加快推進化工新材料領域“四化”轉變

張師軍

在化工材料領域，新一輪科技革命和產業變革通常的驅動因素為市場對化工新材料“四化”的轉變要求，即材料通過高性能化、綠色化、功能化、智能化發展轉變為高端材料。在“四化”轉變進程中，化工新材料發展的新動力、新技術、新產業、新業態、新模式應運而生

在人類社會生活中，材料起著重要作用，人類的發展史也是一部材料的發展史。

現代社會對材料的高性能、綠色化、多功能、智能化提出越來越高的要求，特別是在“雙碳”目標下，對社會產業鏈結構的變化提出挑戰，對材料的節能低碳提出越來越嚴格的要求。化工新材料通常指先進高分子材料及其復合材料，以及化工產業的催化材料，包括工程塑料、高端聚烯烴樹脂、高性能纖維及其復合材料，石墨烯/碳納米管及其復合材料，生物降解高分子材料，3D打印高分子材料，無機晶須及其復合材料。化工新材料應用范圍廣，在汽車、家電、國防軍工、航空航天、電子器件、化工環保、冶金、機械、交通、體育器材、建筑、包裝、醫療衛生、大健康、食品、運輸、辦公器材、農業等領域都有十分重要的應用。

在化工材料領域，新一輪科技革命和產業變革通常的驅動因素為市場對化工新材料“四化”的轉變要求，即材料通過高性能化、綠色化、功能化、智能化發展轉變成為高端材料，在對材料“四化”的需求下，化工新材料發展的新動力、新技術、新產業、新業態、新模式應運而生。

大力創新發展新能源材料

新能源技術的發展模式兼顧高效和綠色，而新能源材料，即正在發展的、可能支持建立新能源系統滿足各種新能源及節能技術特殊要求的材料，也需符合高性能化、綠色化的發展趨勢。在化工新材料領域，大力創新發展新能源材料包括但不限于：鋰電池材料、氫能源相關材料、燃料電池材料、太陽能電池材料，以及風能、地熱、磁流體發電技術所需的材料。

在鋰電材料領域，隔膜作為其關鍵的內層組件之一，通常以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等聚烯烴材料為主；作為石化化工材料主業之一，需持續加大從原材料-加工技術-應用端的全產業鏈攻關力度，打破技術壁壘，提升產品質量（高端化）與自主化程度；針對電池軟包材料，做好鋁塑軟包膜及其加工工藝的開發創新，推動軟包膜自主化高端化進程；做好新型高效電解質，特別是固態電解質的開發工作，進一步提升鋰離子電池的安全性、高效性及耐久性；利用在碳納米管、石墨烯等碳材料的研究基礎來開發制備性能優異的鋰電池電極材料。

氫能源相關材料主要包括制氫、儲氫、運氫及用氫等領域。在儲氫領域，碳質儲氫材料如高比表面積活性炭（AC）、石墨納米纖維（GNF）、碳納米管（CNT）等，具備安全性及儲存效率高等優點，仍需推進創新攻關，推動產業化進程；儲氫瓶領域，更要做好Ⅳ氫瓶用復合材料，包括內膽材料及纖維增強包裹材料及其相關加工工藝的創新開發，特別是做好內膽、增強層及其復合加工新型技術的開拓；汽車用儲氫瓶的內膽通常采用聚乙烯或聚酰胺制備，儲氫瓶外層纏繞的碳纖維，中國石化已經有大絲束碳纖維生產，可以開發高性能的專用牌號。

隨著氫能汽車的發展，燃料電池特別是車用燃料電池，因其將氫燃料的化學能直接轉化為電能，實現了綠色、高效發電，在雙碳政策下前景較好。車用燃料電池的關鍵部件（材料）質子交換膜（離子交換聚合物），通常為全氟磺酸膜及聚四氟乙烯膜等，其性能優劣直接決定了電池性能與使用壽命。為實現氫燃料電池的高效、穩定及自主化發展，要持續加大該類材料及成膜加工技術的攻關力度。

