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高性能纤维是具有特殊的物理化学结构、性能和用途,或具有特殊功能的化学纤维,具有技术含量高、市场规模大、产业辐射面广、拉动效应显著等特点。

高性能纤维具有高强、高模、高弹性、耐高温、耐高压、耐腐蚀、耐辐射、抗燃、耐磨损、导电等功能。一般指强度大于17.6cN/dtex,弹性模量在440cN/dtex以上的纤维,其应用的主要领域是产业用纺织品
高性能纤维的品种很多,包括有机纤维和无机纤维。其中,主要的有机高性能纤维有芳纶纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PBO纤维以及聚四氟乙烯纤维等;主要的无机高性能纤维有玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维和玄武岩纤维等。


在全球交通运输工具轻量化、节能化和环保化的新形势下,在军备竞赛日益加剧、反恐形势虽日渐好转但恐怖活动有漫延之势以及高科技产业发展迅猛的总形势下,对优质、低成本和质量稳定的高性能纤维及其复合材料,继续保持旺盛需求。
纺织强国正在高性能纤维材料领域加快布局,美国宣布成立国家制造创新网络(NNMI)中的最新一家--革命性纤维与织物制造研究中心(RFTMII),德国确立了名为“未来纺织”(future TEX)的国家级战略,将其和工业4.0进程紧密结合在一起,以巩固强国地位,抢占价值链制高点。
跨国公司布局正在展开。帝人集团2016年12月宣布,将目前隶属于高性能纤维/复合材料事业集团的“用聚酯纤维业务”并入旗下制品事业集团,以强化在最终制品领域的研发实力。在此之后,高性能纤维/复合材料事业集团将专注于芳纶纤维的事业发展。


长期以来,日本、美国等发达国家垄断了高新技术纤维的研发与市场。国内虽在不同品种上有个别突破,但总体处于中低端水平,与国际差距明显,只能初步满足国防军工、航空航天、医疗健康、环保过滤等行业发展需要。高新技术纤维材料的高性能化、多元化、纤维功能复合化以及纤维材料生态化水平亟待提升。部分高性能纤维关键技术和装备尚需突破,对位芳纶、碳纤维等材料进口依存度过高。
根据海关数据,2016年主要高性能纤维进口30696.44吨,同比增长7.31%,进口金额64205.18万美元,同比增长1.33%。进口产品范围包含碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等高性能纤维。数据统计显示,中国对高性能纤维的需求将持续增加。


表1  我国主要高性能纤维产能情况


表2  中国高性能纤维发展需求


美国、日本是两个碳纤维技术前沿国家,产能约占世界总产能70%。目前,碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70%-80%,在军用飞机上占30%-40%,在大型客机上占15%-50%。国外在大型民机上,T800等碳纤维逐步取代T300级碳纤维,波音B777和波音B787则大量采用T800和中模系列高强度碳纤维。碳纤维巨头均计划扩大生产能力,并在技术上更新换代,研发更高强度、更高模量的碳纤维,如日本东丽开发了T1000G碳纤维,并重点发展低成本大丝束碳纤维。
国内目前碳纤维产能为2.38万吨/年,产量为4000吨/年,T300级碳纤维进一步实现了稳定生产,单线产能提高到1200吨/年;中复神鹰实现了千吨级T800碳纤维产业化。然而,我国碳纤维低水平重复建设严重,技术装备与产品处于中低端水平,主要产品只能应用于风力发电、体育器材、建筑补强等领域。国防军工、航空航天等领域急需的碳纤维复合材料高度依赖进口日本、美国,2016年碳纤维及制品进口量为15960.47吨。


芳纶纤维仅美国、日本、俄罗斯和中国等少数国家实现工业化生产,全球芳纶产能超过10万吨/年。其中芳纶1414(对位芳纶)被美国杜邦和日本帝人垄断,芳纶1313(间位芳纶)主要供应商依次为美国杜邦、烟台泰和新材、日本帝人。泰和新材的芳纶1313产品性能指标和差别化程度与美国杜邦比较接近。国际对位芳纶发展特点是以技术先进性推进产品换代升级,如杜邦公司开发了系列芳纶新产品,超高强型Kevlar129、超高模量型Kevlar149、中等模量型Kevlar68、高黏结型Kevlar-Ha、抗疲劳型Kevlar等。
我国芳纶纤维产量占世界总产量的20%左右,间位芳纶1313产能已突破万吨级产业化生产。但产品种类少、性能低、稳定性不高,产品应用仍以过滤材料和防火防护材料为主,还不具备规模化竞争能力。2016年我国芳纶纤维共计进口10236.06吨,同比增长11.28%。进口的对位芳纶主要应用在安全防护材料、汽车用材料和光缆增强材料三大领域;间位芳纶多用于制成芳纶无纬布、防弹布、安全防护用品如防割手套等。


