高性能纖維是指對(duì)外界的物理和化學(xué)作用具有特殊耐受能力的一類特種纖維，是近年來化學(xué)纖維工業(yè)的主要發(fā)展方向之一，按照化學(xué)組成可分為有機(jī)高性能纖維和無機(jī)高性能纖維。高性能纖維不但是發(fā)展航空航天和國(guó)防工業(yè)迫切需要的重要戰(zhàn)略物資，而且在推進(jìn)各類戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排中起著不可替代的作用，是體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力和技術(shù)創(chuàng)新的標(biāo)志之一。日本、美國(guó)和歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視并長(zhǎng)期壟斷著全球高性能纖維的研發(fā)、 生產(chǎn)和市場(chǎng)。2006年以來，在國(guó)家政策和財(cái)政的重點(diǎn)支持下，我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速， 建立了較為完整的國(guó)產(chǎn)高性能纖維制備技術(shù)研發(fā)、工程實(shí)踐和產(chǎn)業(yè)體系，大幅縮短了與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，有效緩解了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)對(duì)高性能纖維的迫切需求。以下對(duì)常見高性能纖維進(jìn)行介紹。

1. 碳纖維

碳纖維是一種含碳量在90%以上的纖維材料，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、模量高、密度低、無蠕變、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好、非氧化環(huán)境下耐超高溫、抗疲勞性好等特性，是發(fā)展航空航天、新能源、高端裝備制造等高科技產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)材料，是制造火箭、導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機(jī)、海軍艦艇及多種尖端軍事武器的必備關(guān)鍵材料，在國(guó)防軍工領(lǐng)域有著不可替代的戰(zhàn)略地位。相關(guān)資料顯示，目前碳纖維復(fù)合材料在軍用飛機(jī)中的用量占比為30%～40%，大型客機(jī)用量占比為15%～50%。如美國(guó)F-22和F-35戰(zhàn)斗機(jī)的碳纖維復(fù)合材料用量分別達(dá)到24%和36%，B-2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)的用量占比超過50%，美國(guó)“全球鷹”無人偵察機(jī)的用量達(dá)65%，“雷神”無人機(jī)用量甚至超過90%。同時(shí)在民用航空領(lǐng)域，B-787、A-380等大型客機(jī)的復(fù)合材料用量均已超過50%。我國(guó)軍機(jī)、國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)、衛(wèi)星、航天飛船等也開始使用碳纖維復(fù)合材料，但應(yīng)用比例和水平遠(yuǎn)低于國(guó)外，其中三代戰(zhàn)斗機(jī)碳纖維和材料用量占比不足5%，四代戰(zhàn)斗機(jī)用量雖有所增高，但仍未達(dá)到20%，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)的碳纖維復(fù)合材料用量不足15%，且均為進(jìn)口。2020年全球碳纖維需求量為10.6kt，中國(guó)大陸地區(qū)碳纖維正在運(yùn)行的產(chǎn)能約為3.6kt，實(shí)際產(chǎn)量約為1.8kt，居世界第二位。

2. 對(duì)位芳綸

對(duì)位芳綸具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌、耐高溫、透波、抗沖擊和耐磨等優(yōu)異的性能，在光纜增強(qiáng)、防彈裝甲、石棉替代、個(gè)體防護(hù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。全球?qū)ξ环季]市場(chǎng)屬于典型的寡頭壟斷局面，北美和歐洲屬于成熟市場(chǎng)，中國(guó)是新興市場(chǎng)，作為潛在的芳綸用量大國(guó)，近年來我國(guó)對(duì)位芳綸的市場(chǎng)需求量增長(zhǎng)率保持10%左右，遠(yuǎn)超全球平均水平。隨著電子通信、國(guó)防軍工、輕量化材料、5G產(chǎn)業(yè)等對(duì)芳綸個(gè)性化需求的不斷增多，帶動(dòng)了對(duì)位芳綸行業(yè)的高速發(fā)展，待開拓市場(chǎng)空間巨大。2020年全球?qū)ξ环季]產(chǎn)能為83.7kt，至2022年預(yù)計(jì)總產(chǎn)能94.6kt，主要集中在杜邦、帝人和可隆三家企業(yè)，占全球?qū)ξ环季]產(chǎn)能的90% 左右，而國(guó)產(chǎn)企業(yè)占比較低。

3. 間位芳綸

間位芳綸具有優(yōu)異的耐熱性（分解溫度大于400℃，長(zhǎng)期使用溫度大于 200℃）、耐焰性（極限氧指數(shù)大于29%）、出色的耐高溫酸堿性、電絕緣性和良好的加工性能，廣泛應(yīng)用于高溫防護(hù)服、高溫濾料、電器工業(yè)和復(fù)合材料領(lǐng)域。2017年間位芳綸全球用量35kt，2018年增至43.2kt，其中50%產(chǎn)自杜邦公司，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到66kt，主要用于絕緣紙和安全防護(hù)領(lǐng)域，對(duì)纖維性能要求高，技術(shù)門檻高。2020年，全球間位芳綸市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到63億元，預(yù)計(jì)2026年將達(dá)到103億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為7.3%。目前國(guó)內(nèi)間位芳綸供應(yīng)質(zhì)量已接近國(guó)外產(chǎn)品，市場(chǎng)容量逐步遞增，并且具有較強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，由此迫使美國(guó)杜邦和日本帝人已基本退出國(guó)內(nèi)間位芳綸市場(chǎng)。但我國(guó)間位芳綸產(chǎn)品的60%以上用在相對(duì)低端的高溫過濾材料領(lǐng)域，技術(shù)門檻相對(duì)較低，其次才是用于安全防護(hù)和絕緣紙領(lǐng)域。與國(guó)際市場(chǎng)相比，我國(guó)制造的間位芳綸特別是絕緣紙性能仍有很大的提升空間。

4. 芳綸III

芳綸Ⅲ具有比對(duì)位芳綸更高的強(qiáng)度、模量，更好的抗沖擊性、阻燃性和抗熱氧老化性，同時(shí)具有更低的介電常數(shù)、介電損耗和更好的復(fù)合性能等，在纏繞、抗沖擊和結(jié)構(gòu)透波復(fù)合材料方面及光纖/纜增強(qiáng)方面具有重要的高端應(yīng)用，已批量用于洲際導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、直升機(jī)蒙皮、單兵頭盔、軍警防彈衣等領(lǐng)域。目前俄羅斯的芳綸Ⅲ仍處于世界領(lǐng)先水平，是唯一可批量生產(chǎn)芳綸Ⅲ的國(guó)家。與國(guó)外相比，我國(guó)芳綸Ⅲ系列產(chǎn)品種類較為單一，主要為高強(qiáng)型和高模型，缺少根據(jù)不同用途適當(dāng)調(diào)整性能的差別化品種。

5. 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維

UHMWPE纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性、耐候性、高能量吸收性、低導(dǎo)電性及防水性等特性，是密度最低的高性能纖維，廣泛應(yīng)用于軍事防彈、航空航天、海洋工程、安全防護(hù)、交通運(yùn)輸、體育器材、生物醫(yī)療和家紡用品等領(lǐng)域。迄今40多年的發(fā)展過程中，UHMWPE纖維的生產(chǎn)技術(shù)不斷改進(jìn)，纖維性能、產(chǎn)量均有長(zhǎng)足進(jìn)步，帶動(dòng)了從UHMWPE原料到纖維制品的全產(chǎn)業(yè)鏈的全面高速發(fā)展。特別是在防彈制品領(lǐng)域，鑒于UHMWPE纖維的密度僅為對(duì)位芳綸的2/3，在輕質(zhì)防彈制品方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，且其防彈效果優(yōu)于芳綸，現(xiàn)已成為美國(guó)防彈市場(chǎng)的主要纖維。目前UHMWPE纖維總量的45%用于生產(chǎn)防彈制品，世界范圍內(nèi)不斷發(fā)生局部戰(zhàn)爭(zhēng)以及恐怖事件，對(duì)UHMWPE纖維的需求將進(jìn)一步擴(kuò)大。隨著在工業(yè)及民用領(lǐng)域應(yīng)用的進(jìn)一步拓展，國(guó)內(nèi)外各公司不斷開發(fā)UHMWPE纖維新品牌，纖維產(chǎn)能也逐步增大。2011年全球UHMWPE纖維的總產(chǎn)能約30kt，2019年纖維產(chǎn)能達(dá)到64.6kt， 而需求量則達(dá)86kt，2020年纖維產(chǎn)能突增到80kt 左右，其中國(guó)內(nèi)UHMWPE纖維企業(yè)的快速發(fā)展對(duì)全球產(chǎn)能的突增做出了較大貢獻(xiàn)。

6. 聚酰亞胺纖維

聚酰亞胺纖維不僅具有較高的強(qiáng)度和模量，而且耐化學(xué)腐蝕性、熱氧化穩(wěn)定性和耐輻照性能十分優(yōu)越，在航空航天、國(guó)防建設(shè)、新型建筑、高速交通工具、海洋開發(fā)、體育器械、新能源、環(huán)境產(chǎn)業(yè)及防護(hù)用具等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，此外還可以作為性能更加優(yōu)越的防彈服織物、高比強(qiáng)度系列繩索、宇航服、高溫防護(hù)服等。目前，我國(guó)冶金行業(yè)每年需隔熱、透氣、柔軟的阻燃工作服約10萬(wàn)套，水電、核工業(yè)、地礦、石化、油田等領(lǐng)域每年需30萬(wàn)套防護(hù)用服，需耐高溫阻燃特種防護(hù)服用聚酰亞胺纖維500t左右，而消防救援防護(hù)服在20萬(wàn)套/年以上，這為聚酰亞胺纖維在高溫特種防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊空間。聚酰亞胺是一大類材料的總稱，化學(xué)結(jié)構(gòu)非常豐富，對(duì)應(yīng)于性能和功能不同的纖維品種，具有更大的應(yīng)用范圍。這些品種在聚合物制備、纖維成型等方面有很多共性問題，有利于實(shí)現(xiàn)多品種的開發(fā)，從而可滿足空天極端環(huán)境對(duì)高性能纖維的需求，將在我國(guó)空天探測(cè)活動(dòng)中發(fā)揮重要作用。

7. 聚苯硫醚（PPS）纖維

PPS是一種分子主鏈由苯環(huán)與硫原子對(duì)位相互交替排列、結(jié)構(gòu)規(guī)整性好的高分子材料。具有良好的力學(xué)強(qiáng)度、耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性等綜合性能。PPS纖維是目前少數(shù)可熔紡加工的商品化高性能纖維，是火力發(fā)電廠、垃圾焚燒廠等高溫、腐蝕尾氣袋式除塵核心部件的基礎(chǔ)材料，具有過濾精度高（PM10.0、PM2.5）、服役時(shí)間長(zhǎng)（4 年）的特點(diǎn)。日本東麗、日本東洋紡等深入研究并掌握了高品質(zhì)PPS短纖維生產(chǎn)技術(shù)，壟斷了PPS短纖維的全球市場(chǎng)，產(chǎn)量占全球80%以上。近年來，我國(guó)采用納米復(fù)合改性技術(shù)，進(jìn)一步提高了PPS纖維的綜合性能，打破國(guó)外對(duì)高品質(zhì)PPS纖維的壟斷，為我國(guó)高溫過濾產(chǎn)業(yè)提供性價(jià)比最具優(yōu)勢(shì)的PPS系列產(chǎn)品，為該產(chǎn)業(yè)提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、保持國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、開拓國(guó)際市場(chǎng)提供了重要保障。PPS納米復(fù)合纖維作為熱防護(hù)裝備的新型基礎(chǔ)材料，其發(fā)展可打破國(guó)外材料對(duì)特種防護(hù)裝備的壟斷，并降低高端防護(hù)裝備成本，提高熱防護(hù)裝備在我國(guó)石油化工、金屬冶煉、應(yīng)急救援等苛刻環(huán)境下的普及性，市場(chǎng)需求顯著，對(duì)推動(dòng)我國(guó)個(gè)體防護(hù)裝備研發(fā)和提高應(yīng)急救援水平具有重要意義。

