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今年以來，隨著《中國制造2025》的發(fā)布，在制造強國戰(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、強業(yè)之基”。對于低端產(chǎn)品嚴(yán)重過剩，高端產(chǎn)品大量依賴進口的高分子材料產(chǎn)業(yè)而言，如何轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展，實現(xiàn)從大到強的歷史性飛躍?對此，中國化工報記者進行了深入采訪。

產(chǎn)業(yè)大而不強

據(jù)北京化工研究院副院長、教授級高級工程師喬金樑介紹，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，我國合成樹脂消費量達8700多萬噸，塑料表觀消費量高達 9300多萬噸。

“然而，我國高分子材料產(chǎn)業(yè)大而不強。突出表現(xiàn)是低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，高端產(chǎn)品大量進口。”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)能達到509萬噸，全行業(yè)開工率只有60%;進口量達到155 萬噸，主要是高端產(chǎn)品。2014年，我國合成橡膠產(chǎn)能達到518萬噸，開工率只有57%，進口量148.5萬噸。隨著產(chǎn)能過剩，國內(nèi)合成橡膠價格快速下跌，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)能的釋放而進入困難時期。我國新的PE和PP產(chǎn)能在不斷釋放，但是高端產(chǎn)品還必須進口。2014年，我國工程塑料消費量達到300多萬噸，其中2/3依賴進口。

中國工程院院士、華南理工大學(xué)教授瞿金平則從技術(shù)角度認為我國高分子材料產(chǎn)業(yè)大而不強。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?！案叻肿硬牧袭a(chǎn)業(yè)要想實現(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，減輕對環(huán)境的影響?！宾慕鹌秸f。

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，實現(xiàn)產(chǎn)品的高端化、市場的國際化，是我國高分子材料產(chǎn)業(yè)的出路。

記者了解到，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)的科研團隊研究開發(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)計飛機彎曲后，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，熱塑性復(fù)合材料類似金屬，可進行熱焊接、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，瞿金平的科研團隊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，基于拉伸流變原理開發(fā)的高分子材料塑化輸運方法及工藝設(shè)備，其產(chǎn)量比傳統(tǒng)的螺桿擠出機高出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、排氣、研磨及塑化，因而設(shè)備的尺寸也得以大大減小，物料熱機械歷程比單螺桿擠出機縮短50%以上，設(shè)備體積減小2/3左右，同時設(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械歷程，實現(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，可制備高質(zhì)量的生物質(zhì)復(fù)合材料，推動生物質(zhì)資源對石化資源的替代;三是可實現(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”，而且能實現(xiàn)廢棄資源的有效利用。目前，該項目已建成多套示范工程，實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

此外，北京化工大學(xué)機電工程學(xué)院副院長吳大鳴教授的科研團隊進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，包括實心或空心微米級尺寸的針，可實現(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，能顯著提高燈具的光照效率。

向智能制造邁進

“工欲善其事，必先利其器?！睒I(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，努力造就智能工廠，實現(xiàn)生產(chǎn)的智能化。

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

其中，浙江精誠模具機械有限公司首創(chuàng)了平模頭流體可視化智能系統(tǒng)(簡稱微互系統(tǒng))，實現(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)通過整機的流體可視化，實時檢測不同流體應(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，還可隨時啟動預(yù)警和排查故障的功能，提供人機交互的系統(tǒng)解決方案。

“微互系統(tǒng)實現(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)慣是先開機生產(chǎn)再發(fā)現(xiàn)問題，然后進行工藝調(diào)整，現(xiàn)在通過模擬實驗，發(fā)現(xiàn)并解決問題，再開機生產(chǎn)，避免了盲目開機造成的成本浪費?？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)就會提供模擬測試分析，經(jīng)過多次反復(fù)的參數(shù)假設(shè)研究，改進設(shè)計來應(yīng)對其他的技術(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，并支持數(shù)據(jù)的存儲和調(diào)用。遇到故障可以及時調(diào)用分析各項數(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，然后再通過遠程輔助，就可自行解決?！绷罕蠼忉尩?。

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)了智能自動排程系統(tǒng) (APS)、智能自動配方系統(tǒng)(AFS)、生產(chǎn)過程集中控制系統(tǒng)(MCS)，較早實現(xiàn)了信息化與工業(yè)化的融合。目前，該公司產(chǎn)品的設(shè)計和制造完全根據(jù)儀表集散控制要求進行設(shè)計，具有監(jiān)測控制精度高、計量準(zhǔn)確、控制方案設(shè)計合理的特點，能充分體現(xiàn)特種工程塑料制造的工藝特點和工藝要求。其中主要參數(shù)由數(shù)字顯示儀表檢測，并傳送到計算機;計算機可采用工控組態(tài)軟件，構(gòu)成顯示和記錄的平臺，將現(xiàn)場上傳的工藝流程及數(shù)據(jù)進行實時動態(tài)畫面顯示，建立數(shù)據(jù)曲線、報警曲線、歷史數(shù)據(jù)曲線等。

青島科捷自動化設(shè)備有限公司則開發(fā)出機器人技術(shù)以實現(xiàn)高分子材料的智能制造。該公司副總經(jīng)理趙明告訴記者，公司深入研究輪胎生產(chǎn)成型、硫化、檢測、倉儲等各個工序的生產(chǎn)工藝，成功地研發(fā)出了應(yīng)用于輪胎行業(yè)各個工序的多款機器人產(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)合會專家委員會鑒定為國際先進水平，屬于國內(nèi)首創(chuàng)。目前該系統(tǒng)已在正新集團、雙錢集團、賽輪集團、金宇輪胎等公司成功應(yīng)用，實現(xiàn)了輪胎行業(yè)的自動化、智能化生產(chǎn)。如果按照年產(chǎn)1000萬套輪胎計算，應(yīng)用后將節(jié)省人工80%以上，產(chǎn)品混裝錯誤率將由1%降為0.1%，生產(chǎn)效率將提升15%以上。

圍繞節(jié)能環(huán)保作文章

針對高分子材料產(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?！眴探饦耪J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。“世界石油消費量的40%用于汽車，而輪胎的滾動阻力占油耗的 14.4%，如果滾動阻力下降30%，則可節(jié)油約5%。”喬金樑說，“高分子材料在節(jié)能的同時，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，減少食品浪費方面，高分子材料的作用更是難以替代?！澳壳?，全世界有近10億人吃不飽飯，同時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，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)展機遇。”

同時，高分子材料還可在水資源保護、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;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)威機構(gòu)預(yù)測，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、工廠管理各個方面都可以實現(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，同時也意味著能效的提升?！?