn)品技術(shù)。我國(guó)多家企業(yè)正積極布局?jǐn)U充產(chǎn)能，預(yù)計(jì)5年內(nèi)新增產(chǎn)能4.8萬(wàn)噸/年。

全球范圍對(duì)高強(qiáng)度、高性能UHMWPE纖維需求穩(wěn)步增長(zhǎng)。2023年，全球UHMWPE纖維的需求量為5.47萬(wàn)噸，我國(guó)為3.38萬(wàn)噸，占全球需求的六成以上。UHMWPE纖維的發(fā)展趨勢(shì)是高強(qiáng)、功能型、低成本。

第四大消費(fèi)領(lǐng)域是工業(yè)管材，2023年消費(fèi)量1.2萬(wàn)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(yīng)用增速偏慢。

其他消費(fèi)領(lǐng)域包括濾材及人工關(guān)節(jié)等，由于研發(fā)難度大，應(yīng)用市場(chǎng)發(fā)展偏慢。