8. 聚芳酯纖維

聚芳酯是一種通過酯鍵連接芳環(huán)而成、一般具有熱致液晶特性的特種高分子。在聚芳酯熔融紡絲過程中，其高分子鏈高度取向，從而賦予聚芳酯纖維高耐熱、高強(qiáng)度、高模量、低吸水、抗蠕變、介電常數(shù)低等優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、產(chǎn)業(yè)資材等領(lǐng)域，具有重大的軍事和工業(yè)價(jià)值。1977年聚芳酯纖維被美國(guó)國(guó)家宇航局（NASA）選用作“火星探險(xiǎn)者” 號(hào)登陸車的安全氣袋，實(shí)施軟著陸；2004年，又一次用在“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星探測(cè)車上；2003年起日本平流層飛艇也開始使用該纖維。平流層飛艇是工作在臨近空間的新型平臺(tái)，具有駐空時(shí)間長(zhǎng)、成本低和分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，有廣闊的商業(yè)應(yīng)用前景和重要的國(guó)防價(jià)值，被美國(guó)、日本、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家列為重要發(fā)展技術(shù)。平流層飛艇囊體蒙皮材料的制備技術(shù)是飛艇發(fā)展的關(guān)鍵，主要使用聚芳酯纖維作為高比強(qiáng)度織物，結(jié)合高阻隔性材料、黏合劑復(fù)合構(gòu)建增強(qiáng)復(fù)合材料。目前，全球僅日本可樂麗有年產(chǎn)2000t的纖維產(chǎn)品VECTRAN，美國(guó)塞拉尼斯、日本住友都準(zhǔn)備開發(fā)該纖維。由于聚芳酯纖維的綜合性能優(yōu)異，該纖維對(duì)我國(guó)實(shí)行限購(gòu)，且價(jià)格極高，嚴(yán)重制約了我國(guó)在上述領(lǐng)域的發(fā)展。東華大學(xué)聚芳酯纖維的研究課題已于2019年5月18日通過中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的鑒定，該技術(shù)的工業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)施將有力地打破國(guó)外對(duì)我國(guó)的封鎖和壟斷，滿足我國(guó)在上述重要領(lǐng)域的迫切需求，解決“卡脖子”的關(guān)鍵纖維及其復(fù)合材料問題。

9. 聚對(duì)苯撐苯并雙唑（PBO）纖維

PBO纖維是目前強(qiáng)度最高、綜合性能最好的高性能有機(jī)纖維，是繼芳綸纖維、碳纖維之后的新一代高性能纖維。其突出性能優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾方面：

• 力學(xué)性能優(yōu)異，PBO纖維強(qiáng)度達(dá)到5.8GPa（芳綸為2.9～3.4GPa），模量達(dá)到280GPa（芳綸為64～144GPa），為有機(jī)纖維中最高，同時(shí)也高于碳纖維等無機(jī)高性能纖維；
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• 耐熱性能好，PBO纖維熱分解溫度達(dá)到650℃，同樣為有機(jī)纖維中最高，耐熱工作溫度比芳綸高100℃左右；
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• 阻燃性能優(yōu)異，PBO纖維極限氧指數(shù)達(dá)到68%（芳綸為29%），在有機(jī)纖維中僅次于聚四氟乙烯纖維；
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• 化學(xué)穩(wěn)定性極好，除溶解于100%的濃硫酸、甲基磺酸、多聚磷酸等強(qiáng)酸外 , 在其他所有的有機(jī)溶劑和堿中都是穩(wěn)定的，強(qiáng)度幾乎不變。
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因此，PBO纖維被認(rèn)為是下一代裝甲防護(hù)用基礎(chǔ)材料及航天結(jié)構(gòu)部件、航空結(jié)構(gòu)/隱身領(lǐng)域的關(guān)鍵原材料，同時(shí)在光纜、車輛防護(hù)、人體防護(hù)、建筑增強(qiáng)和體育用品等民用領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景，是一種軍民兩用的高端纖維材料，對(duì)支撐傳統(tǒng)復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)性能跨越式提升、推動(dòng)升級(jí)換代具有重要意義。

10. 碳化硅（SiC）纖維

SiC纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗氧化、抗蠕變、耐腐蝕、與陶瓷基體相容性好等一系列優(yōu)異性能，是一種非常理想的增強(qiáng)纖維，在航空、航天、兵器、船舶和核工業(yè)等一些高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，是發(fā)展高技術(shù)武器裝備以及航空航天事業(yè)的戰(zhàn)略原材料。由連續(xù)SiC纖維增強(qiáng)的SiC陶瓷基復(fù)合材料（SiCf/SiC）強(qiáng)度高、密度低、使用溫度高，在高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用具有顯著的減重效果，是替代現(xiàn)有超高溫耐熱合金的最佳選擇。SiCf/SiC復(fù)合材料在航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的耐熱部件、高超音速運(yùn)輸推進(jìn)系統(tǒng)、原子核反應(yīng)堆材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家針對(duì)高性能連續(xù)SiC纖維開展了大量的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，并已實(shí)現(xiàn)了連續(xù)SiC纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。由于連續(xù)SiC纖維在軍事領(lǐng)域的重要應(yīng)用前景及其在航空、航天等高技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略地位，長(zhǎng)期以來，西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)該產(chǎn)品實(shí)行壟斷政策，并對(duì)我國(guó)進(jìn)行嚴(yán)密的產(chǎn)品和技術(shù)封鎖。

11. 玄武巖纖維

玄武巖纖維是以基性火山巖為主要原料，經(jīng)高溫熔融后拉絲制備的連續(xù)無機(jī)非晶態(tài)纖維。由于火山巖具有較高的二氧化硅、三氧化二鋁和鐵氧化物等組分，因此賦予玄武巖纖維較高強(qiáng)度、高模量、低導(dǎo)熱、耐磨、耐低溫高溫和良好化學(xué)穩(wěn)定性等特性，目前被廣泛應(yīng)用于混凝土、高溫過濾、建筑保溫、車輛工程、風(fēng)電、石油化工和體育休閑等行業(yè)。玄武巖材料作為宇宙天然產(chǎn)物，不僅在地球上廣泛分布，在月球、火星以及浩瀚的宇宙中都廣泛存在，開發(fā)深化玄武巖纖維的制備技術(shù)，對(duì)人類未來利用太空原位資源具有深遠(yuǎn)的意義。此外，還有部分高性能纖維如氧化鋁連續(xù)纖維、氮化硼纖維、硅硼氮纖維等，仍處于研發(fā)待量產(chǎn)階段，需進(jìn)一步提升前驅(qū)體熱處理技術(shù)，突破產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，提高纖維性能的穩(wěn)定性。其中上海榕融新材料科技有限公司計(jì)劃2021年年底在上海臨港建成連續(xù)氧化鋁纖維生產(chǎn)線，并預(yù)計(jì)3年內(nèi)產(chǎn)量達(dá)5kt；山東東珩國(guó)纖新材料有限公司于2020年7月在東營(yíng)投建年產(chǎn)100t連續(xù)氧化鋁纖維生產(chǎn)線。

一

高性能纖維產(chǎn)業(yè)的國(guó)際發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

作為主要的技術(shù)發(fā)源地，并得益于強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)和長(zhǎng)期積累，美國(guó)、日本和歐洲等國(guó)家與地區(qū)在高性能纖維及其復(fù)合材料領(lǐng)域已形成先發(fā)優(yōu)勢(shì)。美國(guó)的優(yōu)勢(shì)集中在黏膠基碳纖維、瀝青基碳纖維、氧化鋁纖維、芳綸纖維等方面，復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)也遙遙領(lǐng)先；日本在聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維和陶瓷纖維等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)；歐洲在紡絲裝備方面基礎(chǔ)好、水平高。他們?cè)诟咝阅芾w維材料方面具有很高的相互依存度，技術(shù)與資本交叉融合，形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。俄羅斯及東歐國(guó)家繼承了蘇聯(lián)自主發(fā)展的纖維材料技術(shù)，其中有機(jī)高性能纖維、黏膠基碳纖維技術(shù)平較高，各種熱加工設(shè)備實(shí)用可靠，可基本滿足其國(guó)防工業(yè)需求。以下分別對(duì)各高性能纖維的國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)進(jìn)行介紹。

1. 碳纖維

聚丙烯腈基碳纖維最早是由日本大阪工業(yè)試驗(yàn)所的進(jìn)藤昭南在1959年研制開發(fā)成功。在其工作基礎(chǔ)之上，日本碳公司在1962年以聚丙烯腈纖維為原料，通過預(yù)氧化處理、碳化處理最終制備得到了通用級(jí)碳纖維。英國(guó)皇家航空研究所（RAE）的W. Watt等人1963年發(fā)現(xiàn)在預(yù)氧化處理的過程中對(duì)聚丙烯腈纖維施加一定的張力，抑制聚丙烯腈原絲在預(yù)氧化熱處理過程中的收縮，可以明顯提高最終碳纖維的力學(xué)性能，這一技術(shù)的使用為現(xiàn)代聚丙烯腈基碳纖維的生產(chǎn)奠定了工藝基礎(chǔ)。在此之后，英國(guó)的Courtaulds公司和日本碳公司都分別在1969年建成了高性能聚丙烯腈碳纖維的工業(yè)生產(chǎn)裝置。日本東麗工業(yè)株式會(huì)社與東邦人造絲株式會(huì)社在1971年之后也相繼加入了聚丙烯腈基碳纖維的生產(chǎn)大潮之中。聚丙烯腈基碳纖維自20世紀(jì)60年代末研制開發(fā)成功以后，經(jīng)過1970—1980年的穩(wěn)定發(fā)展以及20世紀(jì)90年代的快速發(fā)展，其生產(chǎn)制備技術(shù)已成熟。目前，聚丙烯腈基碳纖維產(chǎn)量占全球90%以上，已經(jīng)分化為大絲束纖維（以美國(guó)為代表）和小絲束纖維（以日本為代表）兩大類。大絲束適用于普通的工業(yè)、民用和體育休閑領(lǐng)域；而小絲束纖維代表世界聚丙烯腈基碳纖維發(fā)展的最先進(jìn)水平，追求高性能，其中日本東麗生產(chǎn)的聚丙烯腈基碳纖維T1100的拉伸強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到了7.0GPa，是目前為止世界上力學(xué)強(qiáng)度最高的聚丙烯腈基碳纖維。世界上最主要的碳纖維生產(chǎn)國(guó)是日本，其中東麗、東邦人造絲及三菱人造絲依靠其先進(jìn)的原絲制備和碳化技術(shù)等優(yōu)勢(shì)，在質(zhì)量上處于全球領(lǐng)先地位，已發(fā)展了高強(qiáng)、高模及高強(qiáng)高模三大系列。高強(qiáng)度碳纖維已從T-300（力學(xué)強(qiáng)度為3.53GPa，模量為230GPa），上升到T-1100（力學(xué)強(qiáng)度7.0GPa，模量約324GPa）；高強(qiáng)高模并重的“M60J”抗拉伸強(qiáng)度為3.82GPa，最高模量可達(dá)588GPa。美國(guó)卓爾泰克（Zoltek）公司（已被日本東麗全資收購(gòu)）和德國(guó)SGL集團(tuán)是大絲束碳纖維的主要生產(chǎn)商，其中美國(guó)是大絲束碳纖維的主要生產(chǎn)國(guó)。2020年國(guó)外主要碳纖維生產(chǎn)企業(yè)信息如表1所示。

表1　2020年國(guó)外主要碳纖維生產(chǎn)企業(yè)信息

注：本表數(shù)據(jù)來自市場(chǎng)調(diào)研

2. 對(duì)位芳綸

對(duì)位芳綸最早由美國(guó)杜邦公司于20世紀(jì)60年代開發(fā)成功，1972年開始工業(yè)化生產(chǎn)，隨后荷蘭、日本、韓國(guó)及俄羅斯等國(guó)家也開始了各自的研究工作。作為主要技術(shù)發(fā)源地，并得益于強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)和長(zhǎng)期積累，美國(guó)杜邦和日本帝人在對(duì)位芳綸領(lǐng)域擁有絕對(duì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。杜邦在美國(guó)、日本和愛爾蘭等多國(guó)建立對(duì)位芳綸生產(chǎn)基地，2016年時(shí)產(chǎn)能為34kt，但自2017年關(guān) 停美國(guó)Cooper River 5kt/a裝置后，直至2020年其對(duì)位芳綸產(chǎn)能一直維持在29kt/a。帝人的對(duì)位芳綸生產(chǎn)基地主要建在日本和荷蘭，2020年產(chǎn)能達(dá)到32kt，并計(jì)劃到2022年擴(kuò)產(chǎn)增加約25%的產(chǎn)能，預(yù)計(jì)產(chǎn)能達(dá)到39kt/a。其中，帝人在日本松山的對(duì)位芳綸為三元共聚對(duì)位芳綸，是采用聚合-濕法紡絲一步法而成的，商品名為Technora®，產(chǎn)能一直維持在3kt/a。2019年杜邦和帝人對(duì)位芳綸產(chǎn)能占全球總產(chǎn)能的83%，2020年由于國(guó)內(nèi)對(duì)位芳綸企業(yè)的擴(kuò)產(chǎn)，這兩家公司的產(chǎn)能下降至72%。除美國(guó)、日本之外，韓國(guó)可隆也是較早的對(duì)位芳綸生產(chǎn)企業(yè)，2020年其產(chǎn)能擴(kuò)至7.5kt/a ；韓國(guó)曉星和泰光也有對(duì)位芳綸產(chǎn)品供應(yīng)，產(chǎn)能分別為1.7kt/a和1.5kt/a。2015—2020年國(guó)外各企業(yè)對(duì)位芳綸產(chǎn)能如表2所示。

