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結(jié)構(gòu)材料（Structural Material）泛指以力學(xué)性能為基礎(chǔ)，用來制造受力構(gòu)件、結(jié)構(gòu)部件的材料。結(jié)構(gòu)材料在對材料的力學(xué)性能有要求之外，往往針對材料的不同應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用條件、加工條件等有著其他的物理、化學(xué)性能要求。隨著航空航天、交通運(yùn)輸、能源動力等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，為適應(yīng)新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料在持續(xù)地進(jìn)化，高性能結(jié)構(gòu)材料作為新型材料應(yīng)用和工業(yè)制造的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是國際上競爭最激烈的高技術(shù)新材料領(lǐng)域之一。

高性能結(jié)構(gòu)材料可以按照材料大類分為金屬類工程結(jié)構(gòu)材料、先進(jìn)陶瓷材料、高分子合成材料以及復(fù)合材料。本文將就4種典型的高分子類高性能結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行介紹。

01、聚苯硫醚樹脂（PPS）

聚苯硫醚樹脂（PPS）是一種結(jié)晶性新型高性能熱塑性樹脂，具有優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕、耐輻射、阻燃、機(jī)械性能、尺寸穩(wěn)定性以及優(yōu)良的電性能，作為高分子結(jié)構(gòu)材料在電子電器、汽車、機(jī)械、航空航天及化工領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，是工程塑料中耐熱性最好的品種之一。

表-應(yīng)用領(lǐng)域分析

據(jù)美國市場研究機(jī)構(gòu)GVR報告顯示，2018年全球聚苯硫醚（PPS）市場規(guī)模估計為11.9億美元，預(yù)計在2019-2025年P(guān)PS復(fù)合年增長率將達(dá)到8.8%，尤其是汽車輕量化和穩(wěn)定性市場，目前國內(nèi)原料售價約6692美元/噸。

全球主要的生產(chǎn)企業(yè)包括索爾維、Fortron、東麗、DIC、吳羽化學(xué)、新和成等，年產(chǎn)能高達(dá)15萬噸以上。國內(nèi)目前具備穩(wěn)定生產(chǎn)能力的只有浙江新和成、重慶聚獅，以及新投產(chǎn)的兩家企業(yè)：內(nèi)蒙古磐迅和珠海長先，其他基本處于停產(chǎn)狀態(tài)，其中新和成和重慶聚獅是未來極有可能跨入全球PPS產(chǎn)能前五的國內(nèi)PPS企業(yè)。

02、聚醚醚酮樹脂（PEEK）

聚醚醚酮樹脂（PEEK）是1978年由英國帝國化學(xué)工業(yè)公司（ICI）開發(fā)出來的特種高分子材料，具有自潤滑、耐高溫性、阻燃性好、耐腐蝕、耐水解、耐磨損以及抗疲勞等優(yōu)良的綜合性能，在許多特殊領(lǐng)域可以代替陶瓷、金屬等傳統(tǒng)材料，主要應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、電子電器和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。

目前，全球最主要的聚醚醚酮原料廠家為英國威格斯 （Victrex）、德國贏創(chuàng)（Evonik） 和比利時索維爾（Solvay）。另外，美國杜邦（DuPont），德國巴斯夫（BASF）、日本三井東壓化學(xué)（Mitsui Chemicals）、美國爾特普（RTP Company）等公司也都先后發(fā)布了聚醚醚酮的產(chǎn)品。德國贏創(chuàng)公司收購了中國吉大資助研發(fā)的聚醚醚酮研究成果，并與自身研發(fā)工藝結(jié)合，在2007年實現(xiàn)聚醚醚酮產(chǎn)業(yè)化。

經(jīng)過40多年的應(yīng)用開發(fā)，PEEK的產(chǎn)品種類型號、參與企業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域都在不斷拓展，保持較高的行業(yè)增速。但因其價格較高，在特種工程塑料中占有的市場份額較少。歐美主流企業(yè)多年來通過并購和自主開發(fā)（或合作開發(fā)）相結(jié)合的方式，依靠擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模以產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)、積極開發(fā)改性及復(fù)合新產(chǎn)品，以及通過下游產(chǎn)業(yè)的合作開發(fā)來不斷拓展應(yīng)用范圍，尋找出路。

我國目雖然已有PEEK合成的自主研發(fā)技術(shù)，并且一定程度上解決了PEEK原料成本過高的問題。但是我國的PEEK產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展較發(fā)達(dá)國家還有很大差距，尤其在高附加價值下游應(yīng)用的拓展方面，受整體工業(yè)制造能力的限制，難以占據(jù)優(yōu)勢。隨著我國大型飛機(jī)、軌道客車、汽車工業(yè)、醫(yī)療和國防軍工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對于以PEEK為代表的特種工程塑料需求也在不斷提高，尤其在提升高性能產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工能力方面的要求十分迫切。 

