摘要：在“双碳”的大背景下，轨道交通技术不断发展，材料的轻质化对于提升能量利用率、促进节能减排、实现轨道交通的绿色可持续发展具有重要作用。为解决公共交通工具表面易附着各种微生物导致传染病传播，影响公众身心健康的问题，本文以聚酰胺复合材料为例对聚酰胺复合材料在绿色制造
主编： 蒋作梁 张晨 张春强 张素霞
参与单位：1.山东宝泰隔热材料有限公司 262600
2.山东大学 山东济南 250061
3.临朐县检验检测中心 山东省潍坊市临朐县 262600
摘要：在“双碳”的大背景下，轨道交通技术不断发展，材料的轻质化对于提升能量利用率、促进节能减排、实现轨道交通的绿色可持续发展具有重要作用。为解决公共交通工具表面易附着各种微生物导致传染病传播，影响公众身心健康的问题，本文以聚酰胺复合材料为例对聚酰胺复合材料在绿色制造中的技术壁垒与突破路径进行研究，分析聚酰胺复合材料在绿色制造中的技术壁垒，并提出相关的技术突破路径，以期为相关从业人员或相关工程提供参考。
关键词：聚酰胺；绿色制造；技术壁垒；
“双碳”背景下，轨道交通技术不断发展，材料的轻质化对于提升能量利用率、促进节能减排、实现轨道交通的绿色发展具有重要作用。一个重要趋势是以高性能的塑料等高分子材料替代金属材料。新冠疫情后，人们对公共交通工具易接触物品表面附着各种微生物导致传染病传播，影响公众健康的问题更加关注。而聚酰胺复合材料具有优异的强度、抗冲击性能和绿色可循环性能，可以替代目前地铁中金属材质的通风口、高铁的金属行李架。其研发和在轨道列车中的应用越来越显著，还具有明显的社会经济效益。
一、聚酰胺复合材料在绿色制造中的技术壁垒
(一)抗菌功能的功能性壁垒
一般聚酰胺复合材料不具有抗菌功能，在湿热环境下容易滋生霉菌，对附着的细菌、病毒等微生物也没有抑制和消杀功能，应用于地铁等人流巨大的场景，容易造成微生物的传播，引发传染病等危害。
1.聚酰胺复合材料的抗菌可靠性挑战
聚酰胺材料在湿热环境下抗菌功能会逐渐衰减，在高温和高湿的环境中易发生水解反应，导致分子链断裂和力学性能下降，如在聚酰胺材料中加入无菌银系抗菌剂，金属离子可能会加速聚酰胺材料在高温高湿环境下发生的水解反应，甚至降低使用寿命。[1]如加入纳米抗菌剂，会获得高效的杀菌能力，但易在材料表面团聚或释放过量金属离子，这种情况下可能引起细胞毒性，导致一定的环境污染。
2.聚酰胺复合材料的功能复合难题
银、锌化合物等无机抗菌剂与聚酰胺材料的极性差异，会在聚酰胺材料表面形成团聚体，使抗菌材料的抗菌活性降低，也会破坏聚酰胺材料的表面光滑度，影响后续的加工。在实际应用的场景中，聚酰胺材料需满足多重指标，例如：抗菌、轻量化等。
(二)制备工艺的技术壁垒
抗菌塑料的加工方法一般是将抗菌粉体或抗菌母料与树脂混炼，在加工成型的条件下，制成各种制品。抗菌剂分为天然、有机和无机三大系列。天然系列抗菌剂品种不多，未能大规模市场化：有机系列抗菌剂耐热性差，易水解，使用寿命短；无机抗菌剂是将银、铜、锌等金属化合物或以负载形成产品。[2]
1抗菌母粒制备难题
聚酰胺材料加工中需要加入抗菌剂的抗菌母粒含量需要控制在5%至10%之间，含量低会导致填充不足，含量高会导致过度填充。但在这个浓度下抗菌剂容易在反应过程中发生分离现象，根据实验结果来看，当抗菌剂中的银锌复合抗菌剂占比在8%时，熔体的流动速率会下降42%。
2.抗菌剂的分散工艺难题
传统的机械共混法很难让抗菌剂在基体中实现均匀的分散，如果采用溶胶-凝胶法将抗菌剂负载于沸石载体，通过硅烷偶联剂表面改性，这种方法虽然可以让抗菌剂和树脂得界面结合强度提升30%左右，但这种工艺对温度和反应时间等参数异常敏感，必须精准控制加工参数。
