高分子复材：产业化新型化功能化

　　当前，高分子材料正处于从发展壮大向产业成熟期过渡，并迈向产业中高端的关键时期。“十三五”期间，我国高分子材料将会迎来新的挑战和机遇，在快速发展的同时，应该向复合型、高端型方向迈进，尤其要通过推进具有自主知识产权技术的开发，推动高端高分子复合材料的产业化、新型化、功能化。

　　据统计，目前作为高分子材料典型代表的工程塑料，其产能的年均增长率为39.8%，其中聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)产能的复合年均增长率分别为116.5%、23.9%。但国内特种工程塑料的产能、产量以及市场占有率都很小，原因是在上世纪特种工程塑料已被列为战略物资，国外对我国实行禁运。

　　与传统工程塑料相比，应用于航空航天等领域的高端工程塑料往往采用增强剂进一步增强。最常用的增强剂为玻璃纤维、碳纤维。由于玻纤韧性差，对基体材料只有增强作用，并存在制品中玻纤外露等弊端。碳纤维是航空材料中使用最广泛的增强材料，需要经过纤维表面处理、上浆等多道工序，国内的工艺仍然不能生产品质较好的产品。另外，国内碳纤维的生产技术仍然较为落后，能够应用于复合材料增强的碳纤维(一般需要T800以上)仍然需要进口，这也是制约我国更高端工程塑料发展的瓶颈之一。由此可见，我国高端聚合物材料的产业化势在必行。

　　石墨烯的开发，为高端高分子复合材料的开发提供了新的途径。石墨烯—高分子复合材料的制备工艺相对简单，流程短、易实现，因此前景极为广阔。自2004年在实验中从石墨中分离出石墨烯以来，主要发达国家纷纷掀起研究石墨烯的热潮。2013年1月，欧盟委员会将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一，10年内提供10亿欧元资助，将石墨烯研究提升至战略高度。IBM、苹果、三星等巨头分别成立了石墨烯专题组，将其作为未来产品柔性化、智能化的核心研发材料。可喜的是，我国的石墨烯研究由于起步较早，与发达国家的差距并不是很大。

　　目前，制约国内石墨烯产业发展的最重要因素就是石墨烯生产成本居高不下，原因在于生产石墨烯的原料——高端鳞片石墨的生产技术受到国外垄断。因此，大力发展石墨烯产业，从而带动上游石墨产业的发展，实现高端石墨的国产化，对推动我国的科技与社会发展具有深远的战略意义。

　　国家在“十二五”规划中明确将新材料列为重要的战略新兴产业，国家引导石墨烯产业成立了中国石墨烯产业技术创新战略联盟。与此同时，民间资本向石墨烯产业流动，产学研用构架基本形成。为此，我国可以在石墨烯增强的高端工程塑料进行开发研究，并实现产业化。首先围绕石墨烯—高分子复合材料的基础理论进行研究，阐明强韧化机理、界面性质等。同时，根据复合材料的性质，开发材料在不同领域的用途。加快石墨烯—高分子复合材料的产业化，在完成小试、中试的基础上实现规模化生产。

　　同时，由于绿色环保、对人体无毒无害，且改性效果显著，石墨烯能够作为改性添加剂制备高分子功能材料，以改变目前高分子功能复合材料使用的添加剂或者助剂往往对环境不友好，或者对人体有毒副作用的现状。例如目前广泛使用的导电高分子材料，其中含有重金属、防腐剂、增韧剂等，这些添加剂对人体都会产生危害。如果能够结合石墨烯优良的导电性能制备高分子导电功能材料，不仅降低了对环境的污染，也减少了对人体健康的危害。

　　因此，“十三五”期间，我们可以结合石墨烯特殊的光学、电学、热力学性能来开发高端高分子复合材料。同时，发展高分子材料，需坚持以下几个原则：

　　一是坚持创新驱动发展，加快以产学研为基础，以产业化为目标，以企业为主体的创新体系建设，向“功能化、生态化、高端化”的高技术方向发展。二是坚持自主创新，形成具有自主知识产权的高端高分子复合材料的新技术。同时，把提高性能和降低成本在首位，进一步提高要素配置效率和提升要素质量，全面提高全要素生产率。三是坚持个性化、小批量、“私人订制”，推动新型生产模式和新兴业态的快速成长。四是坚持统筹协调、规划发展综合资源市场和区位优势，推动行业有序、系统地发展，进一步优化产业区域布局。

　　总之，新常态下，在谋划“十三五”规划时，必须紧紧围绕国民经济和社会发展重大需求，以加快高端高分子复合材料的转型升级为重点，以提高高分子材料自主创新能力为核心，以新材料、新技术、新装备和新产品为重点，大力实施高分子材料赶超战略，努力缩小与发达国家差距，大力实施高端化战略，全面提高高分子材料产业素质。同时，加快完善创新体系建设，大力推进复合化、高端化深度融合，力争在智能制造、数字制造、网络制造上取得新的突破，为高分子复合材料进入世界先进国家行列打好基础。

　　作者：上海交通大学材料科学与工程学院副院长 朱申敏