03、聚酰亞胺（PI）樹脂

聚酰亞胺（PI）樹脂最早由美國杜邦公司（DuPont）于上世紀(jì)60年代開發(fā)成功，具有突出的耐熱性能、機(jī)械性能和電氣性能。美國國家航空航天局Lewis研究中心（NASA Lewis Research Center）于20世紀(jì)70年代研發(fā)出單體反應(yīng)原位聚合型（PMR）聚酰亞胺樹脂，由于其較優(yōu)的機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu)異的耐溫等級和電性能，以及相對較好的成型加工性能，成為第一種被應(yīng)用于航空用結(jié)構(gòu)件復(fù)合材料樹脂基的聚酰亞胺樹脂材料，顯著提高了整體結(jié)構(gòu)材料的耐溫性能。此后，隨著聚酰亞胺材料的研究和發(fā)展，其作為高性能結(jié)構(gòu)材料被越來越廣泛地應(yīng)用于對輕質(zhì)高強(qiáng)、耐溫性能等要求較高的航空航天等領(lǐng)域。

商用方面，聚酰亞胺樹脂的典型牌號包括美國杜邦公司（Dupont）的Vespel®、Aurum®，比利時索爾維公司（Solvay）的Torlon®，以及美國通用公司（GE）的Ultem®等。航空軍工方面，美國國家航空航天局（NASA）的納迪克酸酐（NA）封端PMR型熱固性樹脂LARC-RP-46，具有397℃的Tg，使用溫度可達(dá)371℃，可作為耐高溫部件應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)冷端和外圍；由美國國家航空航天局Langley研究中心（NASA Langley）開發(fā)出的苯乙炔苯酐（PEPA）型聚酰亞胺樹脂PETI-5，則具有更好的流動性和加工性，并且克服了以往聚酰胺樹脂韌性較弱的缺點(diǎn)，并在高溫條件下3萬小時長期黏結(jié)實驗中表現(xiàn)了優(yōu)異的性能穩(wěn)定性，只是該項目依托于美國高速民航運(yùn)輸機(jī)計劃（HSCT）半路叫停，沒有后續(xù)的應(yīng)用成果消息。此外，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）開發(fā)出的TriA-PI樹脂，采用不對稱二酐作為單體，得到了玻璃化溫度343℃，斷裂伸長率大于14%，綜合性能良好的純樹脂，已經(jīng)在航空領(lǐng)域進(jìn)行試用。

我國的聚酰亞胺樹脂產(chǎn)業(yè)涉及企業(yè)、機(jī)構(gòu)超過60家，在高性能結(jié)構(gòu)類聚酰亞胺樹脂方面以研究開發(fā)為主，其在航空航天方面的應(yīng)用研究主要由國家級別的航空材料研究單位、相關(guān)方向高校以及相關(guān)方向國有大型企業(yè)為主，在技術(shù)上同國外仍有一定差距。

04、聚砜樹脂

聚砜（PSF或PSU）指的是結(jié)構(gòu)中有烴基-SO?-烴基結(jié)構(gòu)單元的一類熱塑性聚合物材料。這類聚合物材料以其良好的韌性和高溫下的穩(wěn)定性聞名。1965年，美國聯(lián)合碳化物公司（Union Carbide）首先將聚砜生產(chǎn)工業(yè)化，由于原材料成本較高，加工較難，聚砜一般用于對材料要求十分苛刻的用途。比利時索爾維（Solvay）是聚砜產(chǎn)品的業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)者，其開發(fā)的Acudel®改性PPSU產(chǎn)品具有197℃的熱變形溫度，且抗沖擊強(qiáng)度優(yōu)于PSU，水解穩(wěn)定性優(yōu)異，耐化學(xué)性良好。其中，Acudel®79000專為飛機(jī)客艙內(nèi)飾件而制備，符合FAA 有關(guān)低釋熱、低發(fā)煙和低毒性氣體排放的嚴(yán)格要求。

我國的聚砜產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然維持在低端產(chǎn)品級別，在高端醫(yī)用結(jié)構(gòu)件、特種性能結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域沒有突破國外的技術(shù)，諸多研發(fā)機(jī)構(gòu)與企業(yè)仍在積極就相關(guān)領(lǐng)域開展攻堅突破工作，希望在產(chǎn)品性能、高端產(chǎn)品成本以及產(chǎn)能上有所突破。