光伏領域，要積極響應分布式光伏發電站的建設計劃，攻關光伏膠膜關鍵材料EVA（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）、POE（聚烯烴彈性體），發展從單體-聚合-加工-應用全產業鏈關鍵技術。目前，我國企業已能夠生產光伏用EVA；中國石化POE中試試生產已成功，2024年可以工業化生產，我們將從催化劑、工藝配方等方面開發光伏用POE專用牌號，以滿足光伏用POE的持續升級要求。提升產品自主化、規模化及高端化程度，也要同時兼顧全產業鏈的綠色生產和低廢發展，為綠水青山貢獻石化力量。對于鈣鈦礦太陽能電池，應注重攻關綠色鈣鈦礦電池的研究應用，進一步提升產品的高效化及產業化，推進“產-學-研-用”一體化進程。

其他形式的新能源支撐材料，如風能領域，要持續優化升級風電葉片產業鏈布局，引導其向高性能化、綠色化發展。如高性能化方面：加大纖維增強尤其是碳纖維增強材料在風能葉片領域的研究與應用性探索、研發新型可替代傳統熱固性材料的風電葉片基體樹脂；“綠色化”的實施進程可包括：推動風電葉片材料的綠色循環與回收利用，建立完善的應用-回收技術體系路線，通過風電葉片上下游全產業鏈共同努力，助力風電葉片輕量化、高性能化、綠色可持續化發展，為我國可再生能源高質量發展添磚加瓦。

發展化工新材料的其他途徑和方向

改變材料結構尤其是凝聚態結構，是實現材料高性能化的另一途徑，從加工技術出發，大力發展先進加工技術；與從材料自身結構出發（聚合角度）相比，先進加工技術為平臺型發展模式，可應用于某類或某幾類結構相似的化工新材料的高性能化進程。如固相加工、取向加工技術、連續纖維增強成套技術、微孔成型發泡技術的創新與應用，均可實現多種類化工新材料（如聚烯烴、工程塑料及可降解材料等）高性能化、輕質化的發展需求。

碳纖維在光伏領域的應用。張師軍 供圖

在實現化工新材料綠色化方面，要同時處理好“可降解”與“可回收”材料的協同利用與高效發展；以應用領域特性劃分，用好“降解”料與“回收”料。例如，在一次性塑料的應用場景中，加快推動可降解材料在農用地膜、外賣餐飲、快遞物流等新興產業的應用，利用石油石化企業自身優勢，做好可降解材料在油田領域應用的示范。針對新興可降解材料，如聚乙醇酸（PGA）等材料，加大科技創新研發力度，著力聚焦“共聚改性”技術及先進加工應用技術創新，進一步拓寬可降解材料的應用領域與市場需求；在此基礎上，要持續推進降解標準的制定與規模化降解裝置的建設，完成可降解材料全產業鏈“落地”。在家電制造、風電葉片、汽車等領域，要重點進行廢舊高分子材料資源化利用的技術布局，注重從物理、化學兩種不同技術路線完成廢舊高分子材料的回收及增值再生；物理回收角度需應對實際需求，解決回收料品質不穩定、降級使用等技術壁壘，持續開發高附加值回收回用技術，如高耐候、可回收材料及其成套技術，多相多組分相容劑及其增容改性技術，并利用先進加工技術對熱固性塑料及交聯橡膠進行解交聯、再利用；化學回收方面，可利用石油石化產業鏈優勢，將廢舊高分子材料逐步轉為石化產品或作為高分子材料的單體原料，如聚焦廢舊塑料催化裂解制備低碳烯烴及利用廢舊塑料制備廢塑料油，進而完成加氫及裂解工藝等新技術新領域的開發創新。此外，在整個回收流程中要關注過程環保，并保證回收過程的可追溯性及回收全流程、再生產品質量控制標準化，支持綠色發展、循環發展，推進生態文明建設。

