复合材料：科技引领，产业尖端化 工程塑料：专用转变，产品服务化
□ 本刊记者 胡琴
新一届政府“李克强经济学（Likonomics）”的三大支柱是“去杠杆化、结构性改革和避免大规模刺激计划”，如今化工新材料——无论是复合材料还是工程塑料，都已经具备了相应的规模，复合材料更多的是面临如何做“精”和做“尖”的问题，而工程塑料则需要面向客户提供“专用化”服务。在政策的大力推动下，行业转型的步伐将大大超过预期，高端升级指日可待。
复合材料：结构与功能一体化，“设计”为先
复合材料的应用已经普及，随着产品需求的提升，市场对复合材料的要求也越来越高。中国工程院院士、中国复合材料学会理事长杜善义在报告中提到，由于复合材料具备大幅度减重、可设计性、结构整体优化、降低全寿命成本的优点，已经成为现代国防和航空航天领域的重要组成部分。未来，复合材料还将继续在航空航天、船舰、交通、基础设施、能源等领域发挥更大的作用，他表示，到2020年，复合材料在飞机上运用的比重将达到65%。
他指出，材料与结构技术发展的永恒目标是“高性能、低成本、高可靠”，而先进复合材料率先得到应用和转化必须要符合以下要求：结构轻质化、服役热环境极端化、结构功能一体化以及智能化。随着复合材料构件大型化、复杂化发展，自动化铺放技术的进步与推广成为必然趋势，而以非热压罐工艺和液体成型为代表的低成本工艺技术也发挥越来越重要的作用，成为降低复合材料成本的关键，比如波音787就开创了整体机身部件制造的先河。
随着复合材料的发展趋于“平民化”，铺放工艺的自动化将得以促进，而低成本成型的工艺也将得以开发。杜善义认为，新型复合材料在轻质、高比强、高比刚以及多功能等方面具备潜力，未来复合材料科技发展带来的机遇和挑战将在纳米复合材料、超轻点阵材料、拓扑优化材料、智能材料和超材料上得到体现。
同时他提醒，复合材料研发和应用中的瓶颈问题主要集中于高端纤维、性能控制、低成本、回收与循环应用等问题，而高性能碳纤维如何形成特色，并保证优势和成本，是竞争和持续发展的核心问题。他强调，在复合材料设计中，必须要充分考虑设计和制造的一体化，材料和结构的一体化。如今，材料开发和设计工程脱节已经成为复合材料领域亟待解决的问题，“好材料要用好”是重中之重。
作为高性能复合材料应用领域的领头军，波音公司研究与技术中国副总裁伍东扬博士则分享了飞机的下游需求和发展进程。她表示，航空业持续发展面临的挑战主要在于保持和持续提高飞行的安全性，飞机维修保障能力和效率，空域限制和包括噪音、二氧化碳排放以及能源消耗方面的环境因素。复合材料在促进航空业发展的关键技术主要体现在其轻质化特性。
她提到，中国未来二十年民航飞机市场将需要5260架新飞机，价值6700亿美元。而民用飞机机身构造需要持续减轻自身重量，所以更亟待平衡的材料组合，并实现高效生产，持续降低制造成本。未来飞机材料和结构将对集电气、隔热、隔音于一体的多功能材料具有更高要求，并将对材料的结构性能进行多尺度建模和模拟。具有改进性能的创新结构将是飞机应用所期待的重点，并实现随机组合自动化。
伍东扬认为，复合材料在民用航空的应用挑战主要在于以下方面：一、设计和分析；二、电磁辐射的屏蔽；三、热量分布；四、与其他材料（钛、涂层、紧固件等）相结合的技术应用；五、工装设备；六、生产技术；七、维修方法。她表示，波音787项目已经成功地开发和实施了解决这些挑战的方案，未来将对这些方案进行进一步改进和完善。
高性能纤维：产业进程循序渐进，“技术”为导
高性能纤维作为复合材料的重要组成部分，一直是新材料业内关注的焦点，尤其是碳纤维更是势头猛劲。“继T800、T1000之后，HS、M65J等高强、高模碳纤维也得到了充分的重视和发展。”杜善义如是说。
中国石油吉林石化公司研究院付总工程师肖建文分享了聚丙烯腈基（PAN基）碳纤维技术应用和发展，并重点诠释了PAN基碳纤维的技术发展方向。他认为该技术的工艺路线创新在于改进丙烯腈纯聚技术，更好地控制大分子的分子量及分子量分布，从而使碳纤维的性能得到较大提升。
