化工新材料的三大瓶頸如何突破

文/中國石油和化學工業聯合會副會長 傅向升

化工新材料的三大瓶頸如何突破

文/中國石油和化學工業聯合會副會長 傅向升

新的科技革命和第四次工業革命變革的腳步聲已越來越清晰，尤其是化石能源的頂峰時代已經和正在來臨，新能源及其新能源技術成為當今世界的必然選擇，這就對化工新材料尤其是功能材料提出了現實的需求；中國產業的轉型升級和經濟的健康可持續發展以及實現由制造業大國走向強國的夢想，都離不開化工新材料的特殊保障作用。

三個小故事與化工新材料

先來講幾個小故事：化工新材料與里約奧運會，碳纖維自行車助力中國姑娘實現自行車女子團體金牌零突破，兩位佩戴京劇臉譜的姑娘，用的自行車是泰山集團提供的，一輛車3．5千克，普通人一只手就能抓起來，而強度卻是鋼的50倍，這就是碳纖維自行車。“鯊魚皮”助力孫楊奪金牌，孫楊、寧澤濤以及洪荒少女傅園慧穿的泳衣，其密度比水小，可以增加運動員的浮力，從而減少水中的阻力，這就是用聚氨酯材料做的“鯊魚皮”新泳衣（由閉孔的聚氨酯泡沫制成，每個小孔之間都充了氣）。還有，就是體育場館五顏六色的聚脲涂層（固化快35秒、顏色鮮艷、無毒、耐候、成本低），以及乒乓聚酯纖維新材料。化工新材料與G20，杭州G20峰會有100輛貴賓用車，是鄭州宇通生產的T7高端商務用車，車內的座椅、儀表盤和扶手等內飾件，都是聚氨酯新材料，為冷固化高回彈組合料，具有無味、手感好、耐磨等優點。化工新材料與航天夢，中秋節那晚“天宮二號”的發射場面還記憶猶新，每次發射的航天器的防熱涂層主要包括有機硅樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂等，環境防護涂層主要是聚四氟乙烯，是為了解決航天器的防鹽霧、防濕熱、防霉菌問題。航天員的航天服面料是高級混合纖維制成，具有高強度、耐高溫、抗沖擊、防輻射等特性，夾層還具有自動堵漏功能；手套的手指部位是硅橡膠材料，能夠操作精密儀器；靴子的內層是特氟龍涂層的玻璃纖維，緊接著是25層聚酰亞胺薄膜和玻璃纖維布間隔重疊的材料，保證輕盈和隔熱。

正因為化工新材料性能優異、功能性強、技術含量高，是化學工業技術水平的重要代表，為航空航天、國防軍工、電子信息、高鐵大飛機等尖端領域配套，屬于重要戰略新興產業；同時又為高端裝備制造、新能源、新能源汽車、節能環保等戰略新興產業的發展以及傳統產業的轉型升級提供重要支撐。因此發達國家以及跨國公司都把化工新材料的創新與發展作為核心競爭力的重中之重，知識產權保護和技術封鎖始終是跨國公司占領技術制高點緊緊握在手里一把秘而不宣的鑰匙。中國石化產業產值已連續六年列世界第二、化工已連續六年列世界第一大國，但行業結構性過剩的矛盾十分突出，結構調整和轉型升級的任務還很艱巨，大宗基礎化學品產能嚴重過剩，化工新材料、專用化學品等高端產品市場短缺。傳統化工領域基礎化學品的產能過剩已成為重災區，而化工新材料領域高端化學品的缺乏也嚴重制約著國民經濟重要領域的發展。

化工新材料三大強國與中國的現狀

世界化工新材料總產量超過6000萬噸，總產值超過2萬億元。從產量和產值來看，美國分別占38%、30%，西歐分別占20．6%、19．7%，日本分別占12%、16．8%，即三個國家的產量占世界總產量的70%、產值大于2/3。全球化工50強榜單中，美國、德國、日本三大強國占27席，杜邦、陶氏、巴斯夫、朗盛、科思創、住友化學、東麗、旭化成等跨國公司，都以化工新材料和專用化學品為發展重點。日本化學工業的轉型升級之路是很有借鑒意義的，日本在電子化學品領域處于世界領先水平，高性能膜材料、高性能纖維、工程塑料與特種工程塑料、高端聚烯烴樹脂、高性能橡膠、氟硅樹脂和橡膠等領域具有較高水平。今年跟日本化工界有三次大的交流（4月初與日本經產省產業經濟論壇、8月初與日本同友會座談、9月中中日石化高峰論壇），三菱、住友、三井等日本各大化工公司都有互動，都講到日本化工企業未來的發展重點是化工新材料和專用化學品。

