“十大领域用化工新材料发展研究”之

海洋工程领域用化工新材料发展趋势研究

迟斌 陈达 齐景丽

党的二十大报告明确提出“发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国”的战略部署。作为实现海洋强国目标的核心支撑，海洋工程体系涵盖海上油气开发、海上风电建设、海洋交通运输、海洋观测探测等领域。面对深海、远海及极地等极端作业环境，工程材料需应对高盐度、高压强、大温差、强腐蚀及生物附着等复合型挑战，传统钢材与混凝土材料已难以满足长期安全运营的技术需求。

化工新材料凭借其可定制化优异性能（轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳、长寿命及智能响应等特性），正成为突破海洋工程技术瓶颈的关键载体。它不仅可显著提升海洋装备的服役性能，更能在全生命周期维度实现成本优化，成为了推动海洋工程向深蓝拓展、向智能跃迁的战略性支撑。本文聚焦海洋工程用化工新材料领域，系统解析其战略价值与产业应用现状。通过深度梳理塑料、纤维复合材料、橡胶材料及海洋防污材料等核心品类的技术特征与典型应用场景，揭示当前存在的高端产品依赖进口、自主创新能力不足、产业链协同体系不完善等关键问题。基于此，提出四维发展路径：一是强化顶层设计与战略引导，构建全产业链创新生态；二是突破关键核心技术，建立自主可控的技术体系；三是践行绿色低碳理念，推动全生命周期可持续发展；四是深化国际科技合作，培育复合型创新人才队伍。为推动我国海洋工程用化工新材料行业实现自主可控、达到安全高效，进而构建起现代海洋产业体系、建设海洋强国提供参考。

一、发展海洋工程用化工新材料的重要意义

（一）应对复杂海洋环境，保障工程安全稳定运行

海洋环境堪称“材料的终极压力测试场”，高盐度海水的电化学腐蚀、海洋微生物的附着侵蚀、深海区域的极端高压低温、海浪与海流的长期机械冲击，以及海洋大气中的潮湿盐雾侵蚀等，这种多重作用力的叠加效应，使得海洋工程材料始终处于多维度、复合型的严苛考验之中。传统材料在这类复杂环境中往往难以长期耐受，如普通钢材在海水浸泡下易发生锈蚀，短短几年就可能出现结构强度下降，甚至引发平台坍塌、管道泄漏等安全事故；常规橡胶密封件在深海高压下易发生压缩永久变形，导致设备密封失效，造成油气泄漏等环境污染风险；传统涂层材料在海洋生物附着下，会因污垢堆积增加结构负载，加速材料老化，大幅缩短工程设施使用寿命。

专用化工新材料可针对性破解这些难题：一是高性能耐腐蚀合金可将海洋工程结构的抗腐蚀寿命从传统钢材的5~10年延长至20~30年，显著降低因腐蚀导致的安全隐患；二是深海专用密封橡胶材料能在数千米深海的高压环境下保持稳定密封性能，保障水下设备正常运行；三是仿生防污涂层可有效抑制海洋生物附着，避免因生物污损引发的结构损伤与能耗增加。因此，发展适配复杂海洋环境的化工新材料，是抵御环境侵蚀、防范安全事故、确保海洋工程长期稳定运行的“第一道防线”，也是保障海洋开发活动安全开展的核心前提。

（二）推动海洋工程产业升级，提升核心竞争力

当前，全球海洋工程产业正朝着“大型化、深海化、智能化”方向转型，传统材料已逐渐无法满足产业升级的技术需求，而化工新材料的突破则成为推动产业升级的“引擎”。以海上风电为例，随着风电单机装机容量向25兆瓦以上级别突破，风机叶片长度已达到153米，传统玻璃纤维复合材料因强度与轻量化性能有待进一步提升，对支撑叶片的大型化设计存在挑战；碳纤维复合材料的强度是玻璃纤维的3倍以上，密度仅为钢材的1/4，采用碳纤维复合材料制造的叶片，可在增加长度、提升发电效率的同时，大幅降低叶片重量与风机载荷，推动海上风电向“大功率、高效率”升级，当前面临价格较高的问题。

