专题: 高性能纤维发展现状及建议
演讲人:端小平会长 中国化学纤维工业协会
01
何谓高性能纤维
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,一般指强度大于17.6cN/dtex,弹性模量在440cN/dtex以上的纤维。如耐强腐蚀、低磨损、耐高温、耐辐射、抗燃、耐高电压、高强度高模量、高弹性、反渗透、高效过滤、吸附、离子交换、导光、导电以及多种医学功能。这些纤维大都应用于工业、国防、医疗、环境保护和尖端科学各方面。
我国高性能纤维品种主要包括碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维、连续玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维和聚四氟乙烯纤维等。
02
全球及中国主要高性能纤维产能情况
中国高性能纤维无论从产能、产量、品质和档次上和世界先进国家相比还存在差距,综合实力排在欧美日之后的第四位,居于世界二流水平。未来5-10年,是高性能纤维发展的关键时期,是大浪淘沙、优胜劣汰的过程,同时也是高性能纤维发展的上升期,具有广阔的空间。
聚丙烯腈(PAN)碳纤维
碳纤维复合材料广泛应用于国防型号、大型客机及风电叶片等高端工业领域,占比达80%。 汽车将成为碳纤维应用新的领域,2020年汽车用需求将达到约1.69万吨,应用规模将与飞机相当。低成本高品质是未来碳纤维的发展趋势。
芳香族聚酰胺纤维
聚芳族纤维的典型代表是芳纶纤维。2014年全球芳纶产能共计12.02万吨,其中对位芳纶产能7.68万吨,间位芳纶产能4.34万吨,预计到2020年世界芳纶纤维需求将达到22.79万吨。消费区域主要集中在北美、欧洲、日本和中国。国际需求主要分布在车用摩擦材料、防弹材料和光学材料,分别占到30%、30%和15%。 从国际消费结构看,汽车相关对位芳纶需求量占比达到45%。我国对位芳纶技术基本达到国际水平。
芳纶主要应用领域 | 应用占比 |
防弹衣、头盔等领域 | 7%~8% |
航空航天、体育等领域 | 40% |
轮胎骨架、传送带等领域 | 20% |
高强绳索等领域 | 13% |
其他领域 | 19%~20% |
聚酰亚胺(PI)纤维
聚酰亚胺纤维与高强高模聚乙烯、聚苯硫醚等高性能纤维相比,具有更广的耐温性(-267-550℃);与芳纶相比,耐热等级更高,阻燃更好,耐候性更佳。同时还具有独特的纺织加工和人体亲和性等综合特性。
品种 | 生产国 | 性能特点 |
聚酰亚胺纤维 | 奥地利 P84 中国 等 | ü 耐高温 ü 耐化学腐蚀 ü 耐辐射 等 ?价格高 |
聚苯硫醚纤维 (PPS纤维) | 日本、美国 中国 等 | ü 耐酸性好 ü 成本相对低 ?耐热等级有限 |
芳纶纤维 Nomex, Dupont Conex, 帝人 | 日本、美国 荷兰、中国 等 | ü 耐热性好 ü 成本相对低 ?耐酸稳定性较差 |
聚四氟乙烯纤维 (PTFE) | 中国、美国 日本 等 | ü 耐高温 ü 耐酸耐碱 ?价格高 ?热收缩性大 |
我国长春高崎和江苏奥神建成两条千吨级生产线,形成湿法和干法两种工艺路线。此外,浙江先诺新材料建成30吨/年生产线。中科院长春应化所和东华大学正在研发高强高模型聚酰亚胺纤维,强度和模量可达到对位芳纶水平。
聚苯硫醚(PPS)纤维
欧美、日本等发达国家和地区燃煤电力、燃煤锅炉行业对聚苯硫醚纤维的需求量一直保持25%左右的年增长率。随着全球对环境保护的重视,一些发展中国家,如印度、巴西等国也开始大量采用袋式除尘技术,加大了全球对聚苯硫醚纤维的市场需求。
聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维
