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端小平:高性能纤维将迎来产业上升期
2015-07-21

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

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