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国产“硬核”纤维茁壮成长的同时还须哪些技术突破

作者: 小志 编辑: 智成纤维 来源: 中国纺织报 发布日期: 2019.07.23
信息摘要:
碳纤维、芳纶、高强高模聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、玄武岩纤维……他们有一个共同的名字:高性能纤维。在纤维的“大家族”中,高性能纤维是当之无愧的…

碳纤维、芳纶、高强高模聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、玄武岩纤维……他们有一个共同的名字:高性能纤维。在纤维的“大家族”中,高性能纤维是当之无愧的最“硬核”纤维。过去几十年来,以碳纤维为代表的高性能纤维是世界各国武器装备研发生产不可或缺的战略物资,该产业的发展水平也是国家实力的象征之一,更是未来低碳及先进制造业轻量化、抗腐蚀等科技进步的共性核心技术,是国家制造业和低碳经济的核心竞争力之一。

 

2018年,我国高性能纤维的研究技术水平取得了很大进展,与发达国家先进水平的差距大幅缩小。

 

  来自中国化学纤维工业协会的数据显示,2018年,我国高性能纤维初步估算总产能约为13 万吨,产量约为6 万吨。其中,T300 T700T800碳纤维已全部实现产业化, T1000 级、M40M40J M55J 等高强高模碳纤维已具备了小批量制备能力,已经涵盖高强、高强中模、高模、高强高模4个系列碳纤维。间位芳纶、聚苯硫醚纤维和连续玄武岩纤维等实现快速发展,产能突破万吨,技术水平达到国际先进。对位芳纶、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维等实现千吨级产业化生产,填补国内空白,打破国外垄断。

 

  发展呈现良好态势

 

  细分市场增长明显

 

2018年,基于产业政策支持不断加大、研究技术水平不断提高,我国高性能纤维的发展呈现良好态势,各细分市场增长明显。

 

  据中国化学纤维工业协会的统计数据显示,在PAN基碳纤维领域,2018 年,国内PAN基碳纤维产量约为 8000吨,较 2017年增长约1400吨,生产实现大幅增长,产品价格平均上涨15% 左右。国内市场对碳纤维需求快速增长,总消费量超过22000吨,建筑补强领域用量基本稳定,压力容器、风力发电用量增长较快,特别是大丝束碳纤维用量增长快。此外,汽车零部件、大飞机和军工领域用量也有一定增长。

 

  在间位芳纶领域,2018年,国内间位芳纶产量实现小幅增长,约为9000 吨,产品应用以过滤材料和防护材料为主。在对位芳纶领域,2018 年,国内对位芳纶行业产量实现小幅增长,超过2000吨。国内市场呈供不应求态势,国内对位芳纶需求已超过 10000吨,但80% 仍需依赖进口。光缆通信、防弹材料、汽车工业等领域需求增长较快,其中光纤领域用量约占60% 左右,汽车领域(胶管、刹车片等) 用量约占 20%

 

  在超高分子量聚乙烯纤维领域,2018年,超高分子量聚乙烯纤维产量为15000~20000 吨,全年市场需求旺盛且保持持续增长。其中,绳缆领域用量较为稳定,产品主要是海洋用绳缆,纤维价格偏低;手套领域用量略有增长,目前用量约占总量的 50%,制品以出口为主,国外特别是欧盟的订单持续增加且稳定;防弹领域市场需求旺盛,特别是高端产品供不应求。

 

  在聚苯硫醚纤维领域,2018年,国内聚苯硫醚纤维产量略有增加,约为5500 吨,主要原因是受环保因素影响,下游滤料行业需求增长,但市场价格表现平稳,并未出现大起大落。值得一提的是,各生产企业产品规格仍集中在 1.2D~2D,应用领域集中在耐高温过滤材料。

 

  在连续玄武岩纤维领域,2018年,我国连续玄武岩纤维产量为20000~25000 吨,主要应用领域集中在短切纱、土工格栅、复合管道、汽车轻量化相关部件等。其中,绝大多数用在高速公路、市政道路等领域,在汽车轻量化及复合材料领域的应用也在逐渐加大。

 

  基于这些细分市场领域需求不同程度的增长,东华大学纤维材料改性国家重点实验室副主任余木火认为,中国制造业有巨大潜在市场,有望引领高性能纤维、尤其是轻量化复合材料产业发展。“我国各行业都开始尝试使用复合材料,风电、大型客机、高铁、汽车、建筑、海洋、化工等行业已走在应用前列。”他说道。

 

  龙头企业纷纷扩产

 

  竞争实力稳步提升

 

  正是基于这种良好的市场态势,近两年来,各相关企业纷纷铆足了劲,在扩产、扩能上下功夫,以不断提升市场竞争力。

 

