第二节 高分子材料在国民经济中的地位和作用
一、材料的重要性［4，13，19］
材料是人类用于制造各种产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。关于材料的重要性，许多专著和文献已经做了很详细的阐述，至少可以归纳为以下三个方面。
1.材料是人类社会进步的里程碑 人类使用材料的历史共经历了八个时代（表1-3）。从图1-5中可以看到，材料的使用
图1-5 人类、材料和技术的演变史［18］
与一个历史时期内人类人口的增长、生产力和科学技术发展水平密切相关。每一种重要材料的发现和广泛使用，都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新水平，给社会生产力和人类生活水平带来巨大的变化，把人类的物质文明和精神文明向前推进一步。
因此，材料科学对社会发展与进步的作用历来受到高度重视。一个国家材料的品种和数量被公认是直接衡量一个国家的科学技术、经济发展水平和人民生活水平的重要标志之一。
表1-3 人类使用材料的历史
2.传统材料是国民经济的基础 自古以来，人类就与材料密切相关，无论饮食、起居、衣着都离不开各种自然界存在的材料。19世纪中叶现代炼钢技术出现以后，金属材料的重要性急剧增加；20世纪中叶，合成高分子材料、无机非金属材料及先进复合材料迅速发展，并形成了金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料多角共存的局面。目前，这四大材料中许多品种已经成为传统材料。
著名材料科学家师昌绪院士指出，凡是传统材料，往往与国民经济支柱产业密不可分。例如，钢铁曾是衡量一个国家实力的重要标志。虽然人类已进入信息时代，但今天在一些工业发达国家，仍然将它视为支柱产业。因为钢具有不可代替的优良性能，其价格又比较低廉。合成纤维、树脂、塑料、橡胶在国民经济中占有非常重要的位置，而且用量逐年增加，这些都属于传统产业。此外，机械制造、造船、机车等莫不是以钢铁及其他传统材料为基础的，所以传统材料是国民经济的基础，不能稍有忽视。
3.新材料是社会现代化的先导 现代社会的进步，在很大程度上都依赖于新材料的发现与发展。科学家的理论蓝图只有凭借合适的材料才能实现，因此新材料是先进技术的先导。自20世纪90年代以来，人们在这方面作出了空前的重要进展。所以将这一历史时期称为“新材料时代”。新材料的研究、开发与应用反映着一个国家科学技术与工业水平，对人类社会的文明与经济的发展，起着不可估量的作用。正如师昌绪院士所言，“没有半导体和其他功能材料，就不会有今天的信息社会，没有高温和超高温材料及高比强度、高比刚度材料，就不会有今天的航天航空技术，从而全球经济的一体化、人类社会的繁荣往往就会发生很大困难”。因此20世纪70年代，材料、电子信息和能源被誉为当代文明的三大支柱。80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。
二、高分子材料在国民经济和科学技术中的地位和作用［3，13］
自从20世纪30年代现代高分子概念正式确立后，高分子材料以其独特的优势迅速工业化并发展起来，并广泛应用于人类的衣食住行和各产业领域。人们认识到，高分子材料作为四大材料之一，除了具有上述材料的重要性外，至少还具有以下三个方面的特点。
1.高分子材料比传统材料发展迅速 虽然高分子材料工业直到20世纪30年代高分子学科建立后才步入真正的发展阶段，然而由于高分子材料原料丰富、制造方便、加工容易、品种繁多、形态多样、性能优异以及在生产和应用领域所需的投资低，经济效益显著，因此其发展速度和空间远远超过其他传统材料。特别是到20世纪80年代，工业发达国家钢铁生产已衰退，而高分子材料的产量仍然突飞猛进。全世界塑料的产量从1904年的1万吨猛增至2012年的2.88亿吨。全世界合成橡胶的产量1960年为202.1万吨，而2012年则增至15180万吨，为天然橡胶的1.4倍。全世界合成纤维的产量由1960年的70.2万吨快速飙升至2012年的4799万吨，为天然纤维的1.7倍。目前，塑料、合成纤维和合成橡胶三大高分子材料，已经成为通用材料。
当前，虽然有人将传统工业与“夕阳工业”联系在一起，但高分子材料作为一种传统材料，与国民经济密切相关，其未来的前景依然为大多数专家看好。著名化学纤维专家郁铭芳院士认为，由于天然纤维的发展受到客观条件的限制，因此化学纤维的发展同解决各国人民的穿衣问题和提高人民生活水平关系十分密切。另外，化学纤维具有其他材料不能替代的特征。因此在21世纪，化学纤维及其工业将更加兴旺发达。进入21世纪以来的事实，已经完全证实了专家们的预言。
我国高分子材料工业虽然起步较晚，但发展很快。我国合成纤维的产量从1978年的16.9万吨猛增至2013年的3599.5万吨，占世界合成纤维总产量的68%，已经连续16年居世界第一；合成树脂产量从1978年的67.9万吨猛增至2013年的5306.5万吨，居世界第一；合成橡胶的产量从1978年的10.2万吨猛增至2013年的300万吨，居世界第一。随着高分子科学和庞大的高分子材料工业的发展，我国高分子材料的生产和消费保持着强劲的增长势头，高分子材料在材料领域中的地位日益突出，所占份额越来越大。