表2　2015—2020年國(guó)外各企業(yè)對(duì)位芳綸產(chǎn)能（單位kt）

注：本表數(shù)據(jù)來自市場(chǎng)調(diào)研

在對(duì)位芳綸應(yīng)用方面，安全防護(hù)、防彈材料用纖維占30%，車用摩擦材料用纖維占30%，光學(xué)纖維保護(hù)增強(qiáng)用纖維占15%，輪胎用纖維占10%，橡膠增強(qiáng)用纖維占10%，其他用纖維占5%。發(fā)達(dá)國(guó)家在高性能纖維及復(fù)合材料方面相互依存度高，技術(shù)和資本交叉融合，產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐年擴(kuò)大，積極重組聯(lián)合，對(duì)大工業(yè)應(yīng)用提前布局。隨著高性能對(duì)位芳綸全球市場(chǎng)的急速發(fā)展和需求增長(zhǎng)，對(duì)位芳綸及其復(fù)合材料新一輪技術(shù)突破正在加速推進(jìn)，同時(shí)，全球行業(yè)壟斷格局也在不斷加劇，優(yōu)勢(shì)企業(yè)主導(dǎo)地位難以撼動(dòng)。國(guó)外主要對(duì)位芳綸生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品布局如表3所示。

表3　國(guó)外主要對(duì)位芳綸生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品布局

3. 間位芳綸

杜邦公司占據(jù)了全球間位芳綸一半以上的市場(chǎng)份額，其產(chǎn)能一直維持在25kt/a，近年來大幅擴(kuò)大Nomex芳綸紙產(chǎn)能，擬關(guān) 停部分間位芳綸產(chǎn)能。杜邦公司參與供應(yīng)鏈的每一個(gè)環(huán)節(jié)，從多方面控制著全球間位芳綸市場(chǎng)，在短纖維方面，Nomex 纖維用于服裝和紡紗，在其他終端領(lǐng)域，杜邦只授權(quán)特定紡紗廠，并不向所有終端開放。日本帝人也是間位芳綸老牌供應(yīng)商，多年來其間位芳綸產(chǎn)能也一直維持在4.5kt/a左右。此外，韓國(guó)也有少量間位芳綸供應(yīng)，分別是韓國(guó)Woongjin公司和HUVIS公司，產(chǎn)能分別為1.2kt/a和50t/a。國(guó)外主要間位芳綸生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品布局如表4所示。

表4　國(guó)外主要間位芳綸生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品布局

4. 芳綸Ⅲ

芳綸Ⅲ主要由全蘇合成纖維科學(xué)研究院和全俄聚合物纖維科學(xué)研究院進(jìn)行研發(fā)，生產(chǎn)集中在特威爾和卡門斯克兩家公司，產(chǎn)品品種主要包括SVM、Armos和Rusar 系列，總產(chǎn)能估計(jì)約2000t/a。其中SVM和Armos 是蘇聯(lián)時(shí)期實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的，而Rusar是俄羅斯于1990年代采用干噴濕紡工藝開發(fā)的新型雜環(huán)芳綸，此后其高強(qiáng)高模型Rusar-S（強(qiáng)度5.5～6.4GPa，模量160GPa）和耐熱阻燃型Rusar-O［極限氧氣指數(shù)（LOI）高達(dá)40～45］也相繼開發(fā)成功，尤其是Rusar-S在下游需求驅(qū)動(dòng)下，生產(chǎn)技術(shù)不斷更新。近幾年，俄羅斯多家研究單位聯(lián)合開發(fā)出一種四元共聚型的Rusar-NT纖維，這種纖維是在Armos的三元結(jié)構(gòu)中引入了更經(jīng)濟(jì)的含氯第四單體，其強(qiáng)度預(yù)計(jì)可達(dá)到7GPa，彈性模量可達(dá)180～200GPa，LOI達(dá)40以上，代表了雜環(huán)芳綸研發(fā)的最高水平。目前Armos已裝備俄羅斯多種高性能武器系統(tǒng)，如用于俄羅斯的SS-24、SS-25及當(dāng)前技術(shù)最先進(jìn)的“白楊 -M”（即 SS-27）等洲際導(dǎo)彈Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體上，發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量比達(dá)到0.92以上。俄羅斯最新的布拉瓦潛射導(dǎo)彈也采用了Armos纖維用于發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，此外，俄羅斯還采用Armos制備了BOLIT系列芳綸頭盔，并裝備了部隊(duì)，其最新型號(hào)的芳綸頭盔防彈V50達(dá)到600～650m/s，超過了美軍PASGT頭盔（609m/s）和德軍現(xiàn)役頭盔（620m/s），且質(zhì)量?jī)H約1.25kg，大大降低了士兵的負(fù)重，提高機(jī)動(dòng)性。俄羅斯芳綸Ⅲ除用于樹脂基復(fù)合材料增強(qiáng)纖維之外，還用于橡膠增強(qiáng)、消防服、繩纜、縫紉線、降落傘等。

5. UHMWPE纖維

UHMWPE纖維是由荷蘭DSM公司于1978年發(fā)明的，美國(guó)霍尼韋爾公司購(gòu)買荷蘭DSM公司專利技術(shù)并于1984年首先實(shí)現(xiàn)了該纖維的產(chǎn)業(yè)化，之后荷蘭DSM公司與日本東洋紡合作于1986年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。DSM公司是UHMWPE纖維的發(fā)明者，在UHMWPE纖維生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用開發(fā)方面也一直保持世界領(lǐng)先地位。該公司擁有UHMWPE聚合工廠，生產(chǎn)纖維級(jí)UHMWPE樹脂專門供應(yīng)本公司纖維生產(chǎn)，除了荷蘭本土之外，還在美國(guó)和日本建有多條UHMWPE纖維生產(chǎn)線。2009年DSM公司UHMWPE纖維總產(chǎn)能就已超過10kt/a，2012年纖維產(chǎn)能擴(kuò)至13.2kt/a。除了UHMWPE纖維產(chǎn)能一直領(lǐng)先之外，他們一直研發(fā)新產(chǎn)品，開發(fā)了強(qiáng)度最高的SK99纖維（強(qiáng)度>40cN/dtex）、高強(qiáng)抗蠕變的DM20纖維、高抗切割的3G12纖維以及醫(yī)療用Purity纖維，并開發(fā)了專用于UHMWPE纖維的耐磨涂層技術(shù)。針對(duì)不同應(yīng)用需求，DSM還基于UHMWPE纖維開發(fā)了高防彈防護(hù)性能的防彈板、防刺防護(hù)背心、雷達(dá)罩以及與碳纖維復(fù)合材料等。2020年3月，DSM宣布開發(fā)生物基UHMWPE纖維，以致力于減少碳排放，并宣稱到2030年至少60%的UHMWPE纖維采用生物基原料制成。美國(guó)霍尼韋爾公司雖然最早實(shí)現(xiàn)了UHMWPE纖維的產(chǎn)業(yè)化，但由于其使用的萃取劑對(duì)大氣層有破壞作用而面臨禁用的問題，使其UHMWPE纖維的擴(kuò)產(chǎn)受到限制，產(chǎn)能上不及DSM在美國(guó)投產(chǎn)的UHMWPE纖維生產(chǎn)線，纖維強(qiáng)度也比不上DSM的同類產(chǎn)品，但霍尼韋爾公司是UHMWPE防彈無緯布的發(fā)明者，開創(chuàng)了UHMWPE纖維在防彈領(lǐng)域的應(yīng)用。霍尼韋爾公司的UHMWPE纖維產(chǎn)能一直伴隨美國(guó)軍方對(duì)防彈防護(hù)的需求在增長(zhǎng)，2009年纖維產(chǎn)能為1kt，2012年提高到2kt，最近一次的擴(kuò)能計(jì)劃是在2019年，纖維產(chǎn)能擴(kuò)大到3kt/a并維持至今。霍尼韋爾公司基于其UHMWPE纖維開發(fā)了多種規(guī)格的Spectra Shield系列防彈防護(hù)基材，用于制備軟式及硬質(zhì)防彈制品，包括軍用和警用防彈衣、防彈板、防彈裝甲等，還將UHMWPE纖維與對(duì)位芳綸復(fù)合成功解決了UHMWPE纖維基防彈頭盔凹陷度大的問題，大大提高了UHMWPE纖維在軍用防彈頭盔領(lǐng)域的應(yīng)用，并進(jìn)一步提高了防彈裝甲的防彈性能，其在UHMWPE纖維防彈應(yīng)用方面的研究一直居于世界領(lǐng)先地位。

6. 聚酰亞胺纖維

20世紀(jì)60年代，美國(guó)杜邦公司的紡織前沿實(shí)驗(yàn)室和蘇聯(lián)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)就開始了聚酰亞胺纖維的研究工作，但限于當(dāng)時(shí)聚酰亞胺樹脂的合成與纖維成型方面整體技術(shù)不成熟，纖維制備成本較高，聚酰亞胺纖維沒有得到迅速推廣和應(yīng)用。至20世紀(jì)70年代，蘇聯(lián)報(bào)道了聚酰亞胺纖維的相關(guān)研究，生產(chǎn)規(guī)模小，產(chǎn)品僅限應(yīng)用于軍工裝備、航空航天中的輕質(zhì)電纜護(hù)套等領(lǐng)域。后來，法國(guó)羅納布朗克公司開發(fā)了m-芳香族聚酰胺類型的聚酰亞胺纖維，由法國(guó)Kermel公司進(jìn)行商品化開發(fā)。如今，為迎合高溫氣體過濾市場(chǎng)不斷增加的溫度及化學(xué)反應(yīng)等特殊要求Kermel又開發(fā)了Kermel-Tech聚酰胺-酰亞胺纖維。該纖維持續(xù)工作溫度達(dá)到220℃，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)340℃，在極高工作溫度下仍可保留其優(yōu)異的力學(xué)性能，目前已被廣泛用于能源生產(chǎn)、高溫過濾、法國(guó)空軍作戰(zhàn)服、南極科考、極限攀登等嚴(yán)酷環(huán)境。20世紀(jì)80年代中期，奧地利Lenzing AG公司（目前技術(shù)為德國(guó)贏創(chuàng)公司獨(dú)有）以甲苯二異氰酸酯（TDI）、二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）和二苯酮四酸二酐（BTDA）為反應(yīng)單體，推出了商品名為P84®的聚酰亞胺纖維，這也是目前最主要的聚酰亞胺纖維產(chǎn)品之一。P84®纖維可在260℃以下連續(xù)使用，瞬時(shí)溫度可達(dá)280℃。該纖維具有不規(guī)則的葉片狀截面，比一般圓形截面增加了80%的表面積，使其在高溫過濾領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。2009年贏創(chuàng)公司擴(kuò)大了P84纖維的生產(chǎn)規(guī)模，于2010年7月宣布裝置投產(chǎn)。經(jīng)過近10年的發(fā)展，贏創(chuàng)公司相繼推出了綜合性能更優(yōu)異的P84®HT、P84Premium等創(chuàng)新型纖維產(chǎn)品。以P84Premium產(chǎn)品為例，纖維細(xì)度為1.3dtex ，比表面積高達(dá)約435m²/kg，比常規(guī)2.2dtex的產(chǎn)品又提高了近12%。卓越的除塵效率可帶來更低的壓降，節(jié)約引風(fēng)機(jī)電耗，延長(zhǎng)濾料使用壽命，大大降低企業(yè)的運(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

