高分子復材：產業化新型化功能化

　　當前，高分子材料正處于從發展壯大向產業成熟期過渡，并邁向產業中高端的關鍵時期。“十三五”期間，我國高分子材料將會迎來新的挑戰和機遇，在快速發展的同時，應該向復合型、高端型方向邁進，尤其要通過推進具有自主知識產權技術的開發，推動高端高分子復合材料的產業化、新型化、功能化。

　　據統計，目前作為高分子材料典型代表的工程塑料，其產能的年均增長率為39.8%，其中聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)產能的復合年均增長率分別為116.5%、23.9%。但國內特種工程塑料的產能、產量以及市場占有率都很小，原因是在上世紀特種工程塑料已被列為戰略物資，國外對我國實行禁運。

　　與傳統工程塑料相比，應用于航空航天等領域的高端工程塑料往往采用增強劑進一步增強。最常用的增強劑為玻璃纖維、碳纖維。由于玻纖韌性差，對基體材料只有增強作用，并存在制品中玻纖外露等弊端。碳纖維是航空材料中使用最廣泛的增強材料，需要經過纖維表面處理、上漿等多道工序，國內的工藝仍然不能生產品質較好的產品。另外，國內碳纖維的生產技術仍然較為落后，能夠應用于復合材料增強的碳纖維(一般需要T800以上)仍然需要進口，這也是制約我國更高端工程塑料發展的瓶頸之一。由此可見，我國高端聚合物材料的產業化勢在必行。

　　石墨烯的開發，為高端高分子復合材料的開發提供了新的途徑。石墨烯—高分子復合材料的制備工藝相對簡單，流程短、易實現，因此前景極為廣闊。自2004年在實驗中從石墨中分離出石墨烯以來，主要發達國家紛紛掀起研究石墨烯的熱潮。2013年1月，歐盟委員會將石墨烯列為“未來新興技術旗艦項目”之一，10年內提供10億歐元資助，將石墨烯研究提升至戰略高度。IBM、蘋果、三星等巨頭分別成立了石墨烯專題組，將其作為未來產品柔性化、智能化的核心研發材料。可喜的是，我國的石墨烯研究由于起步較早，與發達國家的差距并不是很大。

　　目前，制約國內石墨烯產業發展的最重要因素就是石墨烯生產成本居高不下，原因在于生產石墨烯的原料——高端鱗片石墨的生產技術受到國外壟斷。因此，大力發展石墨烯產業，從而帶動上游石墨產業的發展，實現高端石墨的國產化，對推動我國的科技與社會發展具有深遠的戰略意義。

　　國家在“十二五”規劃中明確將新材料列為重要的戰略新興產業，國家引導石墨烯產業成立了中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟。與此同時，民間資本向石墨烯產業流動，產學研用構架基本形成。為此，我國可以在石墨烯增強的高端工程塑料進行開發研究，并實現產業化。首先圍繞石墨烯—高分子復合材料的基礎理論進行研究，闡明強韌化機理、界面性質等。同時，根據復合材料的性質，開發材料在不同領域的用途。加快石墨烯—高分子復合材料的產業化，在完成小試、中試的基礎上實現規模化生產。

　　同時，由于綠色環保、對人體無毒無害，且改性效果顯著，石墨烯能夠作為改性添加劑制備高分子功能材料，以改變目前高分子功能復合材料使用的添加劑或者助劑往往對環境不友好，或者對人體有毒副作用的現狀。例如目前廣泛使用的導電高分子材料，其中含有重金屬、防腐劑、增韌劑等，這些添加劑對人體都會產生危害。如果能夠結合石墨烯優良的導電性能制備高分子導電功能材料，不僅降低了對環境的污染，也減少了對人體健康的危害。

　　因此，“十三五”期間，我們可以結合石墨烯特殊的光學、電學、熱力學性能來開發高端高分子復合材料。同時，發展高分子材料，需堅持以下幾個原則：

　　一是堅持創新驅動發展，加快以產學研為基礎，以產業化為目標，以企業為主體的創新體系建設，向“功能化、生態化、高端化”的高技術方向發展。二是堅持自主創新，形成具有自主知識產權的高端高分子復合材料的新技術。同時，把提高性能和降低成本在首位，進一步提高要素配置效率和提升要素質量，全面提高全要素生產率。三是堅持個性化、小批量、“私人訂制”，推動新型生產模式和新興業態的快速成長。四是堅持統籌協調、規劃發展綜合資源市場和區位優勢，推動行業有序、系統地發展，進一步優化產業區域布局。

　　總之，新常態下，在謀劃“十三五”規劃時，必須緊緊圍繞國民經濟和社會發展重大需求，以加快高端高分子復合材料的轉型升級為重點，以提高高分子材料自主創新能力為核心，以新材料、新技術、新裝備和新產品為重點，大力實施高分子材料趕超戰略，努力縮小與發達國家差距，大力實施高端化戰略，全面提高高分子材料產業素質。同時，加快完善創新體系建設，大力推進復合化、高端化深度融合，力爭在智能制造、數字制造、網絡制造上取得新的突破，為高分子復合材料進入世界先進國家行列打好基礎。

　　作者：上海交通大學材料科學與工程學院副院長 朱申敏