国网智能电网研究院电工新材料及微电子所所长陈新讲述了碳纤维复合芯导线（ACCC）的情况。碳纤维复合芯导线是一种全新概念的架空输电线路用导线，是由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，其在我国电网中的应用，可进一步实现电网的可靠、安全、经济、高效和环境友好的目标。经过多年技术攻关和经验积累，以中国电科院、国网智研院为代表的公司直属科研单位已全部掌握ACCC关键技术，并实现了国产化和工程应用，目前碳纤维复合芯及导线生产厂家接近已20家。
陈新表示，我国碳纤维复合芯导线在价格控制、质量控制、施工工艺及关键材料国产化等方面仍需进一步提升和完善，创新能力、技术水平和市场竞争力仍需进一步提高，逐步实现从粗放型向集约型转变。一、导线价格需逐步调整。2012年，国家电网公司碳纤维复合芯导线的物资采购招标价格为普通钢芯铝绞线的3~4倍。高价格仍是该导线大面积推广应用的制约因素。二、产品质量需加强控制。由于碳纤维复合芯本体离散度大、连续生产工艺要求高、生产工艺标准不统一，考虑国内生产厂家整体技术水平及员工素质，需加强厂家资质、生产工艺审查，以及产品型式试验监督，加大抽检力度，并开展入网评估工作，加强质量检测，严把入网关。三、施工工艺标准需进一步完善。由于碳纤维复合芯导线的弯曲韧性比钢芯铝绞线差，施工工艺与传统导线差异较大，技术要求高，施工不当可造成芯棒损伤或断裂，从而导致断线事故，为降低因施工不当带来的安全隐患，需进一步完善施工工艺标准，并提升施工作业人员素质。
芳纶纤维应用同样是国内炙手可热的领域。烟台泰和新材料股份有限公司副总经理马千里诠释了国产芳纶纤维工程化技术进展及未来发展趋势。他表示，国产间位芳纶的生产技术已经达到世界先进水平，形成万吨级生产规模，居全球第二位；产品结构完整，产业集群已初步形成；建立了全球市场网络，具备国际竞争力。国产对位芳纶千吨级产业化技术已取得突破，实现了基本型纤维的量产；纤维力学性能达到国外基本型产品的指标，具备了可用性。芳纶-Ⅲ的工程化技术取得突破，形成百吨级批量生产能力，初步满足国防军工基本需求。
马千里认为，国产芳纶的主要进展主要体现在：一、间位芳纶卤素含量最低，绝缘性能好；二、芳纶基导电纤维实现了阻燃性与导电性的完美结合；三、逐步进入民用市场，如家居生活、服装服饰、体育休闲等；四、所开发的黑色纤维具有多项优异性能，可应用于高端防护服、防护手套和碳纤维混编织物等。而国产芳纶存在的问题主要为：一、生产技术相对落后；二、产品规格不够全，缺少高端产品；三、产品质量的稳定性不够；四、生产规模相对较小，成本较高；五、价值链不完整，尤其是应用技术发展滞后；六、国产品牌低价竞争，知识产权保护缺失。
他预测，在未来二十年，间位芳纶技术呈现以下态势：2013~2015年着重原料连续合成精馏技术、连续聚合技术、干法纺丝技术；2016~2018年发展芳纶纸规模化生产技术和国产蜂窝结构复合材料制备技术；2019~2022年将开发出纤维“一体化”制备技术和差别化制备技术。而对位芳纶的技术发展，2013~2015年将实现千吨级规模工艺优化和普通等级产品的稳定化生产、高强度和高模量产品制备技术、原料制备技术；2016~2020年具备纤维系列化、差异化制备技术、下游应用技术（机织物、UD和预浸料和复合材料、规模化制备技术）；2021~2025年将发展大规模一体化生产制备技术、航空航天领域规模应用技术和关键大型装备制造技术。