7. PPS纖維

全球PPS樹脂主要生產(chǎn)企業(yè)有美國(guó)Ticona公司，產(chǎn)能占比9.6%；日本東麗株式會(huì)社，產(chǎn)能占比17.6%；日本DIC株式會(huì)社，產(chǎn)能占比21.7%；比利時(shí)索爾維集團(tuán)，產(chǎn)能占比12.8%；日本吳羽化學(xué)株式會(huì)社，產(chǎn)能占比6.8%等，年產(chǎn)能均高達(dá)150kt噸以上。其中，Ticona和東麗掌握了多等級(jí)多品種的PPS纖維級(jí)切片的生產(chǎn)技術(shù)，是PPS纖維級(jí)切片的主要供應(yīng)商。目前，也僅有Ticona和東麗具有長(zhǎng)絲級(jí)PPS樹脂的生產(chǎn)能力。21世紀(jì)以來，東麗首先采用市場(chǎng)兼并策略，收購(gòu)了美國(guó)飛利浦公司和蘭精公司的PPS短纖維技術(shù)，成為目前全球PPS短纖維的最大生產(chǎn)商。其次，東麗和東洋紡等日資企業(yè)深入研究并掌握高品質(zhì)PPS短纖維生產(chǎn)技術(shù)，壟斷了PPS短纖維的全球市場(chǎng)，產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的80%以上。為提高PPS短纖維在高溫過濾領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，東麗和東洋紡等國(guó)外PPS短纖維生產(chǎn)企業(yè)，通過整合上下游產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)了細(xì)旦、異形化PPS纖維制備技術(shù)及應(yīng)用開發(fā)，顯著提高了濾袋的過濾精度，實(shí)現(xiàn)了5mg/m³的超凈排放標(biāo)準(zhǔn)；另外，東麗針對(duì)除塵濾袋使用壽命短的難題，系統(tǒng)開展了高強(qiáng)PPS纖維的研究，制備了斷裂強(qiáng)度高達(dá)5.5cN/dtex的短纖維，大幅度提升了高溫濾袋的使用壽命，在高端PPS纖維應(yīng)用領(lǐng)域具有顯著的全球影響力。在其他應(yīng)用領(lǐng)域的拓展方面，帝斯曼公司基于PPS的綜合性能，制備了高可靠性和耐久性PPS質(zhì)子交換膜；東麗將PPS纖維制備成微孔直徑大于1.0μm的網(wǎng)眼織物，并與高分子電解質(zhì)進(jìn)行復(fù)合制備復(fù)合電解質(zhì)膜，應(yīng)用于電池隔膜領(lǐng)域。

未來PPS纖維的發(fā)展趨勢(shì)主要概括為兩點(diǎn)：

• PPS纖維的應(yīng)用技術(shù)研究，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)外PPS纖維集中應(yīng)用于燃煤電廠、垃圾焚燒、化工廠等苛刻環(huán)境的濾袋產(chǎn)品，市場(chǎng)規(guī)模小，且無法發(fā)揮PPS纖維優(yōu)異的綜合性能。

• PPS纖維的高性能化研究，提高PPS纖維的力學(xué)強(qiáng)度、抗氧化性、細(xì)旦化和異形化， 加強(qiáng)PPS纖維產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

8. 聚芳酯纖維

聚芳酯纖維由美國(guó)伊斯曼柯達(dá)（該業(yè)務(wù)后被杜邦和塞拉尼斯收購(gòu)）、CBO公司 （Carborundum）、塞拉尼斯公司（Celanese）的科學(xué)家們首先進(jìn)行開發(fā)。1976年，伊斯曼柯達(dá)的Jackson報(bào)道了熱致液晶聚芳酯（商品名X7G®）可由PET和乙酰化后的對(duì)羥基苯甲酸共聚制得，但由X7G®紡成的纖維強(qiáng)度、模量較低，實(shí)用價(jià)值較小；隨后，CBO公司與日本住友化學(xué)公司合作開發(fā)Ekonol®纖維，其強(qiáng)度為4.1GPa，模量為134GPa，達(dá)到高性能纖維的水平，但是都處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，并未見工業(yè)化報(bào)道。由于聚合原料、配方設(shè)計(jì)、聚合設(shè)備、紡絲設(shè)備、熱處理設(shè)備等各方面的制約，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的則是塞拉尼斯和日本可樂麗合作開發(fā)的Vectran®纖維。1990年可樂麗西條工廠開始生產(chǎn)Vectran®纖維產(chǎn)品，2005年4月，可樂麗公司并購(gòu)了塞拉尼斯先進(jìn)材料公司的高性能纖維業(yè)務(wù)，成為Vectran®纖維的世界唯一生產(chǎn)商。2007年隨著市場(chǎng)需求的快速增長(zhǎng)，可樂麗公司對(duì)其在西條市的生產(chǎn)裝置進(jìn)行擴(kuò)能，產(chǎn)能從600t增加到了1000t。2008年可樂麗在北美無紡布及非織造展覽會(huì)（Techtextil North America）上推出了溶液染色的Vectran®HT新品種，有藍(lán)、綠、橘紅等色澤，其抗紫外光性、色牢度和強(qiáng)度均較好，同時(shí)還引入了細(xì)旦絲產(chǎn)品。為滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，可樂 麗在2017—2018年間將產(chǎn)能由1000t拓展至2000t規(guī)模，并計(jì)劃進(jìn)一步擴(kuò)產(chǎn)，預(yù)計(jì)在2022年將增至年產(chǎn)3000t的規(guī)模。

9. PBO纖維

基于宇宙開發(fā)和軍事裝備等尖端科技領(lǐng)域的需要，20世紀(jì)六七十年代，美國(guó)空軍Wright- Patterson實(shí)驗(yàn)室開始了對(duì)芳雜環(huán)聚合物的基礎(chǔ)研究，尋求高強(qiáng)度、高耐熱的高性能聚合物的加工制備方法。同一時(shí)期，斯坦福大學(xué)研究所（SRI）的Wolf等在該領(lǐng)域開展科研攻關(guān)，設(shè)計(jì)了PBO聚合物。但受限于單體制備技術(shù)的限制，合成的聚合物分子量較低，PBO的優(yōu)異性能未能表現(xiàn)出來。20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)陶氏（Dow）化學(xué)公司獲得了該專利技術(shù)，繼續(xù)開展研究，探求新的單體合成路線和技術(shù)路線。1991年陶氏和日本東洋紡開始合作開發(fā)PBO纖維。1994年?yáng)|洋紡出資30億日元建成了400t/a的PBO單體和180t/a的紡絲生產(chǎn)線。1995年春，東洋紡獲得陶氏的授權(quán)，開始PBO中試及生產(chǎn)研究，并且取得了小批量PBO纖維產(chǎn)品，1998年10月200t/a的裝置正式投產(chǎn)，并確定PBO纖維的商品名為ZYLON。其后2000年左右PBO纖維的生產(chǎn)能力達(dá)到380t，2003年達(dá)到500t，2008年達(dá)到1000t，近年來達(dá)到2000t/a。目前世界上的PBO纖維的生產(chǎn)被東洋紡壟斷，大部分的文獻(xiàn)和專利都是東洋紡公司所有。其纖維產(chǎn)品主要供美國(guó)武器裝備、航空航天事業(yè)、太空資源的開發(fā)以及其他尖端科技領(lǐng)域，纖維生產(chǎn)工藝嚴(yán)格保密，相關(guān)產(chǎn)品對(duì)我國(guó)實(shí)施禁售。

10.碳化硅纖維

采用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法進(jìn)行連續(xù)SiC纖維的研發(fā)可以分為三代：

• 第一代的典型代表是日本碳公司（Nippon Carbon）的Nicalon NL202纖維和日本宇部興產(chǎn)公司（Ube Industries）的Tyranno LoxM纖維，在空氣中1000℃時(shí)仍然保持穩(wěn)定，但由于纖維中含有較多的氧和游離碳，在空氣中1000℃以上或者惰性氣氛中1200℃以上將發(fā)生顯著的分解反應(yīng)并伴隨結(jié)晶的迅速生長(zhǎng)，導(dǎo)致纖維的強(qiáng)度急劇降低，嚴(yán)重限制了其在陶瓷基復(fù)合材料上的應(yīng)用。

• 針對(duì)第一代連續(xù)SiC纖維的問題，日本、美國(guó)等國(guó)采用不同的技術(shù)路線，研制了低氧含量的第二代SiC纖維，典型代表是日本碳公司采用電子束輻照方法替代原有的空氣不熔化處理后制得的Hi-Nicalon纖維和日本宇部興產(chǎn)公司的Tyranno ZE纖維，這種低氧含量的纖維在1300℃的空氣中或者1600℃的惰性氣氛中能夠保持穩(wěn)定。

• 隨后，在此基礎(chǔ)上使纖維中的雜質(zhì)氧、游離碳含量進(jìn)一步降低，碳硅比接近化學(xué)計(jì)量比，結(jié)構(gòu)上也由原來的β-SiC微晶狀態(tài)、中等程度結(jié)晶變?yōu)楦呓Y(jié)晶狀態(tài)，從而研發(fā)出能耐更高溫度的第三代連續(xù)SiC纖維。其典型代表是日本碳公司的Hi-Nicalon S纖維、日本宇部興產(chǎn)公司的Tyranno SA纖維以及美國(guó)COI Ceramics的Sylramic纖維。

雖然同為第三代SiC纖維，但彼此的制備方法和性能各不相同。Hi-Nicalon S纖維是日本碳公司在電子束輻照交聯(lián)的基礎(chǔ)上，通過在纖維燒成過程中加氫脫碳，進(jìn)一步將Hi-Nicalon纖維的富余碳去除，從而實(shí)現(xiàn)了近化學(xué)計(jì)量比的組成。Tyranno SA纖維是宇部興產(chǎn)公司將聚碳硅烷與乙酰丙酮鋁反應(yīng)得到聚鋁碳硅烷，從而在先驅(qū)體中引入鋁元素作為燒結(jié)助劑，利用碳熱還原反應(yīng)同時(shí)脫去多余的碳和氧，最后經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)致密化達(dá)到高結(jié)晶近化學(xué)計(jì)量比的組成與結(jié)構(gòu)。Sylramic纖維是將鈦元素引入聚碳硅烷得到聚鈦碳硅烷，隨后在纖維燒成過程中引入燒結(jié)助劑B元素，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)致密化也實(shí)現(xiàn)了高結(jié)晶近化學(xué)計(jì)量比。這種纖維現(xiàn)在由ATK-COI陶瓷公司生產(chǎn)，該公司通過在氮?dú)庵羞M(jìn)一步加熱纖維制備了表面富含BN層的Sylramic-iBN纖維。與Sylramic SiC纖維相比，Sylramic-iBN SiC纖維具有更大的晶粒，更好的抗蠕變性和更高的抗氧化性。第三代SiC纖維，尤其是高結(jié)晶近化學(xué)計(jì)量比的SiC纖維，由于制備溫度較高，晶粒尺寸較大，在組成、結(jié)構(gòu)和耐溫性能上更加接近純SiC塊體材料。連續(xù)SiC纖維由第一代、第二代到第三代的發(fā)展過程中，有以下基本特征：

• 纖維的元素組成逐漸接近SiC的化學(xué)計(jì)量比，雜質(zhì)氧、自由碳的含量明顯降低；

• 纖維的微觀結(jié)構(gòu)由無定形態(tài)、微晶態(tài)逐漸形成完善的β-SiC結(jié)晶甚至高結(jié)晶狀態(tài)；

• 纖維的耐溫性能顯著提高，而且，隨著組成與結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，纖維的密度和模量都有逐漸提高的趨勢(shì)。

11. 玄武巖纖維

目前全球玄武巖纖維的產(chǎn)量為30～40kt，國(guó)外的年產(chǎn)量不足10kt，主要由烏克蘭和俄羅斯等國(guó)生產(chǎn)，其中以俄羅斯的Kamenny VEK公司較為成熟，目前已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)1200孔漏板穩(wěn)定成纖，此外俄羅斯還有Sudaglass公司、Ivotsteklo公司等生產(chǎn)玄武巖纖維，工藝技術(shù)較成熟。另外烏克蘭的Technobasalt公司、烏日（Toyota）公司，奧地利Asamer公司也依托蘇聯(lián)的工藝技術(shù)，在烏克蘭建立了生產(chǎn)線。受性價(jià)比等因素制約，每個(gè)公司的產(chǎn)能均不高，根據(jù)實(shí)際情況在300～2000t不等。美洲和非洲地區(qū)也有生產(chǎn)玄武巖纖維的報(bào)道，如2016年俄羅斯Sudaglass公司在美國(guó)俄亥俄建立分公司，2019年美國(guó)Mafic公司在北卡羅來納州的謝爾比市開始生產(chǎn)玄武巖纖維，但是考慮到當(dāng)?shù)丶夹g(shù)成熟度等因素，產(chǎn)能不穩(wěn)定，該地區(qū)的玄武巖纖維仍然以從亞歐買入后加工為主。烏克蘭和俄羅斯地區(qū)都是依托于蘇聯(lián)的玄武巖纖維熔化成纖技術(shù)。該技術(shù)主要以頂部燃燒淺層熔化為主，熔化效率較低，采用鉑金導(dǎo)流管技術(shù)，該技術(shù)獲得的玻璃液品質(zhì)高，但是設(shè)備維護(hù)比較復(fù)雜。由于國(guó)外復(fù)合材料研究起步早、應(yīng)用廣、技術(shù)先進(jìn)，目前玄武巖纖維的功能化和差異化品種也一直由國(guó)外引領(lǐng)，我國(guó)處于跟跑階段，如汽車保溫、隔聲方面、風(fēng)電葉片增強(qiáng)等方面。國(guó)外玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能情況如表5所示。