在深海油气开发领域，传统钢管在深海高压下易发生屈曲变形，且铺设成本高昂。新型高分子复合管具有重量轻、抗高压、耐腐蚀的优势，不仅能适应3000米以上深海环境，还能降低海底管道铺设的运输与安装成本，推动深海油气开发从“常规水深”向“超深水”拓展。此外，智能材料的应用还能赋予海洋工程设施“自感知、自修复”能力。如嵌入压电传感器的复合材料结构，可实时监测海洋平台的应力变化，提前预警结构损伤；形状记忆合金制成的管道接头，在发生轻微变形时可自动恢复原状，减少维护成本。化工新材料的性能突破直接决定了海洋工程装备的技术上限，是提升我国海洋工程产业核心竞争力、摆脱对国外高端材料依赖的关键支撑。

（三）助力“双碳”目标实现，推动海洋经济可持续发展

在“双碳”战略实施背景下，海洋工程作为清洁能源开发（海上风电、潮汐能）与低碳运输（远洋船舶）的重要领域，其低碳转型已成为关键路径。化工新材料作为推动该领域绿色发展的核心驱动力，主要通过以下两个维度实现碳减排突破：一是材料轻量化技术显著降低全生命周期碳足迹。以船舶制造为例，采用碳纤维复合材料替代传统钢材可实现船体减重30%~50%，航行阻力降低15%~20%，百公里油耗减少20%以上。通过降低燃料消耗可实现碳排放强度的阶梯式下降；二是高性能复合材料革新传统工程结构。海上风电塔架采用玻璃纤维复合材料替代钢结构塔筒，不仅能减少钢材生产过程中的碳排放，还能降低塔架运输与安装过程中的能耗，为海上风电规模化发展提供关键技术支撑。

新型环保化工材料在海洋生态保护领域展现出显著优势。传统海洋防污涂料多含有有机锡、铜等有毒成分，在使用过程中会持续释放到海洋环境，对海洋生物造成毒害。而基于仿生学的无毒防污涂层，通过模拟海洋生物（如鲨鱼皮）的表面微观结构或分泌的天然防污物质，可在不释放有毒成分的前提下抑制生物附着，实现“环保防污”。此外，可降解高分子材料在海洋观测设备中的应用，能避免传统塑料设备因丢失或损坏造成的海洋塑料污染，保护海洋生态环境。因此，发展绿色、低碳、环保的海洋工程化工新材料，是推动海洋经济与生态环境协调发展、助力“双碳”目标实现的重要途径。

（四）保障国家海洋权益，支撑海洋强国战略实施

海洋作为国家核心战略空间，其权益维护与强国建设必须依托强大的海洋工程技术与装备体系支撑，而化工新材料作为保障海洋工程"自主可控"的关键基石，正发挥着战略性基础作用。当前，全球海洋竞争日益激烈，深海探测、极地科考、远海维权等任务对海洋工程装备的可靠性与适应性提出了更高要求。如极地科考船需要在-50℃以下的低温环境中运行，传统船舶材料易发生脆化，低温韧性优异的特种钢材与高分子复合材料，能确保科考船在极地冰区的安全航行；深海探测装备需要在万米深海的极端高压下工作，传统金属外壳易发生压溃，而新型碳纤维增强金属基复合材料，可在保持高强度的同时具备良好的抗高压性能，为深海探测提供可靠的材料保障。

国外限制高性能碳纤维、深海密封材料对华出口，不仅使我国面临“卡脖子”风险，还可能导致我国海洋工程装备的研发与应用受制于人，影响国家海洋战略的实施。因此，自主研发并产业化应用高端海洋工程化工新材料，是保障我国海洋工程装备自主可控、维护国家海洋权益、支撑海洋强国战略实施的战略保障。

二、海洋工程用化工新材料的主要类型及应用现状

（一）塑料

1.低密度聚乙烯（LDPE）

LDPE又称高压聚乙烯，具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性。在海洋工程领域，利用LDPE耐腐蚀且抗紫外线老化性能优良的特点，主要用于制造各种浮标产品，如指示定位浮标、渔业养殖浮标、水上安全警示浮标等。