我國一直以來就十分重視化工新材料的研發與產業化，自六五、七五以來一直圍繞國家重點領域和重大工程，組織工程塑料、特種工程塑料、特種纖維、膜材料等方面的技術攻關、中試研究及工業化開發，“十一五”以來氟硅材料、聚氨酯材料、工程塑料、高性能橡膠等行業裝置能力快速增長，先進儲能材料、光伏材料、有機硅等產能居世界前列；但由于核心技術難以攻克、產業化技術掌握不了，一些通用型品種，如板材級聚碳、普通型聚甲醛、T300碳纖維、有機硅甲基單體裝置和產量都不少，但光學級聚碳、精密儀器用高端聚甲醛以及工程塑料尼龍、聚苯硫醚等大部分高端產品始終難以產業化穩定供應，目前國內化工新材料市場的綜合自給率僅約60%，化工新材料領域成為我國石化行業最大的短板，也是我國戰略新興產業發展、重點工程、甚至成為涉及國家安全的重大制約因素。高端產品方面我國和日本的差距很明顯，據統計我國化工新材料的產量比日本多105萬噸，而產值卻少460多億元，差距是何其之大。

三大瓶頸和突破口

我國石化行業的煉油及大宗無機和有機化學品的規模和生產技術水平都可以說與國際水平相當，但代表石化行業先進技術水平的化工新材料行業卻始終與國際水平存在明顯的差距，與國際跨國公司相比差距就更大。主要表現為三大瓶頸：一是高端產品穩定供應難實現，化工新材料行業的高端產品自給率低，工程塑料去年消費421萬噸，自給率只有49%，聚碳去年消費166萬噸，73%是靠進口；高端聚烯烴去年消費922萬噸，進口587萬噸，自給率只有38%；高性能纖維中的碳纖維，國內裝置的開工率只有20%，自給率28．6%；更具有代表性的是高性能膜材料，市場容量約450億元，綜合自給率43%，據統計7大類、12個產品中，自給率不足20%的就有6個，電解用全氟離子交換膜年用量19萬平米，幾乎全部靠進口；全氟燃料電池膜，自給率5%；PVF/PVDF背板保護膜年用量4．1億平米，自給率10%；工業氣體分離膜，自給率13%；反滲透膜年用量約3400萬平米，自給率15%；血液透析膜年用量1100萬平米，自給率18%；二是核心技術久攻不下，我國一直十分重視化工新材料行業，無論是工程塑料、高性能纖維，還是電子化學品、特種化學品，可以說幾十年以來一直組織重點科技攻關，但一些核心技術始終難以攻克，尤其是工業化技術久攻不下，以致嚴重制約著化工新材料行業的發展。工程塑料聚碳酸酯從“六五”開始，以晨光院和常州有機化工廠為主、聚甲醛從“八五”開始，以上海溶劑廠和吉林石井溝聯合化工廠為主，就組織科技攻關，現在國內已有了工業生產裝置，但都是以通用型品種為主，高端品種還是難以連續穩定供應。碳纖維也是從上世紀六十年代起步的，后來又組織高校和企業開展國家級科技攻關，始終也沒有形成連續穩定的工業化生產裝置，目前國內很多廠家都建了碳纖維生產線，T300產品可以提供，T700、T800等高端產品還是難突破技術瓶頸，產品質量不穩定、實際產量低、產品均勻性和穩定性差、成本高等問題始終沒有很好的解決。離子交換膜的研發起步就更早了，是上世紀五十年代后期開始的，一直也沒有形成工業化生產裝置，我國現在是氯堿生產世界第一大國，氯堿行業年需要全氟離子交換膜30-40萬平米，幾乎全部靠進口，當然東岳集團已經開發成功，但大規模工業化應用尚需時日。其他的還有工程塑料尼龍、聚苯硫醚，以及異戊橡膠、光刻膠等。三是關鍵原料久攻不下，如尼龍工程塑料用關鍵原料--己二腈，主要生產工藝分丁二烯法和丙烯腈電解法，國際上丁二烯法為主，因反應流程短、能耗低約占70%，一直被英威達、巴斯夫等少數公司壟斷，我國一直不能掌握其核心技術，產品主要靠進口，嚴重制約著尼龍66的發展。高端聚烯烴去年市場消費922萬噸，進口587萬噸，主要原因也是己烯、辛烯等高碳烯烴依賴進口所致，致使己烯共聚聚乙烯的自給率44%、辛烯共聚聚乙烯的自給率只有8．3%。高性能纖維的PTT（聚對苯二甲酸丙二醇酯），也是長期受原料丙二醇供應不足的影響。