表5　2020年國(guó)外玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能情況

注：本表數(shù)據(jù)來自市場(chǎng)調(diào)研

二

高性能纖維產(chǎn)業(yè)的國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)家政策扶持和相關(guān)部委的大力支持下，通過各類科技項(xiàng)目的實(shí)施，專項(xiàng)能力建設(shè)和國(guó)家級(jí)創(chuàng)新研究機(jī)構(gòu)設(shè)立等，我國(guó)高性能纖維經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，基礎(chǔ)研究、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)都取得很大進(jìn)步，已經(jīng)建立起完整的高性能纖維制備、研發(fā)、工程實(shí)踐和產(chǎn)業(yè)化體系，不斷取得突破性進(jìn)展，大幅縮短了與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，目前已成為全球范圍內(nèi)高性能纖維生產(chǎn)品種覆蓋面最廣的國(guó)家。以下對(duì)主要高性能纖維的國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀分別進(jìn)行介紹。

1. 碳纖維

我國(guó)聚丙烯腈基碳纖維的研制開發(fā)工作已有60多年歷史。在20世紀(jì)60年代初，吉林應(yīng)用化學(xué)研究所最早開始研究聚丙烯腈基碳纖維的生產(chǎn)技術(shù)和工藝，并在70年代初完成了碳纖維生產(chǎn)的連續(xù)化中試裝置。在此之后，東華大學(xué)、上海合成纖維研究所、中國(guó)科學(xué)院山西煤化研究所等科研單位和院校也相繼開展了聚丙烯腈基碳纖維的研制及開發(fā)工作。經(jīng)過“十一五”至“十四五”期間的集中技術(shù)攻關(guān)，國(guó)產(chǎn)T300級(jí)碳纖維性能基本達(dá)到國(guó)際水平，航空航天領(lǐng)域應(yīng)用漸趨成熟；干噴濕法T700級(jí)碳纖維實(shí)現(xiàn)了千噸化生產(chǎn)，但主要以民用領(lǐng)域?yàn)橹鳎娇疹I(lǐng)域應(yīng)用處于初級(jí)階段。目前，中國(guó)仍處在以T300和T700為主要增強(qiáng)體的第1代先進(jìn)復(fù)合材料的擴(kuò)大應(yīng)用階段，T800級(jí)碳纖維的工程化應(yīng)用尚處研制階段，而國(guó)外航空航天等領(lǐng)域已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用以T800級(jí)碳纖維為主要增強(qiáng)體的第2代先進(jìn)復(fù)合材料。在碳纖維領(lǐng)域，我國(guó)處于跟跑地位。國(guó)產(chǎn)碳纖維原絲形成了二甲基亞砜（DMSO）、二甲基乙酰胺（DMAc）、硫氰酸鈉（NaSCN）三種生產(chǎn)工藝體系，干噴濕紡和濕法紡絲工藝技術(shù)逐漸完善，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提升；碳纖維核心技術(shù)不斷突破，在實(shí)現(xiàn)T300級(jí)碳纖維產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)上，又相繼實(shí)現(xiàn)了T700級(jí)、T800級(jí)，以及24K以上工業(yè)用大絲束碳纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)，M40J、M55J等高強(qiáng)高模碳纖維也突破關(guān)鍵技術(shù)，處于工程化階段。但與日本東麗相比，我國(guó)二甲基亞砜系列產(chǎn)品尚未覆蓋日本東麗同系列碳纖維品種。T1000級(jí)及以上更高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)尚未完全突破，不能有效滿足航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域需求。我國(guó)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)有中復(fù)神鷹、光威集團(tuán)、恒神股份、吉林精功、上海石化、中簡(jiǎn)科技等企業(yè)，但因缺乏對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)問題與規(guī)律、核心技術(shù)與關(guān)鍵裝備的系統(tǒng)深入研發(fā)，產(chǎn)品性能與生產(chǎn)穩(wěn)定性與國(guó)際龍頭企業(yè)有差距。高精度計(jì)量泵、耐腐蝕噴絲板、超高溫石墨化爐等設(shè)備仍依賴進(jìn)口。2020年國(guó)內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能信息如表6所示。

表6　2020年國(guó)內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能信息

2. 對(duì)位芳綸

國(guó)內(nèi)對(duì)位芳綸的年消耗量在1.1kt左右，其中光纖領(lǐng)域用量近6000t，防護(hù)材料用量約1000t，汽車領(lǐng)域（膠管、剎車片等）用量約2500t，其他工業(yè)用約1500t，但80%的產(chǎn)品仍需依賴進(jìn)口。隨著我國(guó)交通運(yùn)輸、光纖通信、高速鐵路、航空補(bǔ)強(qiáng)、輕量汽車子午胎用簾子布及剎車片等領(lǐng)域和防護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的快速發(fā)展，對(duì)位芳綸的需求將呈現(xiàn)更加旺盛的局面，預(yù)計(jì)2025年國(guó)內(nèi)對(duì)位芳綸的需求量達(dá)到30kt。2019年國(guó)內(nèi)對(duì)位芳綸產(chǎn)業(yè)發(fā)展穩(wěn)中向好，產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)小幅增長(zhǎng)，但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)仍呈供不應(yīng)求態(tài)勢(shì)，總體市場(chǎng)缺口較大，產(chǎn)品價(jià)格較2018年上漲了約20%。我國(guó)早期對(duì)位芳綸生產(chǎn)企業(yè)主要有中藍(lán)晨光、蘇州兆達(dá)、煙臺(tái)泰和以及儀征化纖。2017年起中化國(guó)際集團(tuán)開始投入對(duì)位芳綸生產(chǎn)，在東華大學(xué)的技術(shù)支持下，將蘇州兆達(dá)對(duì)位芳綸生產(chǎn)線搬遷至揚(yáng)州，并與其合資成立中化高性能纖維材料有限公司，2019年開始其二期工程5kt/a生產(chǎn)線的建設(shè)，于2020年底建設(shè)成功，總產(chǎn)能達(dá)5.5kt/a。煙臺(tái)泰和新材股份有限公司2020年在寧夏地區(qū)擴(kuò)建3kt/a的對(duì)位芳綸生產(chǎn)線，疊加煙臺(tái)1.5kt/a，目前共有4.5kt/a的對(duì)位芳綸產(chǎn)能，此外，泰和新材正在進(jìn)行技改項(xiàng)目，預(yù)計(jì)將進(jìn)一步提升產(chǎn)能1.5kt/a。泰和新材在2020年收購(gòu)民士達(dá)，募資建設(shè)年產(chǎn)3kt的高性能芳綸紙基材料產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)主要對(duì)位芳綸生產(chǎn)企業(yè)近年來產(chǎn)能情況如表7所示。

表7　國(guó)內(nèi)主要對(duì)位芳綸生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能情況(單位kt)

3. 間位芳綸

2017年國(guó)內(nèi)間位芳綸產(chǎn)量約為8.5kt，凈進(jìn)口量約1.1kt，表觀消費(fèi)量超過9.6kt。由于間位芳綸下游市場(chǎng)整體不景氣，并且過濾材料領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品價(jià)格走低，此外，間位芳綸原料價(jià)格大幅上漲，雙重因素導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)營(yíng)壓力較大。在此市場(chǎng)環(huán)境下，部分公司（包括廣東彩艷和杭州九隆）相繼關(guān) 停其間位芳綸生產(chǎn)線，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)間位芳綸產(chǎn)業(yè)集中度提高。目前國(guó)內(nèi)間位芳綸的生產(chǎn)企業(yè)主要為煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司和超美斯新材料股份有限公司（原圣歐芳綸），產(chǎn)能分別為7kt/a和5kt/a。2018年，由于美國(guó)軍隊(duì)換裝導(dǎo)致杜邦纖維供應(yīng)緊張以及芳綸原料供應(yīng)緊張，引起間位芳綸市場(chǎng)供不應(yīng)求，纖維價(jià)格有所提升。2019年，國(guó)內(nèi)間位芳綸產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)較大增長(zhǎng)，產(chǎn)品仍以過濾材料和防護(hù)材料為主，高端產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)比例仍較低。行業(yè)整體運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品逐步向差異化、功能化、時(shí)尚化發(fā)展，擴(kuò)大了高端領(lǐng)域應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)間位芳綸生產(chǎn)廠商和軍方展開合作生產(chǎn)作戰(zhàn)套服，軍隊(duì)與武警的大人員基數(shù)及高頻率戰(zhàn)損打開間位芳綸產(chǎn)量消化渠道，也為其提供龐大的市場(chǎng)空間。在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，泰和新材宣布新增4kt/a的間位芳綸生產(chǎn)線，并于2021年8月投產(chǎn)，公司間位芳綸的產(chǎn)能達(dá)到萬(wàn)噸級(jí)。

4. 芳綸Ⅲ

芳綸Ⅲ生產(chǎn)線最早由中藍(lán)晨光化工研究院有限公司在2009年建成，開始Staramid F-368和F-358系列產(chǎn)品的生產(chǎn)，性能與俄羅斯Armos相當(dāng)，產(chǎn)能為50t/a，解決了我國(guó)雜環(huán)芳綸國(guó)產(chǎn)化“有無”問題，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。2013年以后，中藍(lán)晨光開始致力于研發(fā)制造第二代芳綸Ⅲ的生產(chǎn)技術(shù)，并于2015年初獲得了公斤級(jí)纖維樣品，力學(xué)性能優(yōu)異。之后進(jìn)一步優(yōu)化紡絲組件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了單紡位200～300tex絲束的紡制，性能水平與75～100tex絲束一致，即股絲束密度提高了3倍。在目前，國(guó)產(chǎn)芳綸Ⅲ拉伸強(qiáng)度達(dá)到5.0GPa，彈性模量達(dá)130～160GPa，性能居國(guó)內(nèi)批產(chǎn)有機(jī)纖維之首，達(dá)到俄羅斯Rusar批產(chǎn)產(chǎn)品水平，已批量穩(wěn)定生產(chǎn)并用于軍工領(lǐng)域，解決了國(guó)防急需，具有重要意義。除中藍(lán)晨光外，國(guó)內(nèi)還有廣東彩艷股份有限公司、四川輝騰科技股份有限公司以及中國(guó)航天科工六院46所等先后開展了雜環(huán)芳綸的研究開發(fā)工作。2008年，由廣東彩艷承擔(dān)的國(guó)家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)雜環(huán)芳綸專題項(xiàng)目和雜環(huán)芳綸的核心原料M-3單體研制專題項(xiàng)目通過了科技部的驗(yàn)收。2010年，四川輝騰自主研發(fā)生產(chǎn)的商品名為“芙絲特”的雜環(huán)芳綸通過國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)，并進(jìn)一步開發(fā)雜環(huán)芳綸復(fù)合板型材和成型構(gòu)件產(chǎn)品，現(xiàn)已具備50t/a芳綸Ⅲ及100t/a芳綸Ⅲ先進(jìn)復(fù)合材料生產(chǎn)能力。中國(guó)航天科工六院46所于1990年代開始研究F-12雜環(huán)芳綸，通過對(duì)聚合-紡絲-后處理纖維工藝不斷優(yōu)化和完善，1999年研究成功，之后依次進(jìn)行了3t/a中試、5t/a放大和20t/a產(chǎn)業(yè)化及產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)，在國(guó)內(nèi)率先設(shè)計(jì)研制出多種規(guī)格的F12纖維及其織物，其性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，產(chǎn)能達(dá)50t/a，最近正準(zhǔn)備將F-12產(chǎn)能擴(kuò)至100t/a，以滿足我國(guó)航空航天及高端戰(zhàn)略武器的需求。