2.高密度聚乙烯（HDPE）

HDPE具有良好的耐热性、耐寒性、化学稳定性，较高的刚性、韧性、机械强度。在海洋工程领域，主要用作海洋平台浮筒、海上输油管道、海上排水设施（含海上光伏阵列、船坞和人造岛排水等）、海上风电设施、深海网箱养殖设施、排海工程设施、储罐等。

3.超高分子量聚乙烯（UHMWPE）

UHMWPE具有高耐磨、抗冲击、耐化学腐蚀、自润滑、轻质等优异性能。在舰船防护板、海洋防腐蚀与耐磨部件、缆绳、海洋养殖装备中广泛应用。

4.均聚聚丙烯管（PPH）

PPH管具有热定型性好、耐高温、抗化学药物性佳，可蠕变、张力大，绝缘性好、不溶于有机溶剂，不干裂，无毒性等特性，适用于化学工厂、电子半导体厂、药品厂、污水处理厂等多种产业。在高酸碱化学产品输送系统、纯水输送系统、饮用水输送系统、污废水输送系统、环境工程及一般管路系统、电信光缆输配管路系统都得到广泛应用。PPH管不仅能取代钢管在船舶和海洋工程的部分系统上应用，且能有效减轻重量、弥补钢管缺陷、降低建造成本。

5.聚碳酸酯（PC）

PC具有高强度、高韧性、良好的透明性和耐候性等优异的性能，在海洋工程中应用广泛。在船舶制造中，用于制作窗户和舷窗，提供良好的视野同时保证安全性；在海洋平台中，用于制作防护罩和护栏；在潜水装备中，用于制作潜水面罩和呼吸器组件；在海洋监测仪器中，用于制作密封外壳等。如在亚洲第一深水导管架“海基二号”上使用了PC材料，提高了导管架的结构强度，并适应恶劣的海洋平台环境。“海葵一号”圆筒型FPSO（海上浮式生产储油船）使用了PC材料，提高了船体的耐波浪冲击性。

6.聚醚醚酮（PEEK）

PEEK具有包覆加工性好（可熔融挤出，而不用溶剂）、燃烧时发烟量低且产生腐蚀性气体少、耐剥离性好、耐磨耗性好、耐辐照性强、可自由着色等特点。在海洋工程领域，利用其耐腐蚀性，生产海水冷却系统的泵、管路；利用其耐高温性，生产海上石油平台的热油管道系统；利用其优异的机械性能，生产需要承受高强度和频繁运动部件的设备和结构，如密封圈和垫圈、轴承、水下推进器部件等。

7.不饱和聚酯树脂基材料

不饱和聚酯树脂固化物具有优良的力学性能、电绝缘性能和耐腐蚀性能，可单独使用也可和纤维及其他树脂或填料共混加工。在海洋工程领域，不饱和聚酯主要用于船舶、游艇、浮筒、浮桥、水下设备等的建造和修复，尤其是舰艇制造业，主要得益于其价廉和灵活多变的工艺特性。

8.环氧乙烯基材料

环氧乙烯基树脂在海洋产业中有广泛应用。一是抗海洋防腐。海洋环境具有高盐、高湿、强腐蚀性等特点，对金属结构和设备的腐蚀非常严重。环氧乙烯基树脂制成的防腐涂料能在金属表面形成一层坚固的防护层，可有效抵抗海水、盐雾、微生物等的侵蚀。例如，用于海洋平台的钢结构、船舶的外壳和内部结构等。二是海洋船舶的生产和修复。可用于船舶的舱室、甲板、推进系统等部位的防护和修复，提高船舶的耐久性和安全性。三是海洋能源设施。在海上风电、海洋石油和天然气开采等领域，用于保护相关设备和结构，如风电塔筒、石油钻井平台等。

9.环氧树脂基材料

环氧树脂具有力学性能高、粘结性能优异、固化收缩率小、工艺性好、抗化学药品性优良等特点，大量用于油槽、游轮、飞机的整体油箱内壁衬里及风电叶片基体材料等。

10.聚酰亚胺树脂基材料

聚酰亚胺（PI）和聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫具有轻质、高强、耐高温、隔热、隔音等特点，是综合性能较为优异的结构泡沫芯材，在舰艇、豪华游轮、快艇、液化天然气船上广泛应用。