  今年3月,光威复材发布公告称,拟在包头和墨西哥设立子公司。其中,包头子公司拟建设面向民品市场、以大丝束碳纤维为主要产品的碳纤维生产项目,助力公司民品业务发展,完善公司在碳纤维行业的全产业链布局;墨西哥子公司拟建设碳梁项目,以满足客户风电业务全球布局对公司碳梁供应的时效性和服务需求。

 

  中复神鹰在青海西宁投资了年产2万吨高性能碳纤维及配套原丝项目。该项目投资额为50 亿元,总体规划分两期进行建设。中复神鹰表示,这是公司产业战略布局的一项重要举措,在开拓新市场及延伸企业产业链的同时,计划将此项目作为上下游产业结构及产品联动的重要支撑平台,实现上下游产品导向性开发,助力国产碳纤维产业做优做强。

 

  据了解,5月,该项目一期年产1 万吨高性能碳纤维及配套原丝项目已正式动工,根据规划将于2020下半年投产, 2021年将形成年产 6000吨高性能碳纤维规模,2022年将形成年产4000 吨高性能碳纤维规模,届时将极大提高国产高性能碳纤维的自主保障能力。

 

  泰和新材也在宁夏和烟台两地进行布局。其中,在宁夏建设的3000/ 年对位芳纶项目现已动工,预计今年年底或2020 年初完工投产;烟台产业园12000 /年间位芳纶、12000 / 年对位芳纶项目也计划今年动工,2022年底将完成二期项目。

 

  中化国际也积极布局全产业链,致力于成为全球第一梯队的芳纶供应商。其位于江苏仪征的年产500吨的纺丝工厂已顺利投产,产品销售稳定,目前正积极推进在军工防护、电子通信、汽车轻量化、运动器材领域的下游产品开发和应用测试,在防弹头盔、汽车胶管、通信光缆等产品领域已通过权威机构的检测认证。而年产 5000 吨对位芳纶项目预计将在2020年形成产能,投产后中化国际将成为该领域全球第三的供应商。据悉,该项目的相关核心技术已形成完整的专利和专有技术体系,将打破国外长期垄断。

 

  整合产业优势资源

 

  上下游须联合攻关

 

  随着制造业智能化的深入发展,必然对材料提出新要求。那么,在此背景下,高性能纤维亟待突破的技术有哪些?其接下来的研发方向是什么?

 

  在吉林化纤集团董事长宋德武看来,未来,企业在产业链上的分工会更加细致。对于碳纤维而言,大丝束碳纤维会越来越受欢迎,细旦化、差别化将是未来研发方向,原丝生产将越来越受重视。

 

  复材本身具有各项异性力学性能,给设计分析工作带来一定困难。中国商飞北京民用飞机技术研究中心副总设计师徐吉峰表示,相比传统金属结构,复合材料在飞机上的应用提出了新的技术挑战,带来了一系列待突破的关键技术,如连接分析、稳定性、损伤容限、适坠性、大开口、闪电防护、防火耐燃、防除冰、层间分析等。

 

  中车青岛四方机车车辆股份有限公司副总工程师丁叁叁认为,轨道车辆未来的发展趋势是追求高速、高效、绿色、智能,这些都需要更轻、更强的材料。因此,以轻量化为核心的综合解决方案是未来技术的基础,应重点解决强度、刚度、疲劳、腐蚀、噪声及防火等各性能矛盾间的平衡及一体化。同时,还要提高产品的效能,以应对传统结构与材料日益突显的瓶颈,材料须轻量化、减冲击、提载重、高耐候、高可靠、高可用、高寿命、少维护。

 

  在新能源汽车轻量化技术的研发上,国际汽车轻量化绿色科技联盟执行会长陈平生认为,需要更安全、更节能、更环保,且利于智能制造模块化集成,通过零部件结构设计优化与CAE模拟分析、高强轻量化材料及先进制造技术的量化应用,实现量产车型的轻量化。

 

  中国化学纤维工业协会副秘书长吕佳滨指出,要在加工体系智能化上发力,发展生产流程的信息化、智能化及产品的可追溯性,推广智能工厂、智能车间示范应用,提高高性能纤维生产效率与产品品质,降低生产成本,扩大市场应用。同时,还要加快实现原料体系专业化配套定制。碳纤维、高强高模聚乙烯、聚酰亚胺纤维等生产的单体、溶剂、上浆剂等实现专业化标准化定制。开发与高性能纤维相匹配的纺丝油剂、上浆剂和纤维评价表征技术,提升产品适用性,实现规模化生产。

 

“近几年,通过系列产业发展规划,我国进一步明确了关键基础材料产业发展的目标和任务,为持续推动化纤行业产品结构升级、产业结构升级、技术结构升级,实现化纤行业科学发展和高质量发展提供方向。在高性能纤维接下来的发展上,须整合新材料产业优势资源,鼓励上下游企业和产学研联合攻关,集中力量重点突破核心技术的产业化应用。”中国工程院院士蒋士成说道。

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