5. UHMEPE纖維

隨著UHMWPE纖維在軍品、民品特別是量大面廣的各類纜繩和家紡等領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)，國(guó)內(nèi)UHMWPE纖維需求量穩(wěn)步遞增，纖維產(chǎn)能逐步擴(kuò)大。2010年我國(guó)UHMWPE纖維生產(chǎn)企業(yè)20余家，總產(chǎn)能17kt/a，至2015年發(fā)展至30余家，總產(chǎn)能達(dá)26.6kt/a。然而，30余家UHMWPE纖維生產(chǎn)企業(yè)中年產(chǎn)千噸級(jí)的企業(yè)僅8家，大多數(shù)企業(yè)產(chǎn)能僅為300t/a左右，產(chǎn)品單一，生產(chǎn)成本也居高不下。2016年，江蘇九九久購(gòu)買了東華大學(xué)專利開始建設(shè)UHMWPE纖維生產(chǎn)線，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)UHMWPE纖維生產(chǎn)規(guī)模達(dá)萬(wàn)噸的企業(yè)，其纖維產(chǎn)品投入市場(chǎng)后引發(fā)了國(guó)內(nèi)UHMWPE纖維的價(jià)格戰(zhàn)。之后，部分工藝、技術(shù)落后的企業(yè)逐漸退出UHMWPE纖維市場(chǎng)，部分企業(yè)則通過重組或吸收資金重建纖維生產(chǎn)線，同時(shí)也有一批新的企業(yè)投資UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)。目前，九九久公司UHMWPE纖維產(chǎn)能已達(dá)16kt/a。此外，山東如意集團(tuán)于2018年宣布投資建設(shè)UHMWPE纖維生產(chǎn)線，產(chǎn)能為10kt/a ；浙江毅聚、江蘇領(lǐng)譽(yù)也于2018年后開始投入U(xiǎn)HMWPE纖維行業(yè)，預(yù)計(jì)產(chǎn)能在3kt/a以上。這些企業(yè)生產(chǎn)線全部建成之后，我國(guó)UHMWPE纖維的產(chǎn)能將超過60kt/a，占全球生產(chǎn)能力的3/4。國(guó)產(chǎn)UHMWPE纖維及制品國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力也不斷提高，外貿(mào)出口量也由50%逐步增大到超過70%。目前，國(guó)內(nèi)UHMWPE纖維生產(chǎn)企業(yè)有20余家，其中產(chǎn)能過千噸的生產(chǎn)企業(yè)如表8所示。

表8 國(guó)內(nèi)UHMWPE 纖維主要生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能匯總

6. 聚酰胺纖維

近年來，我國(guó)聚酰亞胺纖維產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展，相關(guān)科研機(jī)構(gòu)也開始重視聚酰亞胺及其纖維的研究與開發(fā)。我國(guó)在20世紀(jì)60年代由上海合成纖維研究所率先試行過小批量聚酰亞胺纖維生產(chǎn)，主要用于電纜的防輻射包覆、抗輻射的繩帶等，最終沒有實(shí)現(xiàn)聚酰亞胺纖維的規(guī)模化開發(fā)。20世紀(jì)70年代，基于聚酰亞胺纖維獨(dú)特的綜合性能和特殊領(lǐng)域發(fā)展的需要，相關(guān)單位又恢復(fù)了聚酰亞胺纖維的研究工作。目前，國(guó)內(nèi)聚酰亞胺纖維生產(chǎn)企業(yè)主要包括長(zhǎng)春高崎聚酰亞胺材料有限公司、江蘇奧神新材料股份有限公司和江蘇先諾新材料科技有限公司。他們采用不同的生產(chǎn)工藝，形成了耐高溫型、高強(qiáng)高模型聚酰亞胺纖維的商品化生產(chǎn)，在環(huán)境保護(hù)、航空航天、尖端武器裝備及個(gè)人防護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，也使得我國(guó)高性能聚酰亞胺纖維生產(chǎn)技術(shù)位居世界前列。中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所是較早從事聚酰亞胺 研究的單位之一，開發(fā)出一條獨(dú)具我國(guó)特色的聚酰亞胺合成路線，取得了包括美國(guó)及歐洲專利在內(nèi)的數(shù)十項(xiàng)專利。2008年在吉林省科技廳的支持下，該所開展了吉林省科技發(fā)展計(jì)劃重大項(xiàng)目“耐熱型聚酰亞胺纖維”的研究工作，先后突破了聚酰胺酸紡絲溶液的制備和聚酰胺酸初生纖維的酰亞胺化技術(shù)等關(guān)鍵工藝技術(shù)瓶頸。開發(fā)的聚酰亞胺連續(xù)化紡絲技術(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，工藝成熟，具備了產(chǎn)業(yè)化技術(shù)基礎(chǔ)，生產(chǎn)的聚酰亞胺纖維技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過合同規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，綜合性能優(yōu)于商品化的P84纖維。2011年江蘇奧神聯(lián)合東華大學(xué)自主開發(fā)聚酰亞胺纖維。他們?cè)谌蚍秶鷥?nèi)首次提出并建立了“反應(yīng)紡絲”的新原理和新方法，并圍繞干法紡絲成型過程中“反應(yīng)紡絲”這一創(chuàng)新性思路，攻克了紡絲漿液的合成、纖維干法成型與后處理以及設(shè)備的成套等一系列關(guān)鍵技術(shù)，建成了國(guó)際上首條干法紡耐熱型聚酰亞胺纖維1kt/a生產(chǎn)線，生產(chǎn)了甲綸SuplonTM短纖、長(zhǎng)絲及短切纖維等系列產(chǎn)品。相關(guān)成果榮獲紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)，國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，經(jīng)專家鑒定，一致認(rèn)為整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中“反應(yīng)紡絲”技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。經(jīng)過近十年的發(fā)展，目前江蘇奧神已形成了3kt/a聚酰亞胺纖維生產(chǎn)能力，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于高溫過濾、特種防護(hù)、國(guó)防軍工、信息通信等領(lǐng)域。江蘇先諾成立于2013年，是一家專注于高性能聚酰亞胺纖維及其下游產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)，建有全球首套年產(chǎn)30t和100t規(guī)模的高強(qiáng)高模聚酰亞胺纖維生產(chǎn)線，其技術(shù)來源于北京化工大學(xué)。該公司提出的一體化連續(xù)反應(yīng)紡絲工藝，可從聚酰胺酸紡絲溶液經(jīng)凝固、牽伸、熱亞胺化連續(xù)反應(yīng)，獲得高強(qiáng)高模聚酰亞胺纖維。該技術(shù)突破了高強(qiáng)高模聚酰亞胺纖維制備的瓶頸，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其中3項(xiàng)核心專利獲得美國(guó)授權(quán)，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

7. PPS纖維

國(guó)內(nèi)聚苯硫醚樹脂生產(chǎn)企業(yè)主要有浙江新和成、重慶聚獅、內(nèi)蒙古磐迅和珠海長(zhǎng)先。2020年10月，國(guó)家商務(wù)部出臺(tái)政策，對(duì)美國(guó)、日本、韓國(guó)以及馬來西亞四國(guó)進(jìn)口的PPS，實(shí)施保證金形式的反傾銷措施，顯著提高進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格，促使國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品性價(jià)比提升，為我國(guó)PPS樹脂產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供基礎(chǔ)。浙江新和成、重慶聚獅產(chǎn)量分別占全球產(chǎn)量的9.6%和6.4%，未來有望擴(kuò)產(chǎn)成為全球PPS產(chǎn)能前五的企業(yè)。但由于PPS纖維產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域未完全開發(fā)，需求量遠(yuǎn)低于PPS樹脂在電子電氣領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，重慶聚獅公司主要集中于PPS注塑原料的研究，纖維級(jí)切片產(chǎn)品研究較少，產(chǎn)品單一。目前，僅有浙江新和成建有5kt/a產(chǎn)能的纖維級(jí)樹脂生產(chǎn)線，生產(chǎn)多種批號(hào)的熔噴級(jí)、短纖級(jí)切片，但其缺乏長(zhǎng)絲級(jí)和改性級(jí)紡絲切片，纖維產(chǎn)品質(zhì)量低于國(guó)際水平。國(guó)內(nèi)也僅有浙江新和成和四川安費(fèi)爾高分子材料科技有限公司能實(shí)現(xiàn)PPS短纖維的連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)能分別為5kt/a和3kt/a ；江蘇瑞泰科技有限公司、四川德陽(yáng)科技股份有限公司等短纖維生產(chǎn)企業(yè)因各種原因相繼停產(chǎn)停業(yè)。2016年，蘇州金泉新材料股份有限公司與東華大學(xué)聯(lián)合承擔(dān)了江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了PPS短纖維的改性研究，并建成3kt/a的柔性生產(chǎn)線，顯著提高PPS纖維的阻燃性、服役溫度和壽命，提高PPS短纖維在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，但因纖維級(jí)樹脂原料短缺，無法持續(xù)生產(chǎn)。綜上所述，國(guó)內(nèi)PPS樹脂的聚合生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)具有一定的積累，在國(guó)家政策和市場(chǎng)需求雙重支持下，產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，市場(chǎng)占有率大幅提高，但仍存在生產(chǎn)技術(shù)水平較低、產(chǎn)品品類較少、缺乏長(zhǎng)絲級(jí)和熔噴級(jí)產(chǎn)品、高端產(chǎn)品低于國(guó)際先進(jìn)水平等問題；在纖維產(chǎn)業(yè)方面，高端纖維級(jí)切片產(chǎn)能不足，市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域狹窄，中低端產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境惡劣，高端應(yīng)用市場(chǎng)嚴(yán)重缺乏。高溫?zé)焿m濾袋領(lǐng)域雖然仍存在50%以上的市場(chǎng)空缺，但隨著靜電除塵技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)和新型高性能纖維的市場(chǎng)沖擊，PPS纖維市場(chǎng)飽和，急需拓展應(yīng)用領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)集群方面，基于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈化和纖維生產(chǎn)工藝難度大，常規(guī)產(chǎn)品價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈，利潤(rùn)低，準(zhǔn)入門檻高，多數(shù)中小企業(yè)被迫轉(zhuǎn)型發(fā)展，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)，國(guó)內(nèi)PPS高質(zhì)量發(fā)展提速緩慢。

8. 聚芳酯纖維

國(guó)內(nèi)聚芳酯纖維規(guī)模化生產(chǎn)企業(yè)僅有寧波海格拉新材料科技有限公司，通過與東華大學(xué)合作，引入聚芳酯纖維紡絲技術(shù)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高性能聚芳酯纖維年產(chǎn)50～100t產(chǎn)量規(guī)模，所生產(chǎn)的聚芳酯纖維強(qiáng)度大于22cN/dtex，模量大于500cN/dtex，極限氧氣指數(shù)為28%，干濕強(qiáng)度比為100%，長(zhǎng)期使用溫度大于150℃，主要供應(yīng)給下游高性能織物織造等領(lǐng)域的企業(yè)。公司計(jì)劃在“十四五”期間進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能至100～200t/a，以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)在高強(qiáng)線纜、飛艇蒙皮等領(lǐng)域?qū)τ诰鄯减ダw維日益提升的需求。

9. PBO纖維

國(guó)內(nèi)對(duì)PBO纖維的研究起步較晚，20世紀(jì)80年代，華東理工大學(xué)率先開始了對(duì)PBO單體及聚合物的研究，所制備纖維的拉伸強(qiáng)度僅為1.20GPa，模量為10GPa，性能遠(yuǎn)未達(dá)到Kevlar纖維水平。由于合成PBO的單體4,6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽（DAR）完全依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴，制約了PBO相關(guān)的研究，對(duì)PBO纖維的研究也幾度被中斷。為填補(bǔ)這一空白，國(guó)家將PBO高性能纖維作為重點(diǎn)材料列入863國(guó)家計(jì)劃給予支持。在此背景之下，華東理工大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等對(duì)DAR單體的合成進(jìn)行專門研究；哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華東理工大學(xué)、東華大學(xué)等單位則對(duì)PBO聚合及纖維制備開展了研究，另有多家研究機(jī)構(gòu)對(duì)PBO的應(yīng)用及增強(qiáng)材料進(jìn)行了研究。經(jīng)過二三十年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)高校及研究所在PBO聚合物的合成和紡絲方面取得了一定的進(jìn)展。東華大學(xué)聯(lián)合上海交通大學(xué)自1999年起開始進(jìn)行PBO聚合、纖維成形的研究，先后攻克了單體合成及純化技術(shù)，設(shè)計(jì)制造了適用于高黏度聚合體系的特殊攪拌器，發(fā)明了PBO的反應(yīng)擠出-液晶紡絲一體化工藝，在國(guó)內(nèi)首次成功建成了噸級(jí)規(guī)模的PBO纖維試驗(yàn)線，2005年完成了項(xiàng)目鑒定，制得的PBO聚合物特性黏數(shù)達(dá)25dL/g以上，強(qiáng)度達(dá)4.16GPa，模量達(dá)139GPa；之后，繼續(xù)進(jìn)行擴(kuò)大試驗(yàn)，在原有規(guī)模上完善和擴(kuò)產(chǎn)，建成了5t規(guī)模PBO聚合、紡絲中試線，于2008年完成項(xiàng)目鑒定，制得的PBO纖維強(qiáng)度穩(wěn)定在4.95GPa以上，接近日本東洋紡纖維產(chǎn)品水平。2016年左右哈爾濱工業(yè)大學(xué)以三氯苯為原料合成的DAR單體純度達(dá)到99.5%以上，采用該單體進(jìn)行PBO的聚合及紡絲，所紡制的PBO纖維拉伸強(qiáng)度達(dá)到5.0GPa、模量達(dá) 240GPa。