聚苯硫醚纤维是耐高温、耐强腐蚀的代表,但是目前主要的用途仅为燃煤电厂的除尘领域。这主要是其自身的抗氧化抗紫外性能差、遇火发生熔滴以及介电性能良好等因素造成的。国外在聚苯硫醚树脂和聚苯硫醚纤维的生产上非常集中。其中树脂基本上只有东丽、吴羽,Philips、Ticona等企业,纤维生产也只有日本的东丽、东洋纺,韩国汇维仕等。
我国对于聚苯硫醚树脂和纤维的已经实现了国产化,但生产的稳定性和综合性能仍不能和进口产品形成真正的竞争。


由于性价比介于玻纤和碳纤之间,连续玄武岩纤维正向生产高效化和规模化发展,我国又是玄武岩和安山岩矿的储量大国,随着应用研究和市场开发的深入,在各地方政府的支持下,近年来呈现爆炸式发展和遍地开。比较典型的投资案例,如华阳集团与俄罗斯合作,在长吉产业创新发展示范区投资建设生产基地,最终产能目标将达到3×104t/a。山东聚源玄武岩纤维股份有限公正搜罗各方资深专家,成立研发中心和院士工作站,被中国产学研联盟授予“中国玄武岩纤维及其复合材料战略产业联盟理事长”单位,于2016年5月在深圳前海挂牌上市。目前山东聚源玄武岩纤维应用领域已得到大范围拓展,并成功应用于国防军工上,驻有军代表,计划打造全球最大的连续玄武岩纤维生产基地。
为推动四川省玄武岩纤维产业加快发展,为国民经济建设和国防科技工业发展提供材料保障,四川省发布了《四川省玄武岩纤维产业发展规划(2016-2020)》,并明确要抓好重点企业培育、园区建设和项目落地,加快推进航天集团与四川发展等相关企业在股权和项目方面合作,扶持一批玄武岩纤维产业链的重点企业;同时推动玄武岩纤维产业走出去,占领国际市场,走进“一带一路”;在成都、达州等地则在建材、交通、环保领域孵化了一批重点项目,玄武岩纤维产业聚集发展的态势正在形成。


超高分子量聚乙烯纤维国内外市场需求强劲,我国已拥有约40余家大小生产厂,产品大部分出口国外。江苏九九久科技有限公司现有产能4000 t/a,计划于2019年扩大至1.2×104t/a,将成为全球第一大生产企业。仪征化纤公司采用国内与众不同的十氢萘溶剂的干法纺丝工艺,产品质量好,现产能为2300 t/a,并实现满负荷生产,计划扩大至3300 t/a,届时可望成为全球第3大企业。


经过几十年来的快速发展,我国已成为世界化纤大国,化纤产量居于世界前列。从需求结构来看,高技术、高性能、高功能性纤维及材料,既是全球化纤工业必争的科技制高点,又是我国新材料、新能源、环保等战略性新兴产业发展的关键领域之一,具有广阔的市场空间和增长潜力。高性能化、差别化、生态化纤维应用领域正在不断向交通、新能源、医疗卫生、基础设施、安全防护、环境保护、航空航天等产业用领域拓展。随着我国经济结构的深度调整和对外开放、城镇化进程加快,以及以中产阶级、老龄消费、年轻时尚等为代表的个性化、差异化、功能化的需求升级,我国化纤的需求潜力将不断释放,为行业供给侧整体提质增效和发展优质产能提供了新的契机。“一带一路”发展战略的实施,将助力我国化纤产业在“一带一路”沿线国家进行制造基地布局,更好地利用两种资源和两个市场,促进我国化纤工业的国际化进程。

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