高性能纤维及复合材料：三方配合 破高端应用瓶颈
■ 中国化学纤维工业协会 王玉萍 吕佳滨 靳高岭
重点领域成效显著 高端应用仍欠火候
（一）取得的成绩
1.产业布局不断优化
目前，我国已成为全球范围内高性能纤维生产品种覆盖面最广国家，已形成江苏、吉林、山东等产业集聚地，具备了一定区域发展基础。间位芳纶、连续玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维等具有一定优势的产业进一步加快了发展步伐，产业综合竞争力不断提高。此外，为满足国内市场需求，加大了对聚芳醚酮纤维、碳化硅纤维等纤维研发力度。
2.产业规模稳步发展
我国高性能纤维所有品种稳步发展，总产能近10万吨，产能规模已居世界前列。高性能纤维中碳纤维、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。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。聚芳醚酮纤维、碳化硅纤维等攻克关键技术，为实现产业化奠定基础。
3.生产工艺技术进步明显
高强型碳纤维突破干喷湿法纺丝技术；高强中模型、高模型碳纤维产业化技术相继突破，高强高模型碳纤维关键技术突破。超高分子量聚乙烯纤维突破干法纺丝生产工艺，实现千吨级产业化生产，迈入国际技术先进行列。间位芳纶产业化技术逐步成熟，产品实现系列化，国际竞争力不断增强。聚苯硫醚纤维突破了线性纤维级树脂合成与纯化成套技术，纤维品种和质量不断提升。聚酰亚胺纤维突破干法纺丝生产工艺，独创的“反应纺丝技术”具有完全自主知识产权，达到国际领先水平。连续玄武岩纤维突破了1200孔漏板和“一带六”组合炉技术，进一步扩大生产规模和降低生产成本。
4.应用技术取得较大进展
国产高性能纤维已基本满足国防军工需求，在民用航空、交通能源、工程机械装备、建筑结构和海洋工程等领域也得到广泛应用。间位芳纶、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维等已大量应用于耐高温过滤材料，不仅延长了滤袋使用寿命，而且提高了过滤材料的综合性能。连续玄武岩纤维制成的汽车消音器滤料已批量出口。复合材料通用工艺装备、成型技术已接近国际先进水平，缠绕工艺相对成熟，拉挤技术逐渐推广，液体模塑成型工艺逐步丰富，其中树脂传递模塑工艺逐步向快速高效率成型方向发展，可成型大型复杂构件。
5.重点领域应用成效显著
（1）高温粉尘过滤
采用聚酰亚胺纤维制成的高温过滤袋已实现在大型水泥窑尾袋式除尘器的工业化应用，有效解决了高温有害气体和灰尘过滤问题。聚苯硫醚纤维制成的针刺毡主要用于国内燃煤锅炉烟气净化的滤料，并针对煤质、炉型、烟尘特性等条件的不同，推出多种结构和后处理的滤料。
（2）基础设施建设
碳纤维、芳纶制成的片材、筋材、型材、板材，已成功应用于桥梁、厂房等建筑物的防震、防裂、防腐补强。连续玄武岩短切纤维掺入沥青，用于沥青路面的罩面层、中面层和桥面铺装等，可以改善道路高温稳定性和耐久性，明显提高路面质量，降低养护费用，已在浙江、湖南、河北等省份应用。
（3）安全防护用品
对位芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等制成的机织物、无纬布、非织造布、经编多轴向针织物以及纬编针织物等，已作为防刺层应用于军警用防护材料，在保证防刺性能的同时，提高了穿着舒适性和身体灵活性。聚酰亚胺纤维、间位芳纶与其他纤维复合及后整理后制成的织物，提高了防护服的个体防护水平，推动防护产品向多功能、多元化、系列化方向发展，已应用于消防、石化、电气、炼钢等领域。
（二）存在的问题
我国高性能纤维虽然取得了引人瞩目的成就，但仍要清醒地认识到，我国高性能纤维行业仍存在许多问题，主要表现在：一是基础理论研究薄弱，一系列关键科学技术尚未完全突破，自主创新能力不足，导致产品质量的稳定性、一致性和可靠性不高。二是企业规模小、生产成本高、系列化产品少，特别是高端产品有效供给不足，企业综合竞争力弱。三是行业上下游发展不同步，纤维、中间材料与制品未能形成有效产业协同，生产与应用脱钩。四是关键装备、基础零部件、仪表仪器、辅料等质量水平不高，导致生产工艺与装备、纤维与辅料的匹配性不强，关键树脂、上浆剂等仍依赖进口。五是行业服务体系不健全，标准、检验检测、认证等不够完善，影响了产品质量提升和应用推广，特别是在高端领域的应用。