11.聚氨酯泡沫

聚氨酯泡沫具有良好的隔热和吸音性能，且轻质，主要用于船体内的隔热层和噪音控制，如船舶和海洋平台的隔热绝缘等。

（二）纤维复合材料

1.碳纤维复合材料

中小型隐身舰艇采用碳纤维与玻璃纤维混杂复合材料作为增强层，聚氯乙烯泡沫为夹心层，制作船体和上层建筑结构，具有强度高、重量比小、抗冲击性能好，低红外、磁辐射、雷达辐射等优点。同时碳纤维与玻璃纤维混杂复合材料夹芯结构也用于反水雷舰艇、护卫舰、导弹驱逐舰等船体，具有电磁防护好、增速、远航、低能耗等优点。随着技术不断进步，聚合物基复合材料在大型驱逐舰上的应用比例正在日益增大。

2.芳纶纤维及其织物

芳纶纤维具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、质量轻等优良性能，其中比强度是钢的5~6倍，模量是钢丝和玻璃纤维的2~3倍，韧性是钢的2倍，而密度仅为钢丝的1/5左右。在芳纶生产领域中，对位芳酰胺纤维发展快于间位芳酰胺纤维，主要用于制作绳索、缆线、执法人员佩戴的头套和背心等。

（三）橡胶材料

1.氟橡胶

氟橡胶具有突出的耐高温、耐油、耐化学腐蚀性能，其使用温度范围可达-20℃至200℃。在海洋工程中，常用于制造各类密封件，如管道密封垫、阀门密封环等，确保在高温高压、强腐蚀性介质的海洋环境下，设备的密封性能可靠。例如，在海洋油气输送管道的连接部位，氟橡胶密封垫能够有效防止油气泄漏，保障输送安全。

2.硅橡胶

硅橡胶具备良好的耐高低温性能（使用温度范围为-100℃至300℃）、电绝缘性和生理惰性。在海洋工程中，常用于制造海洋仪器仪表的防护套、船舶电气设备的绝缘部件、以及一些需要在低温环境下保持弹性的密封件等。如在极地海洋考察船的电气系统中，硅橡胶绝缘部件能够在极寒条件下正常工作，保障船舶电气设备的稳定运行。

3.氯丁橡胶

氯丁橡胶具有耐油、耐燃、耐候、耐臭氧等特性，且价格相对较低。在海洋工程中，常被用于制造船舶的橡胶护舷、海洋设施的防护涂层、以及一些对耐油性要求较高的输油管道密封件等。在港口码头，氯丁橡胶制成的橡胶护舷能够有效缓冲船舶靠泊时的冲击力，保护船舶和码头设施，同时其耐候性确保了长期在户外海洋环境下的使用寿命。

（四）防污材料

1.仿生防污材料

仿生防污材料通过模拟海洋生物（如鲨鱼皮、海豚皮肤等）的表面微观结构或化学组成，抑制海洋生物附着生长。在船舶船体、海洋平台表面应用仿生防污涂层，可有效减少海洋生物污损，降低船舶航行阻力，提高海洋平台的安全性和使用寿命。据研究，采用仿生防污涂层的船舶，每年可节省10%~15%的燃油消耗。

2.低表面能防污材料

低表面能防污材料表面能极低，海洋生物难以附着。常应用于水下航行器、海洋养殖网箱等设备表面。例如，新型海洋养殖网箱采用低表面能材料制成，减少了藻类、贝类等生物在网箱表面的附着，降低了网箱清理维护成本，同时保障了养殖水体的流通。

图1 海洋工程领域用化工材料

三、海洋工程用化工新材料发展面临的主要问题

我国海洋工程领域用化工新材料在部分领域已取得阶段性突破，但当前其发展仍面临多维度、复合型的挑战。从技术研发的“卡脖子”难题到产业落地的协同壁垒，再到外部环境的制约因素，一系列问题共同构成了新材料产业化进程中的“拦路虎”。