(三)产业链的协同壁垒
中国聚酰胺行业的产业链结构主要包括上游的原材料，中游的生产，以及下游的应用。原材料的供应决定了中游的生产成本和稳定性；中游的生产则是产业链的核心，影响下游产品的性能和应用范围；下游应用广泛，涵盖纺织、汽车、电子、包装等多个领域，决定市场需求和发展潜力。
1.人才壁垒
聚酰胺复合材料的生产加工以及应用技术的研究涉及到材料学、合成力学等多个学科，其需要多领域的专业人才协同合作。但是由于具有多领域知识，具备丰富的研发、生产、设计经验的人才稀少，新进入行业的人才又很难满足高端应用领域的人才需要和实践经验要求。
2.技术壁垒
聚酰胺复合材料要想提升材料性能，须依赖于基体树脂和增强材料之间的协同优化，涉及到多学科的技术融合。比方说连续纤维增强技术，株洲时代工塑通过自主研发高流动性聚酰胺树脂，突破了纤维在树脂中分散的技术瓶颈，但这种技术的突破，需要企业长期的技术积累，中小型企业根本无法复制。
二、聚酰胺复合材料在绿色制造中的技术突破路径
(一)抗菌功能的功能性突破路径
聚酰胺复合材料抗菌功能的技术路径，可以以锌系抗菌剂为抗菌主体，银系作为辅助，二者的占比为60%-80%和20%-40%。后通过沉淀法合成抗菌剂，可以实现抗菌率大于90%且降低银的用量。至于纳米负载导致表面改性，可以采用溶胶-凝胶法把复合抗菌剂负载于多孔沸石载体之上，再通过硅烷偶联剂进行表面修饰，提升抗菌剂与基体的界面相容性。
(二)制备工艺的技术突破路径
聚酰胺复合材料在制备工艺中的技术具有多学科交叉的特征，其中包含了材料设计、工艺创新等方面的内容。[3]可以借助微宏观的映射模型，建立抗菌剂与材料强度的定量关系，来指导配方的设计，最终达成最优结果。也可以使用近红外光谱实时监测技术，监测熔体和抗菌剂的状态，通过算法调节，使产品不同批次的性能达到一致。
(三)产业链协同的突破路径
1.构建产学研深度合作机制
企业与大学合作共建产业孵化园，共同整合诸多相关学科资源，合力攻克抗菌剂负载技术和流变参数优化等一系列关键技术，从而形成聚酰胺复合材料专利池。同时实施对稀缺人才专业的培养方案，联合培养人才，为社会、企业持续输送复合型技术能手，从而形成持续创新能力。
2.产业链绿色整合
依托当地优势企业集群优势，与其他地区相关企业开展深度合作，实现产业集群协同优势，推动聚酰胺复合材料向更轻、更强、更智能的绿色制造方向发展。整合技术实力，开发聚酰胺复合材料回收工艺，降低各流程成本，最终实现聚酰胺复合材料的高水平利用，达到降低碳排放的效果。
三、总结
聚酰胺复合材料是绿色制造领域的一种关键材料。聚酰胺复合材料的研发需要始终坚持创新驱动、应用牵引、生态优先的原则，通过政策引导加速聚酰胺复合材料的技术成果转化，借助产业集群优势建立低碳、绿色的循环经济体系，依托现代数字化技术来实现聚酰胺复合材料生产的全流程动态管理。这样，才能实现聚酰胺复合材料的不断创新与绿色发展，才能为全球可持续进程做出贡献。
参考文献：
[1]全国塑料标准化技术委员会老化方法分技术委员会(SAC/TC15/SC5).塑料表面抗菌性能试验方法：GB/T31402-2015[S].中国标准出版社2015.
[2]马荔，冯博，同宁宁.复合聚酰胺膜的制备及其改性[J].合成纤维，2024，53(08)：54-59.
[3]林明杰，李士洋，马俊梅，等.聚酰胺/醋酸纤维素复合正渗透膜的制备及相转化工艺参数的优化[J].化工进展，2024，43(03)：1418-1427.
来源：才貌双全胡渐彪
