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复合材料 - 2019年3月25日

膜材企业转型升级还需攻克这些难关

高分子薄膜是一个综合性的塑料产业。高性能的高分子薄膜要求具有良好的综合性能,如光学性能,力学性能(强度,撕裂强度,穿刺强度等);表面性能(如疏水性);阻隔性能,抗变形(残余应力),热力学性能,热收缩性能等。

目前,中国高分子薄膜制造业无论从基础研究还是高端制造方面,都与其他发达国家存在巨大差距。

国内高分子薄膜工业缺乏对高分子薄膜结构——性能——加工每一个分支的研究深度,以及这三者之间内在关系的综合把握。缺乏对材料的深度认识。如聚烯烃产品种类繁多,结构性能差异很大。线性低密度聚乙烯(LLDPE),由于合成催化剂的不同,共聚单体的不同,产品分子结构,结晶过程及性能差异非常之大。

事实上,LLDPE本身就是一个非常复杂的共混物。聚乙烯在实际使用时,大部分情况下都是通过共混实现所需要的加工性能和产品性能。

中国高分子工业的转型升级及高端制造面临的一个重要挑战就是对高分子材料的应用基础研究缺乏深度,企业缺乏综合解决技术问题的能力。具体地讲可概括为以下几个方面:

基础研究严重缺乏

如国产的LLDPE(7042)几乎是市场上用量最大性能最差的薄膜树脂,中国很多企业依赖进口的高端高分子材料。而我们对如何使用这些高端高分子材料及混合使用国产材料和进口高端材料的基础研究上非常缺乏。

笔者认为,企业加强对国外高端材料及国内外材料共混体系的研究和理解,加强对各类高分子薄膜制造的基础问题的深度理解对降低产品成本提升产品性能都是很重要的。

综合解决产品技术问题的能力较差

高分子薄膜的高端制造要求企业对高分子的分子结构-聚集态结构-各种性能-加工工艺关系有深刻的理解。国内的企业严重缺乏这一系列研究,容易成为其转型升级的“拦路虎”。

尽管相对高分子其他产品的制造(如纤维、管材、注塑产品等)高分子薄膜的加工一般来说要复杂很多,涉及到的基础问题也很多,但中国高校及科研单位对高分子薄膜及制造的研究很少,导致我们严重缺乏懂工业制造懂薄膜加工的高分子材料专家。加快培养这一领域的科学家和工程师也是高分子薄膜行业转型升级和高端制造的要求。

相对于其他高分子产品,高分子薄膜的结构——性能——加工条件的关系尤为复杂。其主要原因是高分子薄膜的厚度有限,成膜速度快,成膜工艺差别大,如流延、吹膜、双向拉伸(如BOPP)、单向拉伸(MDO和TDO)和电池隔膜等。

从成膜时材料的状态来看,可以分为无定形材料的加工,结晶材料在熔融态加工,和结晶材料在部分结晶状态下加工。

在熔融加工的条件下,薄膜的结构——性能——工艺之间的关系较为简单。对于半结晶态下单向或双向拉伸加工成型的薄膜,由于存在着复杂的晶体破坏、取向、再结晶等过程,工艺的不同对结构性能的影响差别很大。

产品的研发及生产过程中涉及到很多高分子的基础问题, 如分子结构及分布、链段取向、松弛、取向诱导结晶、系带分子和相容性等问题。就高分子薄膜产品的研发而言,光学,撕裂,穿刺,阻隔等性能和结构及加工条件的研究就显得特别重要。

由于这类共混体系的结构性能及工艺关系非常复杂,很多企业很难做到产品的低成本高性能。这类薄膜产品的晶体和非晶的取向也特别复杂。

此类薄膜高端产品的制造及综合性能的优化(撕裂、穿刺、模量、热收缩、阻隔等)要求对相关的应用基础问题有较深入的认识。

由于中国在高分子薄膜的分子结构——聚集态结构——各种性能——加工工艺关的研究上及其有限,中国很多企业(包括其产学研平台)的剖析能力也非常有限,消化国外高端产品的周期长。这也限制了中国企业比较顺利地转型升级。

标准科学性有待提高

使用的产品标准不科学的现象任然存在,以力学撕裂性能为例,国内高分子薄膜是按直角撕裂表徵撕裂性能,而国际采用Elmendorf撕裂标准。采用直角撕裂在很多的薄膜应用中无法真正反映出薄膜在快速撕裂过程中的性能,导致直角撕裂性能好并不代表薄膜实际使用时的耐撕裂性能好。会误导高端薄膜产品的研发及影响我国的薄膜产品打入国际市场。

中国需要加强材料科学的应用基础研究及先进制造的工艺研究,优化材料配方,在保持相关产品性能的同时减少用材,这对降低成本保护环境都很重要。      

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