（一）基础理论研究滞后，创新源头动力不足

海洋工程化工新材料的研发需以材料科学、海洋环境学、工程力学等多学科交叉理论为支撑，当前我国在该领域的基础研究仍存在明显短板。一是对材料在复杂海洋环境下的失效机理研究不透彻，如海水、海洋微生物、极端温压共同作用下，材料的电化学腐蚀、生物降解、力学性能衰减等多因素耦合作用机制尚未完全明晰，导致新材料研发多依赖“试错法”，难以通过理论指导精准设计材料成分与结构；二是对新型材料体系的基础特性探索不足，如智能响应材料的动态调控机制、仿生防污材料的界面作用原理等前沿理论研究滞后，制约了具有颠覆性性能的新材料诞生。

基础研究的薄弱直接导致创新“源头活水”不足，我国多数研发项目仍聚焦于现有材料的性能改良，而非全新材料体系的突破，难以摆脱对国外技术路线的跟随，在材料性能上限上始终与国际领先水平存在差距。

（二）核心技术与关键材料“卡脖子”，对外依存度高

我国多项核心技术与关键原材料仍受制于国外，导致被动跟随的发展困境。例如，高性能碳纤维（尤其是T1100级以上用于深海装备的碳纤维）的生产技术长期被日本东丽、美国Hexcel等企业垄断，国内虽能生产中低性能碳纤维，但在纤维均匀性、抗疲劳性能等关键指标上仍不达标，导致深海探测舱、航空航天整流罩等高端装备的核心材料依赖进口；深海专用密封橡胶材料所需的特种单体（如全氟醚单体），全球仅美国3M、日本大金等少数企业具备量产能力，国内企业因合成工艺复杂、纯度难以控制，无法实现国产化替代，导致深海设备密封件的成本居高不下且供应不稳定。

此外，在材料性能测试与评价技术上，我国也存在明显差距。国外已建立覆盖“海洋环境模拟-材料长期性能监测-失效风险评估”的全链条测试体系，而国内多数实验室仅能开展单一环境下的短期性能测试，无法精准模拟深海高压、极地低温等极端环境，导致新材料的性能验证周期长、可靠性难以保障。

（三）产学研用脱节，成果转化“最后一公里”不通畅

我国已建立大量海洋工程相关的研发平台，但产学研用协同机制仍不完善，导致科研成果与产业需求严重脱节。一是高校、科研机构的研发多聚焦于理论创新与实验室小试，忽视了产业化可行性，如某科研团队研发的新型防污涂层在实验室测试中防污效果优异，但因生产过程需使用昂贵的稀有金属催化剂，且涂层与基体的结合力在实际海洋工况下难以满足要求，无法实现规模化生产；二是企业因短期效益压力，缺乏对前沿技术的投入意愿，更倾向于引进成熟技术而非与科研机构联合攻关，导致科研成果“束之高阁”，无法转化为实际产品。

此外，新产品成果转化服务体系也存在短板，缺乏专业的中试基地、技术评估机构与知识产权运营平台，科研成果从实验室走向生产线的过程中，面临“小试-中试”放大风险高、技术价值评估难、知识产权保护不力等问题，进一步阻碍了成果转化。

（四）生产成本高企，规模化应用缺乏市场驱动力

海洋工程化工新材料因研发投入大、生产工艺复杂、产量低，导致成本远高于传统材料，难以形成规模化应用。例如，碳纤维复合材料的价格约为传统钢材的10~15倍，尽管其轻量化优势明显，但高昂的成本仍让多数海上风电企业望而却步，仅在少数高端装备上试用；仿生防污涂层的生产成本是传统有毒防污涂层的3~5倍，且缺乏长期应用数据支撑，船舶企业为控制成本，仍优先选择传统涂层。

同时，市场缺乏对新材料的“容错机制”与政策引导，海洋工程装备的使用寿命通常长达20~30年，企业对新材料的可靠性存在顾虑，不愿承担“第一个吃螃蟹”的风险。当前针对新材料应用的补贴、示范项目等政策支持不足，无法有效降低企业应用成本与风险，导致新材料市场推广缓慢，难以形成“规模化生产-成本下降-进一步推广”的良性循环。