在化工新材料功能化領域，要持續聚焦應用端需求變化，對材料賦予相應的功能性。例如，面對國家戰略科技力量發展，做好“空、天、陸、海、潛”用相關材料的全產業鏈研究發展，如著重推進特種工程塑料、特種橡膠及高性能碳纖維及其復合材料全產業自主化進程；針對后疫情時代，抓好抗菌性、抗病毒性化工新材料的研發工作；面對汽車工業的電動革命及更多智能家電的日益涌現，對如新能源車用、家電材料、織物、建筑保溫用材料的阻燃功能性開發。

在智能化方面，要針對智能制造需求，持續推進好記憶材料、自修復材料、智能凝膠、仿生材料的研發工作，針對上述領域的前瞻技術進行產業孵化，讓更多智能材料走出象牙塔，孵化于祖國大地，服務于人民生活。

給石化企業的幾點建議

一是加大基礎科學研究力度，研究催化劑聚合裝置、聚合工藝條件的影響，得到對分子鏈結構進行調控和剪裁的技術手段，研究化學組成鏈段結構對材料宏觀性能影響。

二是深入研究材料模擬計算模型的建立及其實驗驗證方面的工作，以盡量縮短化工新材料研究開發的周期，降低開發成本。

三是重視材料加工技術方面的研究，好料制成好材，好材制成好器物，好器物更好用。例如，中國石化聚丙烯固相拉伸取向技術可以制備出性能優異的材料，可以用于制作結構部件，聚丙烯的微孔材料使物品減重，并且其他性能劣化不大，減少聚丙烯的使用量，雙向拉伸聚乙烯改變了過去傳統的聚乙烯吹膜和流延膜的不少缺點，在更廣闊的領域得到應用，可以用于重復回收使用減排減重節能，宜用于塑料的單一單包裝，對環境極為友好。

四是在決策一種化工新材料是否開發時，一定要在它的整個生命周期內評價其優劣，具體包括原料來源、聚合過程、加工過程、使用過程、廢棄過程、回收過程、循環過程，是否可以進行物理循環或化學循環等，以評價材料整個周期的性能表現、資源能耗污染等社會關心的問題，不能僅從某一個階段來決策這個材料是否進行研究開發。

五是促進化工新材料升級換代。有的化工材料是20年前開發定型的，有的甚至更久遠，隨著技術的進步和需求升級，其性能和加工技術都要有更新。例如，碳纖維增強的復合材料的應用，過去通常是熱固型樹脂通過拉擠成型制備用于風電葉片等一些結構件的龍骨等。現在，國際上非常重視開發熱塑性塑料拉擠成型碳纖維復合材料用于風電的結構件等。中國石化有這方面的優勢，可以加強開發研究應用，完善碳纖維產業鏈。

六是要重視合成樹脂循環利用。在重視合成樹脂新產品開發的同時，進行產業鏈的合成樹脂回收利用，這符合國際的潮流和社會的關心。例如，聚丙烯、聚乙烯等樹脂的物理回收和化學循環，特別是聚酰胺和PET的化學回用，這兩種聚合物可以直接制備成單體用于再次聚合為樹脂，可以進行徹底的資源循環利用。要更重視非糧食基的生物基原料生產的可降解塑料（如PGA等）及生物基的合成樹脂開發與應用（如長碳鏈尼龍等）。

七是加大材料應用技術的研究力度。材料的基礎原理研究很重要，但應用技術研究也十分重要，市場是化工新材料是否成功的試金石，一種材料是否能成功，不僅取決于它的性能是否優異，而且要得到市場的應用及認可，不被市場認可的材料不算是一種成功的新材料。

八是許多材料的創新過程，實際上是協同合作的過程。有時是下游應用領域提出了一個全新的性能需求，要求進行分子結構設計、材料結構設計、制品結構設計，企業可以去開發一種化工新材料；有時是企業創新開發出一種全新的化工新材料，要在下游市場找合適的應用場景。因此，產業鏈上下游企業的分工十分重要、合作協同更重要。