总后勤部军需装备研究所主任周宏则重点讲述了国产对位芳纶纤维制备与应用技术研究。在中国，对位芳纶始于20世纪60年代，兴起于21世纪10年代，现主要应用于个人防护装备、轮胎增强体、工业橡胶制品增强体、光纤绳缆、耐高温材料和复合材料。对位芳纶纤维制备正研制纤维制备稳定化生产技术，开发差别化国产对位芳纶纤维；研发基于国产对位芳纶纤维的防弹复合材料，实现军用人员防弹装备用对位芳纶纤维的国产化；研发基于国产对位芳纶纤维的橡胶复合材料，促进其在工业输送带、汽车胶管等领域中的应用。目前，业内已经突破国产对位芳纶纤维定制化的关键技术，可应用于军用人员防弹装备专用纤维，汽车用胶管和大型工业输送带。国产对位芳纶增强防弹复合材料树脂开发侧重于均衡防弹性能和环保性，而预浸料加工工艺技术则致力于均衡防弹性能和结构刚度。
工程塑料：产品加工转型在即，“服务”领航
中国合成树脂协会秘书长郑垲向参会者展示了如下数据：2012年国内合成树脂产量为5213.3万吨，上涨了5.5%；表观消费量7974.3万吨，同比增长4.9％。塑料制品2012年产量5781.86万吨，同比增长8.99%，但较2011年增幅下降13.36%。2012年共生产薄膜970万吨（其中农用薄膜163万吨、BOPP膜312万吨、BOPA膜10万吨、CPP膜56万吨）；泡沫塑料172万吨；人造革与合成革314万吨；日用塑料462万吨；塑料管道（含管材、管件）产量约1100万吨；以及其他的塑料制品2700多万吨。值得一提的是，改性塑料和高端加工业，去年利润增长明显，主要得益于原材料价格相对较低。
郑垲认为，国内改性行业普遍存在“量有余而质不足”的缺陷。产品技术含量低，同质化严重，造成企业开工率低、盈利水平差，部分市场甚至面临着恶性价格竞争。自主品牌的缺失、同质化、结构失衡、行业集中度低，一直是国内工程塑料的软肋，成为国内产业大而不强、缺乏核心竞争力的关键因素。他建议，高性能塑料产业近期需关注LFT长玻纤增强技术、单一树脂增强技术、结构发泡技术、连续纤维增强材料、多元组分共混改性和3D打印技术。
阻燃剂作为工程塑料行业不可或缺的配套产品，面临日趋严格的防火法规与标准，其需求也不断增长，但因为某些认识误区而发展受限。中国阻燃学会理事韩颂青博士表示，国际上正大力倡导环保型阻燃剂，然而某些组织以一些片面的实验结果为依据夸大了某些阻燃剂如溴系阻燃剂对环境的危害，忽视了火灾本身对生态环境的巨大破坏，是典型的本末倒置。“无卤”并不等于“环保”，环保标签也并不能表示产品确实具有环境友好特性。真正的环保必须具备低碳排放和可回收利用性。聚合型或反应型阻燃剂是环境友好阻燃剂的发展方向之一。
工程塑料加工领域对新型材料的发展也日趋关注。中国轻工机械协会副秘书长、全国橡胶塑料机械标准化技术委员会副主任李坚表示，我国塑料机械行业现在正在经历市场转变，从单纯以机器本身为着眼点向市场需求转变；从模仿、复制向“用户设计”转变；从以设备参数作为衡量依据向为用户量身定制解决方案转变；通用向专用的转变；“生产型”制造向“服务型”制造转变；同时也是行业以国有为主导变为以民营为主导完成后的新的发展过程。
然而，如何让国产塑料机械迅速适应工程塑料和日新月异的新型材料方面的成型需求，是转型中亟待重视和解决的问题。如今，部分国产塑料机械难以应对诸如食品、医药、医疗、军事、光学、航空航天、交通、化工、远洋极地、通讯、电子等行业中的高端需求，甚至包括市政、环保、矿山、农业等行业。对于设备的性能，在可靠性、生产效率、能源利用率、制成品质量、自身安全性及对环境的影响等方面均落后于行业先进国家的设备水平。
李坚认为，国内塑料机械行业必须做到如下几点：一、改变“模仿型”的发展模式，以所服务的工业领域的现实需求和潜在需求为市场导向，形成自主创新的发展模式，引导塑料机械行业为前方用户行业提供交钥匙解决方案；二、在具有行业普遍意义的设备类型上推行节能新技术以降低设备运行能耗；三、发挥市场导向和政策支持的作用，对于长期大量进口的某些核心设备实施国产化替代，从而扭转国际贸易逆差的局面。从而“推动装备制造业由生产型制造向服务型制造转变”。而如今的3D打印，理论上是塑料加工工艺的一次革命，不久将得到我国塑机行业的重视。