2.合成高分子材料在很多应用领域能有效取代传统材料 目前，高分子材料的用途也已渗透到生活的每一个角落，主要分布在下列领域：
①电气行业。用作坚韧、耐久的绝缘材料。
②建筑材料。用作管道、门窗、护墙板、天花板、隔板等。
③包装行业。与纸并列为两大包装材料。
④汽车行业。除轮胎材料非橡胶莫属外，仪表盘、方向盘、内衬、座椅等都已采用聚合物制造。
⑤家具行业。越来越多的座椅、抽屉、隔板都采用聚合物。
⑥农业。地膜和棚膜已成为不可或缺的基本材料。
⑦摄影业。无论是胶片还是包装已全部为高分子材料所占领。
此外，高分子材料还占据了涂料和黏合剂中的绝大部分份额。
千变万化的品种与可设计和剪裁的性能，使高分子材料变得越来越重要。合成高分子材料在上述许多领域中已经和正在取代传统材料，如金属、木材和皮革，以及一些天然高分子材料，如棉、丝、麻和天然橡胶。由于塑料的密度较低（约为铝的1/2、钢的1/5），同样重量的塑料可以生产出比金属体积大几倍的产品，因此在机电、仪表、电子电器、汽车以及建筑行业中正大量用塑料代替金属。例如在建筑行业，目前全塑的住宅已经问世，塑料的产量已超过木材和水泥等结构材料的总产量。橡胶工业的发展虽然进展较缓，但合成橡胶的产量却远远超过天然橡胶。目前美国天然橡胶的消耗量仅占总用胶量的1/4，世界天然橡胶只占总用胶量的1/3。合成纤维在民用纤维用量中已占50％左右，在工业用纤维中几乎取代了天然纤维。合成高分子材料已成为现代社会生活中衣、食、住、行、用各个方面所不可缺少的材料。广泛采用合成高分子材料不仅节省了许多传统材料，而且带来了明显的技术经济效果，推动了传统产业的现代化。随着世界经济的发展，合成高分子材料取代其他传统材料的趋势还在继续。
3.新型高分子材料发展空间大 处于高技术时代的高分子材料工业，除了要为工农业生产、人们的衣食住行用等方面不断提供许多量大面广的、不可缺少的、日新月异的新产品和新材料外，还要为发展高新技术提供更多更有效的高性能结构材料、高功能材料以及满足各种特殊用途的专用材料。另一方面，传统高分子材料存在众所周知的“白色污染”问题，还有许多值得探索的科学问题。因此，高分子材料及其生产技术面临着新的机遇与挑战。
纵观材料的发展史，贯穿着一条主线，即从简单到复杂。而有机高分子材料品种丰富多彩，结构上的复杂性更是远远超过了金属材料和无机非金属材料。因此，新型有机高分子材料的发展空间比其他新型材料更大。
自20世纪80年代人类进入高分子时代起，面对新的机遇与挑战，高分子科学的研究向高性能化、功能化、精细化、复合化和智能化等方向发展。特别是进入21世纪后，对新型高分子材料的需求越来越大，高分子材料的发展呈现出以下的特点：
（1）材质由均质向复合方向发展。材料的复合化满足了人类多方面的需求，高分子材料与金属材料、无机非金属材料的复合以及不同高分子材料之间的复合步伐进一步加快。
（2）性能由高性能、功能化向多功能和结构功能化方向发展。具有优异的光、电、磁、生物等性能的多功能高分子材料以及兼具高性能与功能的高分子材料，能够更好地满足信息、能源、国防以及生命技术领域的要求。
（3）尺寸向越来越小的方向发展。特别是具有特殊优良性能的纳米高分子材料，在高性能及功能高分子材料、组织工程材料及光电材料等领域具有广泛的应用，因此受到世界各国的高度重视。
（4）层次由被动向主动方向发展。过去的功能高分子材料只能机械地进行输入/输出的响应，因此是一种被动性材料。智能高分子材料可以主动地针对一定范围的各种输入信号进行判断，能自动适应环境的变化，并且自行解决问题，因此可以实现高分子材料结构功能化、功能多样化，从而导致高分子材料科学发展的又一次重大革命。
（5）合成和加工技术向仿生化发展。人们由生物进化得到启迪，通过仿生途径来发展新型高分子材料。例如运用先进的计算机模拟技术，首先建立蜘蛛丝蛋白质各种成分的分子模型，然后运用遗传学基因合成技术，把遗传基因植入酵母和细菌，可以仿制蜘蛛丝蛋白质。通过仿生纺丝技术，可能实现用丝蛋白纺制蜘蛛丝。
（6）原料和生产向绿色化发展。材料科学家正在为合成高分子材料寻找新的资源，以摆脱对不可再生资源石油的依赖。其中一个重要的方向，就是利用可再生的生物质，其广泛使用不仅将扩大高分子材料的原料来源，逐步摆脱对石油的依赖，而且可使制得的产品可生物降解和循环再生，从而可从根本上解决合成高分子材料的“白色污染”问题。同时实现高分子材料的清洁生产，解决对环境造成的污染问题。
以上各方向的研究发展迅速，一旦突破，将对国民经济和科学技术的发展产生深远的作用。目前，一些新型高分子材料已在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域得到广泛的应用。特别是在当代许多高新技术中，例如微电子和光电子信息技术、生物技术、空间技术、海洋工程等方面均很大程度依赖于高分子材料的应用。在航天航空等领域，新型高分子材料已成为非他莫属的重要材料。
总之，高分子材料在国民经济和科学技术中具有十分重要的地位，发挥着巨大的作用。高分子材料的广泛应用和不断创新是材料科学现代化的一个重要标志。今后，高分子材料还将不断创新和持续发展，在国民经济发展过程中将发挥着越来越重要的作用，为人类作出更大的贡献。