产品需求走势各异 技术重点各有不同
（一）高性能碳纤维
需求：近年来，我国碳纤维消费需求量增速较为稳定，其中体育休闲领域的碳纤维消费市场已经趋于饱和，发展速度将有所减缓，未来我国碳纤维应用的重要、潜在市场以能源和工业用为主。预计到2020年，国内碳纤维总需求量将达到2.2万吨。
技术重点：大容量稳定高效聚合、高速纺丝、均质氧化和快速氧化碳化等低成本化、规模化、高稳定化关键技术；24K以上大丝束碳纤维生产技术；国产碳纤维相匹配的纺丝油剂和上浆剂制备技术；三维编织、自动铺放成型和自动模压等高效工艺技术；碳纤维复合材料回收、修补技术、表面改性技术、复合材料制品开发技术。
应用重点：重点实现干湿法T800级碳纤维(12K及以上)稳定生产，强度＞5490Mpa，模量＞280Mpa，以及湿法24K、48K大丝束碳纤维，强度大于4000Mpa，满足航天航空、汽车、轨道交通、新能源等领域应用需求。重点突破干湿法T1000级碳纤维生产技术，拉伸强度≥6400MPa，拉伸模量≥300GPa，产能达到100吨，用于国防军工、航空航天、核工业等重点领域，提高关键重点领域的高性能碳纤维的自主保障能力。
（二）芳纶
需求：对位芳纶的市场需求量还将持续增高，预计到2020年，国内间位芳纶和对位芳纶的需求量将分别达到1.5万吨和2.4万吨。
技术重点：对位芳纶的高效稳定控制、干喷湿纺更高纺速等关键技术；突破更高性能的高强型、高模型产品产业化技术。优化间位芳纶纤维溶剂体系和纺丝原液高效脱泡、高速稳定纺丝等关键技术，扩大在防护材料和高温过滤材料等高端领域的应用。
应用重点：重点发展细旦丝对位芳纶，强度≥19cN/dtex，模量80～90GPa，断裂伸长率≥3.0%，应用于通讯光缆、电池薄膜等。突破高强高模对位芳纶生产，强度≥22cN/dtex、模量≥120GPa，保证防弹、汽车、室外光缆、国防军工等领域应用需求。
（三）聚酰亚胺纤维
需求：随着环保要求的日益提高，聚酰亚胺纤维在耐高温滤料领域的需求随之增大，主要应用于电厂、水泥行业、钢铁行业等的袋式除尘器。预计到2020年，国内聚酰亚胺纤维在耐高温过滤材料的需求量将达到7000吨左右。
技术重点：高性价比原料单体制备关键技术、高速纺丝等低能耗生产技术，实现耐热型纤维产品的低成本化和绿色化；突破细旦、超细旦化技术，优化产品结构；攻克高强高模型制备关键技术，满足国防军工领域的应用。
应用重点：聚酰亚胺纤维单丝纤度为2.0dtex，强度＞4cN/dtex，极限氧指数为38%，重点产品包括短丝（单丝1、1.5、2.2 dtex）、长丝（200、600、800、1000、1600 dtex）等多种规格。大力发展有色丝，包括黑色、藏青色、橘红色、蓝色等。高强高模聚酰亚胺纤维的强度分别为3.0、3.5、4.2GPa，模量为100、120、150 GPa等，扩大在高端滤料、消防服装及制品、作战服、工业防护品、保温隔热等领域应用。
（四）聚苯硫醚纤维
需求：国内聚苯硫醚纤维的最大应用就是用于袋式除尘过滤材料，目前国内火电行业利用袋式除尘比例还不到10%，预计在排放标准日趋严格、执行力度不断加大的背景下，到2020年过滤袋应用领域对聚苯硫醚纤维的需求将达到2.2万吨。
技术重点：超细、异形、改性和复合等技术，提高耐氧化性和可纺性等性能；攻克纤维级树脂提纯技术，实现纤维级树脂的高品质化；有机/无机“纳米复合”改性、纺丝-牵伸“一步法”产业化技术。
应用重点：发展高强聚苯硫醚短纤维：断裂强度≥4.8CN/dtex；细旦短纤维，纤度：1.1dtex。提高耐高温、耐氧化性、耐紫外光老化、耐酸碱性、抗熔滴等综合性能，扩大在耐高温过滤材料、智能纺织品等领域的应用。
（五）聚四氟乙烯纤维
需求：其在垃圾焚烧、电力、钢铁及水泥等各行业需求将逐年增加，到2020年过滤袋应用领域对聚四氟乙烯纤维的需求将达到6000吨。
