迄今为止,橡胶制品生产已经有近200年的历史。我国是橡胶制品生产及消费大国,我国橡胶工业已有百年的历史,其总产值已超过万亿元。随着近年来前沿科技的迅猛发展,传统橡胶材料的发展受到一定限制,橡胶新材料愈发受到重视,但是其在发展过程中仍面临很多问题。双循环的新发展格局为橡胶新材料带来了多方面的新挑战和新机遇。
传统橡胶材料发展受限
橡胶曾被称为继石油、铁矿和有色金属之后,工业、科技和人类生活不可或缺的第四大战略资源,其应用领域非常广泛,从航空航天、高铁汽车,到建筑桥梁,从衣食住行到生命健康,从电子通讯再到机器人和人工智能……涉及到生物医疗领域和健康监测领域的水凝胶弹性体及其功能复合材料、可生物降解的轮胎弹性体材料、可节省化石资源的生物基弹性体材料、可高度节省行驶油耗以及电耗的橡胶材料、可抗滑高弹的鞋类弹性体材料,以及可以像金属一样导电导热的弹性体材料、机器人用人工肌肉弹性体材料、跨尺度的弹性体材料基因组设计与制备技术等。
橡胶制品的高性能化、功能化、智能化和绿色化是当前世界橡胶工业的重大主题。橡胶材料科学与工程与资源、环境、能源、生命健康、体育娱乐、人工智能与机器人等诸多事关人类未来重大发展的主题都有着很高的交叉性和关联性,因此未来的发展仍然生机无限。
近年来,随着我国经济的整体发展和科学技术水平的提高,人工智能、新材料(弹性体、纤维、石墨烯)、3D打印、大数据、云计算、前沿汽车科技、智能交通、高铁、智能建筑等一系列前沿科技蓬勃发展。传统的橡胶材料由于受到生产水平和性能不足的限制,已经很难满足现代社会发展的需要,一系列前沿科技也将对橡胶产品市场、生产模式、销售服务模式等产生巨大影响。具有轻量化、功能化、智能化、绿色化的橡胶新材料越来越受到重视。
橡胶工业的原材料分主体材料、骨架材料和助剂材料三大类,这三大材料决定了橡胶产品的特性和功能。橡胶新材料的发展将对橡胶工业的新产品开发,以及制造工艺和装备等产生巨大影响。特别是对于促进橡胶工业智能制造,提高效率和质量,降低能源消耗和减少污染,建设橡胶工业强国,具有重要的战略意义。
我国橡胶新材料的发展仍面临七大问题
新材料是橡胶工业发展的先导,是各个国家和跨国公司都在抢占的一大制高点,是人类进行生产的最根本的物质基础,也是人类衣、住、行以及日常生活用品的最重要原料。目前,新材料技术正在向个性化、绿色化、复合化和多功能化的方向发展。金属、陶瓷、高分子和复合材料快速进步,石墨烯、柔性显示材料、仿生材料、超导材料、智能材料和拓扑材料等层出不穷。世界化工新材料研究已经进入了一个以结构功能关系为研究主线,以功能分子设计、合成到结构组装为特点的新阶段。近年来,不少新材料将投放市场,如具有记忆功能的橡胶和骨架材料、人工设计材料、智能材料、纳米材料、3D打印橡胶材料、石墨烯、碳纤维、超强而且具有橡胶弹性的新型碳素材料等。这些新材料质量更轻、强度更高、回收性和适应性更好。
当前高端橡胶新材料的发展方向主要包括以下几方面:改变材料形态,推动天然胶乳或合成橡胶和白炭黑、黑炭黑和改性木质素湿法混炼胶技术等;发展热塑性弹性体和树脂,采用饱和加氢制备耐高温SEBS和聚烯烃类弹性体、高气体阻隔聚酰胺弹性体、新型聚氨酯橡胶,电子用各种特种橡胶、特种橡胶制品所需的功能性橡胶新材料等;发展第二类天然橡胶,如杜仲橡胶、蒲公英橡胶、银菊橡胶,加快推进异戊橡胶和反式异戊橡胶的产业化及应用等;发展生物及生物基材料,减少石油基材料的使用,如芳纶、碳纤维及M材料的应用,以及生物基尼龙56纤维、生物基弹性体等;发展特异性能新材料,如超强高弹碳素材料、记忆功能和智能材料、石墨烯、陶铝新材料、碳纳米管、碳素纤维、3D打印橡胶材料等。
我国橡胶新材料虽然在“十三五”期间取得了一定成绩,但仍然处于产业链中的低端水平,其发展仍面临七大问题:一是部分橡胶新材料已能够自给,但性能指标、稳定性等与先进水平仍存在差距;二是部分新材料产品单一、系列化程度不高,应用技术研究落后,市场响应能力和技术服务相对欠缺;三是部分新材料受限于上游原料,需要消除关键配套原料的供应瓶颈;四是部分新材料产品出现结构过剩;五是部分新材料产品用户黏性高,下游用户接受新产品缓慢;六是多数企业规模较小,创新能力不强,竞争力弱,研发和设备投入不足;七是战略性、创新性人才短缺,制约了行业发展。
双循环下,营造多“化”的新发展格局
在新发展格局下,随着前沿科技的快速发展,为橡胶新材料带来了产品布局、研发生产及业务模式等机遇。在构建“双循环”的新格局中,将打开更大范围、更高层次、更宽领域的对外开放。整个“十四五”期间,我们都将面临着充满矛盾、充满转型、充满变革的挑战,也将面临着战胜矛盾、加快转型、引领变革的能力考验。紧紧围绕国家和行业减碳绿色环保、高质量发展的需求,积极推动绿色及仿生材料发展,包括生物基原料、医用材料、智能用材料;声光电磁功能材料:消声材料、减震材料、感应材料、柔性材料;特性弹性体材料:防腐、隔热抗寒、耐油密封、高强柔性材料。通过新工艺研究,采用活性自由基技术,实现极性/非极性单体分子结构设计,以及气相聚合技术:气相聚丁二烯+填料共混+直接干燥。
橡胶新材料应顺应高质量发展市场的要求,调整产品结构和布局,改变现有与市场脱节的研发生产及业务模式,增加市场的黏性,使橡胶新材料形成产品轻量化、功能化,牌号系列化;市场竞争全球化、主题多元化、利润均一化;信息透明化、技术扩散化、生产智能化;原料生物化、生产清洁化、产品循环化的新发展格局。