主要品种有低模量(AS)和高模量(HM)两种,超高模量(HM+)纤维尚处于实验阶段,日本是目前世界上唯一能进行PBO纤维工业化生产的国家。由于性价比不佳的原因,该纤维的应用受到较大限制,目前主要用于耐高温消防战斗服等。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维
国际上UHMWPE纤维产能分布高度集中,荷兰帝斯曼(DSM)、美国霍尼韦尔(HONEYWELL)和日本东洋纺(TOYOBO)等3家,占全球总产能的50%左右。
陶瓷纤维
日本、美国和欧洲等先进发达国家在碳化硅、氮化硼、氧化铝等新型陶瓷纤维领域也取得了巨大突破。中国已突破碳化硅纤维技术
03
我国高性能纤维行业发展现状
我国主要高性能纤维已实现规模化生产,少数品种更是达到国际先进水平,具备了一定的国际竞争力。从2006年至今,我国高性能纤维产业走过了从实验室到产业化历程,取得一定的成绩,积累了经验。
成绩:
1、用不到十年时间缩短了与发达国家30年的差距。
2、各种高性能品种齐步发展,产品几乎覆盖所有品种,生产能力仅次于欧美日。
3、部分品种质量达到国际中等以上水平。
4、打破了国外的垄断和封锁,大幅度降低了成本,为下游用户创造了难得的战略性的发展机遇。
经验:
1、 中央财政专项对高性能纤维产业的支持,是四两拨千斤的效果。中央支持10个亿,调动了社会150亿元的投入,其中70%是民间资本。2、 充分发挥各种类型的企业,广种薄收。依托引进技术,依托装备企业,依托自己的应用企业研发。
问题:
1、 国外封锁。各家设备都为非标设备、技术千差万别,无法统一集中攻关。
2、 国家支持不得不采取广众薄收。
3、 大部分产品的档次与国外有差距。
4、 应用滞后,缺少应用环节,缺少应用指导。
04
相关产业政策
美国开启“革命性纤维与织物制造创新机构(RFT-IMI)”,将确保美国在这一领域的世界领导地位。
日本通过在亚洲建立新的供应链,对高性能纤维生产及产品制定标准等动作,复兴化纤工业
韩国通过持续增加的大型自由贸易协定,扩大高性能纤维及其产品市场。
中国实施“中国制造2025”将催化纺织化纤变革。
-工信部:2015年工业强基工程应用示范支持重点——关键基础材料聚酰亚胺纤维
-中国工程院2015年度咨询研究项目:“高性能纤维与汽车轻量化技术科技创新发展战略研究”
-发改委:重点领域增强制造业核心竞争力三年行动计划
-2015年产业振兴和技术改造专项资金支持
05
我国高性能纤维发展前景及建议
任务 | 主要内容 |
高性能低成本碳纤维规模化制备技术 | 聚合物的组成与结构设计 纺丝成型过程中形态结构缺陷控制 类石墨结构超分子缺陷控制 |
有机高性能纤维制备与应用技术 | 新型芳杂环分子链结构的设计 非均相缩聚反应过程中聚合物分子链结构控制 刚性链液晶纺丝过程的凝聚态与微缺陷控制 |
无机高性能纤维 制备与应用技术 | 前驱体聚合物的分子设计与可纺性 前驱体纤维高温裂解陶瓷化过程中组成、结构演变规律及缺陷形成机理和控制方法 无机纤维熔纺动力学与调控机理 |
对应用领域的展望
1、汽车领域
2、耐高温过滤材料领域
3、航空航天等国防军工领域
对产业发展的建议
1、 低成本生产高品质和高品质低成本的研发
2、 回收再利用的研发
3、 制定全产业链的标准,现阶段重点是协会标准,同时要制定后道的复合材料标准
对国家扶持政策层面的建议
1、调整固定资产投资单一的支持模式,转变为补填等持续支持
2、从广众薄收,过度到广众薄收与对重点企业的支持相结合,建议重点支持5家企业
下一步配合发改委、工信部对行业扶持的工作安排
1、 支持有可靠技术来源的企业
2、 支持有设备制造工程能力的企业
3、 支持有上下游协同配合的企业
对生产企业的建议
1、加强产学研的合作
2、加强同行间的交流,分享各自的优质