當(dāng)前,高分子材料正處于從發(fā)展壯大向產(chǎn)業(yè)成熟期過渡，并邁向產(chǎn)業(yè)中高端的關(guān)鍵時(shí)期。“十三五”期間，我國高分子材料將會(huì)迎來新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，在快速發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)該向復(fù)合型、高端型方向邁進(jìn)，尤其要通過推進(jìn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)的開發(fā)，推動(dòng)高端高分子復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化、新型化、功能化。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前作為高分子材料典型代表的工程塑料，其產(chǎn)能的年均增長率為39.8%，其中聚碳酸酯(PC)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)產(chǎn)能的復(fù)合年均增長率分別為116.5%、23.9%。但國內(nèi)特種工程塑料的產(chǎn)能、產(chǎn)量以及市場(chǎng)占有率都很小，原因是在上世紀(jì)特種工程塑料已被列為戰(zhàn)略物資，國外對(duì)我國實(shí)行禁運(yùn)。
與傳統(tǒng)工程塑料相比，應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域的高端工程塑料往往采用增強(qiáng)劑進(jìn)一步增強(qiáng)。最常用的增強(qiáng)劑為玻璃纖維、碳纖維。由于玻纖韌性差，對(duì)基體材料只有增強(qiáng)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(qiáng)材料，需要經(jīng)過纖維表面處理、上漿等多道工序，國內(nèi)的工藝仍然不能生產(chǎn)品質(zhì)較好的產(chǎn)品。另外，國內(nèi)碳纖維的生產(chǎn)技術(shù)仍然較為落后，能夠應(yīng)用于復(fù)合材料增強(qiáng)的碳纖維(一般需要T800以上)仍然需要進(jìn)口，這也是制約我國更高端工程塑料發(fā)展的瓶頸之一。由此可見，我國高端聚合物材料的產(chǎn)業(yè)化勢(shì)在必行。
石墨烯的開發(fā)，為高端高分子復(fù)合材料的開發(fā)提供了新的途徑。石墨烯—高分子復(fù)合材料的制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，流程短、易實(shí)現(xiàn)，因此前景極為廣闊。自 2004年在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯以來，主要發(fā)達(dá)國家紛紛掀起研究石墨烯的熱潮。2013年1月，歐盟委員會(huì)將石墨烯列為“未來新興技術(shù)旗艦項(xiàng)目” 之一，10年內(nèi)提供10億歐元資助，將石墨烯研究提升至戰(zhàn)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(chǎn)品柔性化、智能化的核心研發(fā)材料。可喜的是，我國的石墨烯研究由于起步較早，與發(fā)達(dá)國家的差距并不是很大。
目前，制約國內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最重要因素就是石墨烯生產(chǎn)成本居高不下，原因在于生產(chǎn)石墨烯的原料——高端鱗片石墨的生產(chǎn)技術(shù)受到國外壟斷。因此，大力發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)，從而帶動(dòng)上游石墨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)高端石墨的國產(chǎn)化，對(duì)推動(dòng)我國的科技與社會(huì)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。
國家在“十二五”規(guī)劃中明確將新材料列為重要的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，國家引導(dǎo)石墨烯產(chǎn)業(yè)成立了中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。與此同時(shí)，民間資本向石墨烯產(chǎn)業(yè)流動(dòng)，產(chǎn)學(xué)研用構(gòu)架基本形成。為此，我國可以在石墨烯增強(qiáng)的高端工程塑料進(jìn)行開發(fā)研究，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。首先圍繞石墨烯—高分子復(fù)合材料的基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究，闡明強(qiáng)韌化機(jī)理、界面性質(zhì)等。同時(shí)，根據(jù)復(fù)合材料的性質(zhì)，開發(fā)材料在不同領(lǐng)域的用途。加快石墨烯—高分子復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化，在完成小試、中試的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。
同時(shí)，由于綠色環(huán)保、對(duì)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(fù)合材料使用的添加劑或者助劑往往對(duì)環(huán)境不友好，或者對(duì)人體有毒副作用的現(xiàn)狀。例如目前廣泛使用的導(dǎo)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(duì)人體都會(huì)產(chǎn)生危害。如果能夠結(jié)合石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性能制備高分子導(dǎo)電功能材料，不僅降低了對(duì)環(huán)境的污染，也減少了對(duì)人體健康的危害。
因此，“十三五”期間，我們可以結(jié)合石墨烯特殊的光學(xué)、電學(xué)、熱力學(xué)性能來開發(fā)高端高分子復(fù)合材料。同時(shí)，發(fā)展高分子材料，需堅(jiān)持以下幾個(gè)原則：
一是堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，加快以產(chǎn)學(xué)研為基礎(chǔ)，以產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，以企業(yè)為主體的創(chuàng)新體系建設(shè)，向“功能化、生態(tài)化、高端化”的高技術(shù)方向發(fā)展。二是堅(jiān)持自主創(chuàng)新，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端高分子復(fù)合材料的新技術(shù)。同時(shí)，把提高性能和降低成本在首位，進(jìn)一步提高要素配置效率和提升要素質(zhì)量，全面提高全要素生產(chǎn)率。三是堅(jiān)持個(gè)性化、小批量、“私人訂制”，推動(dòng)新型生產(chǎn)模式和新興業(yè)態(tài)的快速成長。四是堅(jiān)持統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、規(guī)劃發(fā)展綜合資源市場(chǎng)和區(qū)位優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)行業(yè)有序、系統(tǒng)地發(fā)展，進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)區(qū)域布局。
總之，新常態(tài)下，在謀劃“十三五”規(guī)劃時(shí)，必須緊緊圍繞國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展重大需求，以加快高端高分子復(fù)合材料的轉(zhuǎn)型升級(jí)為重點(diǎn)，以提高高分子材料自主創(chuàng)新能力為核心，以新材料、新技術(shù)、新裝備和新產(chǎn)品為重點(diǎn)，大力實(shí)施高分子材料趕超戰(zhàn)略，努力縮小與發(fā)達(dá)國家差距，大力實(shí)施高端化戰(zhàn)略，全面提高高分子材料產(chǎn)業(yè)素質(zhì)。同時(shí)，加快完善創(chuàng)新體系建設(shè)，大力推進(jìn)復(fù)合化、高端化深度融合，力爭(zhēng)在智能制造、數(shù)字制造、網(wǎng)絡(luò)制造上取得新的突破，為高分子復(fù)合材料進(jìn)入世界先進(jìn)國家行列打好基礎(chǔ)。