技术重点：优化膜裂和拉伸热定型工艺，提高拉伸膜均匀性和尺寸稳定性，系统提高产品质量；突破高性能聚四氟乙烯纤维选择透过膜及纤维产业化技术；加强高强耐用混纺混织滤料、表层过滤除尘滤料、高效吸附滤料和高效脱除滤料的研制与应用。
应用重点：发展高强、低热收缩率、细度为100～1200D的长丝系列产品；纤度为1.2～12.0D的短纤系列产品，满足耐高温高端过滤材料应用需求。
（六）连续玄武岩纤维
需求：随着生产规模的扩大和生产效率的提高，价格有望降低到耐碱玻璃纤维的水平。从前景看，玄武岩纤维可部分取代S-玻纤甚至E-玻纤等应用领域。玄武岩纤维及其复合材料在交通基础设施领域的应用前景广阔，其应用量将会占国内玄武岩纤维总量的50%以上。预计到2020年，全国玄武岩纤维的总销售量将超过2万吨。
技术重点：多孔（1200孔以上）拉丝漏板技术及漏板高温变形的控制技术；耐高温、耐碱及高强高模玄武岩纤维熔体掺杂改性技术；增强耐高温树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料浸润剂制备技术。
应用重点：发展掺杂改性生产耐高温CBF产品、耐碱CBF产品；CBF增强耐高温树脂基复合材料，树脂基耐高温指标要达到≧220℃； CBF增强热塑性树脂基复合材料，满足RTM、SMC、BMC和LFT-D等成形工艺的要求；重点发展水泥混凝土基（包括沥青混凝土）复合材料。拓展玄武岩纤维及制品在汽车领域、道路增强、建材等领域的应用。
政策引导 行业培育差异化竞争
（一）国家政策引导
近期，国务院成立了国家新材料产业发展领导小组，将启动实施重点新材料研发及应用重大工程，建设国家新材料创新中心及测试评价等服务平台，并配套知识产权、金融、标准、人才等相关政策。此外，国务院于2016年12月印发实施了《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，指出将面向航空航天、轨道交通、电力电子、新能源汽车等产业发展需求，扩大高性能纤维规模化应用范围，建立新材料技术成熟度评价体系，研究建立首批次应用保险补偿机制，并组建新材料性能测试评价中心。工信部、国家发改委、科技部和财政部联合印发了《新材料产业发展指南》，为“十三五”期间新材料产业健康有序发展提供了指引。这一系列政策措施的出台必将为高性能纤维行业的发展营造良好环境，进一步推动高性能纤维行业健康持续发展。
（二）协会大力推动
中国化学纤维工业协会高度重视国产高性能纤维及复合材料发展，积极推动产业可持续发展。一是解读产业政策，引导和推动产业健康持续发展，密切跟踪、主动研究行业热点、难点，建议国家部门组织相关企业和科研单位开展行业重大共性、关键成套技术的联合攻关。二是促进行业有效交流，通过高新技术纤维论坛、碳纤维论坛、中国国际化纤会、中国纤维流行趋势等，加强高性能纤维生产企业间及上下游企业间和科研单位之间的联系与合作，提高自主创新能力，促进科技成果转化，提升设计研发、生产工艺、技术装备水平。三是积极搭建行业服务平台，推动国际间的技术开发、市场开拓等合作项目。
（三）企业积极发展
国内高性能纤维行业关注度高、潜在投资意向多，已形成了江苏、吉林、山东等产业集聚地，以及中复神鹰、威海拓展和恒神股份为代表的碳纤维生产企业；泰和新材、中蓝晨光和圣欧芳纶为代表的芳纶生产企业；仪征化纤、湖南中泰和北京同益中为代表的超高分子量聚乙烯纤维生产企业；苏州金泉、四川安费尔为代表的聚苯硫醚纤维生产企业；奥神新材、长春高琦为代表的聚酰亚胺纤维生产有限公司。国内高性能纤维企业特别重视加强上下游产业合作，不断加大与科研院所、下游应用企业合作力度，围绕市场需求，建立战略合作机制，共同提升产品的稳定性、一致性，形成差异化竞争优势，实现与下游行业的互赢互利。
表1 主要高性能纤维产能情况 吨
纤维 产能 产量
碳纤维 20100 4000
芳纶 21500 10000
（其中间位8500，对位1500）
超高分子量聚乙烯纤维 15000 9000
聚苯硫醚纤维 10500 5000
聚酰亚胺纤维 3000 约700
聚四氟乙烯纤维 6000 约3500
连续玄武岩纤维 18000 8000
资料来源：中国化学纤维工业协会