在PBO纖維產(chǎn)業(yè)化方面，國(guó)內(nèi)近幾年也取得了重要進(jìn)展，數(shù)家PBO纖維生產(chǎn)企業(yè)陸續(xù)投產(chǎn)。中藍(lán)晨光化工有限公司“十二五”期間建成一條2t/a產(chǎn)能的PBO纖維軍工小試線，其纖維強(qiáng)度穩(wěn)定達(dá)到5.2GPa以上，并正在將其擴(kuò)建到20t/a的產(chǎn)能。2018年1月，成都新晨新材料科技有限公司投資約5億元建設(shè)產(chǎn)量達(dá)380t/a的高性能PBO纖維生產(chǎn)線，是目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)能最大的生產(chǎn)線；2018年8月，江蘇中匯特纖新材料公司高性能PBO特種纖維項(xiàng)目試產(chǎn)成功，項(xiàng)目一期具備50t/a的產(chǎn)能；同年，中科金綺新材料科技有限公司投資1.45億，建成150t/a的PBO生產(chǎn)線。近年來，山東非金屬材料研究所因軍工需求與東華大學(xué)聯(lián)合推進(jìn)PBO纖維的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，2021年在山東濟(jì)南建成了百噸規(guī)模的PBO纖維生產(chǎn)線。綜合來看，國(guó)內(nèi)尚處于PBO纖維產(chǎn)業(yè)化的初期階段，市場(chǎng)上產(chǎn)品較少，尚待進(jìn)一步發(fā)展。

10. 碳化硅纖維

為打破美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)SiC纖維技術(shù)和產(chǎn)品的嚴(yán)密封鎖，國(guó)防科技大學(xué)從1980年開始在國(guó)內(nèi)率先開展了制備連續(xù)SiC纖維的研究，獨(dú)立研發(fā)并建立了國(guó)內(nèi)第一條連續(xù)SiC纖維的生產(chǎn)試驗(yàn)線，在先驅(qū)體合成、紡絲、不熔化和燒成等方面均取得了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和技術(shù)。所制備的KD型第一代和第二代連續(xù)SiC纖維的性能均處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平，已被國(guó)內(nèi)航空、航天等領(lǐng)域多個(gè)研究單位和應(yīng)用部門所使用，先后獲得軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（2014年）、湖南省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)（2014年）、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（2015年）。針對(duì)第三代SiC纖維的研制，通過加氫脫碳預(yù)燒，制備出近化學(xué)計(jì)量比的KD-S型第三代連續(xù)SiC纖維，性能與同樣采用加氫脫碳工藝的日本Hi-Nicalon S纖維水平相當(dāng)；2016年攻克了SiC纖維高溫?zé)Y(jié)致密化技術(shù)，在國(guó)內(nèi)首次成功制備出高結(jié)晶近化學(xué)計(jì)量比的連續(xù)SiC纖維，即KD-SA型第三代SiC纖維，該纖維在組成與結(jié)構(gòu)、耐高溫和抗蠕變等性能方面與國(guó)外的第三代SiC纖維Tyranno SA水平相當(dāng)。目前該纖維已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了小批量生產(chǎn)并提供給應(yīng)用部門使用，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，使我國(guó)成為世界上第三個(gè)能夠制備出高結(jié)晶近化學(xué)計(jì)量比連續(xù)SiC纖維的國(guó)家。

廈門大學(xué)從2002年開始進(jìn)入了制備連續(xù)SiC纖維的研究領(lǐng)域，采用電子束輻照交聯(lián)的方法獲得了低氧含量的第二代連續(xù)SiC纖維，并采用電子束輻照后再加氫脫碳的方法制備了類似于日本Hi-Nicalon S纖維的第三代連續(xù)SiC纖維，纖維的組成、結(jié)構(gòu)與性能都與日本相應(yīng)的第二代、第三代連續(xù)SiC纖維水平相當(dāng)。自2015年以來，中科院寧波材料所針對(duì)核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求，開展類似于日本Hi-Nicalon S纖維的第三代SiC纖維的研制。另外，中科院過程所對(duì)含鋯的復(fù)相SiC纖維、中南大學(xué)對(duì)含鈹SiC纖維也都進(jìn)行了相關(guān)研究。

在產(chǎn)業(yè)化方面，2005年，蘇州賽菲集團(tuán)有限公司與國(guó)防科技大學(xué)對(duì)接成果轉(zhuǎn)化，并于2010年在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)連續(xù)SiC纖維的產(chǎn)業(yè)化。2016年，寧波眾興新材料有限公司與國(guó)防科技大學(xué)簽署合作協(xié)議，開展第二代連續(xù)SiC纖維的產(chǎn)業(yè)化，目前已建成產(chǎn)能40t/a的聚碳硅烷先驅(qū)體生產(chǎn)線以及10t/a的第二代連續(xù)SiC纖維生產(chǎn)線（Shincolon-Ⅱ）。2019年該公司與中科院過程所簽署合作協(xié)議，轉(zhuǎn)化第二代連續(xù)復(fù)相SiC纖維（Sericafila Z）以及第三代連續(xù)復(fù)相SiC纖維（Sericafila ZB）。福建立亞新材有限公司自2015年成立以來與廈門大學(xué)合作，建成了產(chǎn)能10t/a的第二代SiC纖維、第三代SiC纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線。2018年，湖南博翔新材料有限公司碳化硅纖維事業(yè)部（現(xiàn)湖南澤睿新材料有限公司）通過中南大學(xué)的科技成果轉(zhuǎn)化建成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)能 10t/a 的含鈹碳化硅纖維生產(chǎn)線。

11. 玄武巖纖維

2002年，科技部將“玄武巖連續(xù)纖維及其復(fù)合材料”列入“863計(jì)劃”，加強(qiáng)對(duì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氣電混熔和全電熔爐生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展及推廣，使得玄武巖纖維得到快速發(fā)展。但目前我國(guó)的玄武巖纖維總體走的是低端路線，集中在混凝土用短切玄武巖纖維的增強(qiáng)材料。2006年，我國(guó)第一條玄武巖纖維生產(chǎn)線由上海俄金玄武巖纖維有限公司開發(fā)。目前，我國(guó)約有十多家企業(yè)從事玄武巖纖維的生產(chǎn)，總產(chǎn)能達(dá)到100kt以上，多家企業(yè)具有萬(wàn)噸級(jí)生產(chǎn)線，包括吉林通鑫、河南登封電廠集團(tuán)、四川玻纖集團(tuán)、四川謙宜、貴州石鑫等，但是多數(shù)企業(yè)的實(shí)際產(chǎn)量在數(shù)百到數(shù)千噸。我國(guó)玄武巖纖維的實(shí)際總產(chǎn)量為20～30kt，規(guī)格多在10～20μm之間，每噸價(jià)格在1.2萬(wàn)～2萬(wàn)元，主要應(yīng)用在水泥混凝土、瀝青混凝土、車輛交通、高溫濾袋及保溫氈等方面。國(guó)內(nèi)玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)目前仍然處于低價(jià)同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)階 段，對(duì)如何提高玄武巖纖維性能，仍需要進(jìn)一步探索。1200孔及以上大絲束拉絲技術(shù)仍不穩(wěn)定，需要從原料、熔化及成纖工藝等多方面出發(fā)攻克技術(shù)難題。只有解決了大絲束拉絲技術(shù)，才能提高玄武巖纖維的質(zhì)量穩(wěn)定性，真正發(fā)揮玄武巖纖維高強(qiáng)度、高模量等特點(diǎn)，拓寬其應(yīng)用范圍，突破玄武巖纖維發(fā)展的瓶頸。表9總結(jié)了我國(guó)玄武巖纖維主要的生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)情況及特點(diǎn)。

表9　我國(guó)玄武巖纖維主要生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)情況及特點(diǎn)

三

發(fā)展我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)的主要任務(wù)及存在主要問題

我國(guó)高性能纖維研制起步并不晚，但由于經(jīng)費(fèi)投入、原材料、裝備、人才等復(fù)雜的原因進(jìn)展一直較緩慢，近10年來雖取得了很大的進(jìn)步，但在產(chǎn)品性能穩(wěn)定性、生產(chǎn)成本、規(guī)模及應(yīng)用水平方面與日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家仍有明顯差距，其主要共性科學(xué)問題是高性能纖維近程、遠(yuǎn)程和宏觀結(jié)構(gòu)（即分子鏈分布、體系純度、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、纖維表面結(jié)構(gòu)）的不均勻性引起的產(chǎn)品可紡性、物化性能和批次穩(wěn)定性不足。目前主要存在的主要問題總結(jié)如下：

• 高端纖維仍存在代差，自主保障能力亟待加強(qiáng)。國(guó)外航空航天領(lǐng)域已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用以T800級(jí)碳纖維為主要增強(qiáng)體的第二代先進(jìn)復(fù)合材料，而我國(guó)總體上仍處在第一代先進(jìn)復(fù)合材料的擴(kuò)大應(yīng)用、第二代先進(jìn)復(fù)合材料的考核驗(yàn)證階段。高強(qiáng)高模、超高模量碳纖維、差異化對(duì)位芳綸（超高強(qiáng)型、超高模型、中等模量型、高黏結(jié)型、抗疲勞型等）、高強(qiáng)和無蠕變UHMWPE纖維、高性能雜環(huán)芳綸Ⅲ生產(chǎn)技術(shù)尚未突破，不具備自主保障能力，在高性能無機(jī)纖維等領(lǐng)域，同樣存在高端產(chǎn)品缺乏、質(zhì)量一致性差等問題。

• 高性能纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟度不夠，大規(guī)模高端裝備與成套工藝仍未完全突破。高性能纖維產(chǎn)業(yè)是一個(gè)生產(chǎn)工藝與裝備高度耦合的長(zhǎng)流程精細(xì)產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)尚未完全掌握大規(guī)模成套生產(chǎn)工藝技術(shù)。現(xiàn)階段國(guó)產(chǎn)碳纖維生產(chǎn)仍以12K及以下小絲束產(chǎn)品為主，大絲束、低成本碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)尚未全面突破，而國(guó)外已開始將大絲束低成本與小絲束高質(zhì)量的生產(chǎn)技術(shù)融合，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。芳綸（對(duì)位芳綸、間位芳綸、雜環(huán)芳綸Ⅲ）在產(chǎn)品性能與穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、應(yīng)用領(lǐng)域等方面還存在差距。UHMWPE纖維單線產(chǎn)能低，投資成本高、生產(chǎn)效率低、能耗高，規(guī)模化低成本生產(chǎn)還難以實(shí)現(xiàn)。PPS纖維和聚芳酯纖維缺乏千噸級(jí)產(chǎn)業(yè)化成套技術(shù)和裝備。此外，高性能纖維的產(chǎn)業(yè)化成套裝備設(shè)計(jì)與制造能力不足，缺乏設(shè)計(jì)/仿真模擬工程師，設(shè)計(jì)/模擬軟件依賴進(jìn)口，基礎(chǔ)工業(yè)技術(shù)（如機(jī) 械加工）、精密設(shè)備（如計(jì)量泵、噴絲板）、裝備原材料質(zhì)量（如高強(qiáng)度鋼、耐腐蝕鋼材料等） 與國(guó)外存在明顯差距，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)自主裝備在精度、效率和使用壽命上不足，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性差、故障率高，制約我國(guó)高性能纖維產(chǎn)品性能穩(wěn)定與提升以及生產(chǎn)成本控制。

• 基礎(chǔ)研究投入不足，部分關(guān)鍵科學(xué)問題尚未探明，缺乏前沿產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)動(dòng)力。在國(guó)家政策扶持和重大任務(wù)的牽引下，我國(guó)高性能纖維參照、仿制國(guó)外產(chǎn)品開展研究工作，以產(chǎn)品研制為主，著重解決國(guó)家重大需求和應(yīng)用急需。高校與研究機(jī)構(gòu)研發(fā)通常以型號(hào)產(chǎn)品為依托，高性能纖維材料成分-結(jié)構(gòu)-工藝-性能之間的深層次關(guān)系規(guī)律尚未全面掌握，必要的基礎(chǔ)科學(xué)機(jī)理與理論尚未揭示清楚，導(dǎo)致面臨新的應(yīng)用需求時(shí)缺乏理論支撐，自主創(chuàng)新能力不足。企業(yè)疲于盲目擴(kuò)產(chǎn)，投入研發(fā)經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足，如碳纖維目前國(guó)內(nèi)可工業(yè)化的產(chǎn)品僅有幾個(gè)牌號(hào)，而日本東麗有近20個(gè)產(chǎn)品型號(hào)。