（五）标准体系不完善，行业发展缺乏统一规范

当前我国海洋工程化工新材料领域的标准体系存在“三缺”问题：一是“缺覆盖”，部分新型材料（如深海智能复合材料、可降解海洋观测材料）尚无对应的国家标准或行业标准，企业生产无据可依，产品质量参差不齐；二是“缺衔接”，材料标准与海洋工程应用标准脱节，如耐腐蚀合金的性能标准仅规定了实验室环境下的腐蚀速率，未结合海洋工程实际工况（如海浪冲击、微生物附着）制定应用评价指标，导致材料虽符合标准却无法满足工程需求；三是“缺更新”，部分标准仍沿用10年前的技术指标，无法适应新材料性能提升与应用场景拓展的需求，如传统防污涂料标准未纳入无毒环保要求，制约了新型环保涂料的推广。

标准的缺失与滞后增加了国际贸易壁垒——我国海洋工程装备出口时，因国内标准与国际标准不接轨，需额外进行国外标准认证，增加了企业成本与时间成本。

（六）质量检测与评价能力不足，可靠性难以保障

海洋工程化工新材料的质量检测需要专业的设备与技术支撑，当前我国在该领域的检测能力仍存在明显短板。一是高端检测设备依赖进口，如深海高压环境模拟舱、海洋生物附着加速测试系统等设备，全球仅有少数几家企业能够生产，国内实验室难以普及，导致新材料的极端环境性能测试难以开展；二是检测技术人才匮乏，既懂材料科学又熟悉海洋工程的复合型人才稀缺，导致检测数据的解读与应用指导能力不足，无法为新材料的质量管控提供有效支撑。三是材料的长期可靠性评价体系尚未建立，多数新材料仅完成了1~2年的短期性能测试，缺乏10年以上的长期海洋环境暴露试验数据，导致企业对新材料的使用寿命与失效风险难以评估，不敢大规模应用。

四、推动海洋工程用化工新材料高质量发展的建议

（一）加强顶层设计与战略引导

一是制定国家层面专项发展规划。将海洋工程新材料纳入国家海洋强国、制造强国和新材料相关战略的目录，明确发展目标、重点方向（如深海、极地材料），避免重复研究和资源分散。二是完善标准与认证体系。加快建立和完善与国际接轨的材料性能标准、测试评价标准和工程应用规范。

（二）强化科技创新与核心技术攻关

聚焦“卡脖子”产品，重点开展T1100级以上碳纤维、耐低温高压和强腐蚀性氟橡胶、高性能不饱和聚酯树脂、高性能自抛光防污涂料、石墨烯重防腐涂料等深远海极端环境耐受材料技术攻关，形成“需求牵引-技术攻关-工程验证-反馈优化”的闭环研发模式。同时布局前沿技术研究，如鲨鱼皮结构的低阻防污材料、超低温韧性聚合物、耐高压密封材料等研发。

（三）坚持绿色低碳与可持续发展

一是逐步限制并逐步淘汰高毒性、高环境风险的防污涂料等产品，支持和引导开发生物基、可降解、低挥发性有机物排放的绿色化工新材料，以及长效、低耗的防护技术。二是推动全生命周期管理。从材料设计端就考虑其可回收性和环境友好性。建立海洋工程材料的回收、再利用和无害化处理技术体系，发展循环经济，降低产业链“碳足迹”。

（四）深化开放合作与人才培养

一是鼓励国内机构与国际顶尖的海洋科研机构和材料企业开展联合研发、共建实验室。积极参与国际标准制定，推动中国标准“走出去”。二是鼓励高校设立“海洋材料科学与工程”等交叉学科，培养既懂材料科学，又懂物理海洋学、腐蚀科学与海洋机械工程的复合型人才。

五、结语

在全球海洋科技竞争格局深刻变革的背景下，海洋已成为我国高质量发展的战略要地。在此关键历史节点，必须以战略聚焦为引领，以协同创新为路径，以重点突破为支撑，系统提升海洋工程新材料的自主创新能力与产业化水平。发展高性能海洋工程化工新材料，既是构建现代海洋产业体系、建设海洋强国的物质基础，更是抢占深海科技制高点、培育战略性新兴产业、保障国家能源资源安全的战略抉择。通过材料技术的突破性创新，将为我国海洋经济高质量发展注入强劲动能，全面支撑海洋强国建设目标的实现。