• 健全的產(chǎn)業(yè)體系尚未形成，仍存在低水平重復(fù)、無序競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。目前我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)體系尚不完整，關(guān)鍵裝備與配套材料、重要原材料、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)薄弱。在航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域應(yīng)用的總體規(guī)模較小，難以驅(qū)動(dòng)高性能纖維及復(fù)合材料全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展與完善，在以汽車、壓力容器、軌道交通等為代表的工業(yè)領(lǐng)域仍未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。在國(guó)家政策支持和高科技領(lǐng)域投資沖動(dòng)等多重因素刺激下，目前仍存在低水平重復(fù)、脫離產(chǎn)業(yè)實(shí)際的投資亂象，項(xiàng)目水平參差不齊，不僅造成大量國(guó)家和社會(huì)資源占用與浪費(fèi)，同時(shí)不利于行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的形成。

針對(duì)以上問題，我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展和升級(jí)目前面臨的主要任務(wù)列舉如下：

1. 碳纖維

突破高強(qiáng)中模、高強(qiáng)高模、高強(qiáng)高模高延伸碳纖維工程化制備關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)中模碳纖維拉伸強(qiáng)度≥7GPa ；高強(qiáng)高模碳纖維拉伸模量≥650GPa ；高強(qiáng)高模高延伸碳纖維拉伸強(qiáng)度≥5.7GPa，拉伸模量≥370GPa，斷裂延伸率≥1.5%，滿足高端裝備用碳纖維及其復(fù)合材料自主保障需求；研究生物基碳纖維氧化、碳化過程結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化機(jī)制，突破生物質(zhì)基碳纖維連續(xù)制備關(guān)鍵技術(shù)；突破碳纖維用紡絲油劑和上漿劑等配套材料，突破新型紡絲、預(yù)氧化碳化等顛覆性制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)碳纖維穩(wěn)定化與低成本化，支撐國(guó)產(chǎn)碳纖維的規(guī)模應(yīng)用。

2. 有機(jī)高性能纖維

突破芳綸、差別化聚酰亞胺和UHMWPE、聚芳酯纖維、PPS纖維等高性能有機(jī)纖維產(chǎn)業(yè)化制備關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在國(guó)家重大裝備上的穩(wěn)定應(yīng)用。開發(fā)系列化、功能性對(duì)位芳綸，滿足差異化應(yīng)用領(lǐng)域需求，集中提高產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模，形成規(guī)模效益，提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力；突破提升間位芳綸生產(chǎn)效率的新工藝、新技術(shù)，進(jìn)一步降低產(chǎn)品價(jià)格，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，推進(jìn)產(chǎn)品升級(jí)換代，積極開發(fā)間位芳綸差異化產(chǎn)品，滿足高端領(lǐng)域應(yīng)用要求；發(fā)展新一代高強(qiáng)高模、高復(fù)合性、低成本雜環(huán)芳綸；開發(fā)耐溫、抗蠕變UHMWPE纖維，完善中高強(qiáng)度UHMWPE工程化制備技術(shù)，解決生產(chǎn)過程能耗大、成本高問題；優(yōu)化聚芳酯纖維聚合紡絲工藝，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高品質(zhì)產(chǎn)品千噸級(jí)生產(chǎn)及成套裝備研發(fā)；開發(fā)高性能PPS纖維技術(shù)，提升PPS短纖級(jí)切片質(zhì)量，突破PPS長(zhǎng)絲級(jí)切片關(guān)鍵制備工藝與集成設(shè)備技術(shù)，拓展PPS纖維及其復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域；開展高純度DAR單體制備技術(shù)研究，提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，提升PBO纖維生產(chǎn)規(guī)模，并針對(duì)性開發(fā)PBO專用成套裝備，提升裝備在酸性、高黏度、高壓力狀態(tài)下的運(yùn)行穩(wěn)定性， 保障PBO生產(chǎn)全流程工藝穩(wěn)定性。

3. 無機(jī)高性能纖維

突破高端玄武巖纖維、碳化硅、氧化鋁、硅硼氮等纖維及其前驅(qū)體的工程化穩(wěn)定制備技術(shù)，突破大絲束拉絲工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無機(jī)高性能纖維批量化應(yīng)用；形成系列無機(jī)高性纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)品庫(kù)，實(shí)現(xiàn)無機(jī)高性能纖維基復(fù)合材料在航天發(fā)動(dòng)機(jī)等重大裝備上的工程應(yīng)用。

四

推動(dòng)我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的對(duì)策和建議

高性能纖維是全球化纖工業(yè)的主要發(fā)展方向，近10年間全球化纖產(chǎn)量以年均3%的速度增長(zhǎng)，而高性能纖維則以接近30%的速度增長(zhǎng)。同時(shí)高性能纖維生產(chǎn)國(guó)由少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家擴(kuò)展到包括中國(guó)、土耳其、韓國(guó)等在內(nèi)的十多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。但全球高性能纖維的生產(chǎn)仍高度集中在日本、美國(guó)、歐洲的少數(shù)企業(yè)，這些公司大都已處于高性能纖維的規(guī)模化發(fā)展階段，他們一方面積極投資以擴(kuò)大其產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率，另一方面在主要產(chǎn)品已經(jīng)較為成熟且完成系列化生產(chǎn)的前提下，將研發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向不斷提高核心技術(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量和性能上，通過技術(shù)儲(chǔ)備以進(jìn)一步拉大與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的差距，保持其行業(yè)壟斷地位。目前，高性能纖維正向著制造技術(shù)先進(jìn)化、低成本化、材料高性能化、結(jié)構(gòu)功能一體化和應(yīng)用擴(kuò)大化的方向發(fā)展。

為推動(dòng)我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，提高其國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，建議：

• 加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，強(qiáng)化政府主導(dǎo)作用。當(dāng)前面臨國(guó)際大環(huán)境的急速變化，應(yīng)由國(guó)家相關(guān)部委和行業(yè)協(xié)會(huì)牽頭，謀劃我國(guó)高性能纖維行業(yè)發(fā)展新路徑，保障行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展，防止同質(zhì)產(chǎn)能增長(zhǎng)過快，避免走常規(guī)纖維發(fā)展的老路，影響行業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展。支持科技研發(fā)和示范應(yīng)用，堅(jiān)持長(zhǎng)期投入，鼓勵(lì)迭代和穩(wěn)定性發(fā)展，推動(dòng)創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)和規(guī)模化應(yīng)用，以高性能纖維材料技術(shù)進(jìn)步帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

• 加強(qiáng)研發(fā)創(chuàng)新，深化產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合。加大自主創(chuàng)新，注重協(xié)同創(chuàng)新，構(gòu)建以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系，增強(qiáng)內(nèi)生動(dòng)力，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。加大力度解決制約行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的共性難題，重點(diǎn)關(guān)注短板問題，加強(qiáng)高品質(zhì)原輔料、關(guān)鍵裝備和零部件等研發(fā)，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的自主可控能力，掌握高性能纖維成分-結(jié)構(gòu)-工藝-性能之間的深層次關(guān)系規(guī)律，全面提升自主創(chuàng)新能力。

• 擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，開發(fā)低成本工藝技術(shù)。在聚焦產(chǎn)品性能和研發(fā)高附加值產(chǎn)品的同時(shí)，重視開發(fā)各種成型工藝技術(shù)，進(jìn)一步降低成本，強(qiáng)化收益能力。生產(chǎn)成本決定了市場(chǎng)容量和應(yīng)用，加快低成本技術(shù)的開發(fā)，有利于擴(kuò)大應(yīng)用范圍。擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，提高單線生產(chǎn)能力，可進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，從而提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

• 針對(duì)市場(chǎng)需求，加大應(yīng)用技術(shù)開發(fā)。通過“下游”帶動(dòng)“上游”，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列化產(chǎn)品，加強(qiáng)與配套產(chǎn)業(yè)的溝通合作，從制成品的設(shè)計(jì)端開始就積極融入下游客戶的研發(fā)工作中，高效地將高性能纖維的優(yōu)異性能最大化地體現(xiàn)在應(yīng)用場(chǎng)景中，真正實(shí)現(xiàn)其性能與下游應(yīng)用的精準(zhǔn)匹配。

• 建立監(jiān)測(cè)體系，把握行業(yè)動(dòng)態(tài)。健全高性能纖維產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)，聚焦行業(yè)數(shù)據(jù)研究，加強(qiáng)行業(yè)管理和引導(dǎo)，規(guī)劃發(fā)展，制定和完善行業(yè)準(zhǔn)入條件，發(fā)布產(chǎn)品指導(dǎo)目錄，避免盲目發(fā)展與低水平重復(fù)建設(shè)，鼓勵(lì)推動(dòng)各生產(chǎn)廠家之間協(xié)同聯(lián)動(dòng)、深入溝通，引導(dǎo)高性能纖維產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。

• 加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，推動(dòng)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。聚焦高性能纖維國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，包括碳纖維、芳綸纖維、聚酰亞胺纖維、聚芳酯纖維、聚苯硫醚纖維、UHMWPE纖維等及其各類下游制品的方法標(biāo)準(zhǔn)以及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范國(guó)內(nèi)高性能纖維產(chǎn)品，推動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。

五

面向國(guó)家2035年重大戰(zhàn)略需求高性能纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)預(yù)判和戰(zhàn)略布局

我國(guó)已建立起較為完整的國(guó)產(chǎn)高性能纖維制備技術(shù)研發(fā)、工程實(shí)踐和產(chǎn)業(yè)體系，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)學(xué)研用格局初步形成，有效緩解了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)對(duì)國(guó)產(chǎn)高性能纖維的迫切需求。但我國(guó)高性能纖維及其復(fù)合材料的基礎(chǔ)理論研究仍相對(duì)薄弱，高端優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)不足，一些關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題尚未完全突破，行業(yè)自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，部分品種仍受制于發(fā)達(dá)國(guó)家。面向國(guó)家2035年重大戰(zhàn)略需求，我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)應(yīng)進(jìn)行以下布局：

• 加強(qiáng)高性能纖維的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題研究。高性能纖維是高度復(fù)雜性產(chǎn)品，具有對(duì)基礎(chǔ)研究依賴性強(qiáng)、生產(chǎn)工藝前后關(guān)聯(lián)度高的特點(diǎn)，高性能纖維的性能源于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，要在生產(chǎn)中確保其微觀結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)，就需要對(duì)其形成過程有非常清楚的認(rèn)識(shí)，對(duì)影響其形成的外部條件有精準(zhǔn)的控制。因此，對(duì)相關(guān)共性基礎(chǔ)科學(xué)問題的深入研究是解決發(fā)展過程遇到的問題、建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)體系和實(shí)現(xiàn)工業(yè)化穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵。但目前國(guó)內(nèi)企業(yè)缺乏對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)問題的正確理解與清晰認(rèn)識(shí)，需要加大力度凝練共性科學(xué)問題，布局前瞻研究，研發(fā)具有穩(wěn)定性能的優(yōu)質(zhì)高性能纖維。
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• 高性能纖維的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)與成套裝備開發(fā)的系統(tǒng)集成。高性能纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)難度高、專業(yè)跨度大，是復(fù)雜的系統(tǒng)工程和高度的集成創(chuàng)新，具有對(duì)設(shè)備質(zhì)量和控制精度要求高、對(duì)生產(chǎn)管理要求嚴(yán)格等工程技術(shù)特性。需加強(qiáng)多學(xué)科、多專業(yè)的相互交融和前后銜接，加快高性能纖維及其復(fù)合材料高附加值、低成本關(guān)鍵工藝及裝備工程化研究，包括有機(jī)高性能纖維級(jí)專用樹脂的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，新型溶劑、助劑、萃取劑等的開發(fā)，新型紡絲及后處理等連續(xù)化工程成套技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備開發(fā)等，提升高水平產(chǎn)業(yè)化的系統(tǒng)集成、項(xiàng)目管理和過程融合。
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• 高性能纖維性能、品質(zhì)提升以及品種系列化、功能化研發(fā)。全球主要高性能纖維已經(jīng)進(jìn)入技術(shù)和工藝全面更新的階段，生產(chǎn)效率不斷提高，成本不斷下降，新產(chǎn)品個(gè)性化明顯，要完善和系列化生產(chǎn)各種型號(hào)規(guī)格的產(chǎn)品，重點(diǎn)拓展新品種和應(yīng)用領(lǐng)域。一方面突破國(guó)外壟斷高端產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，另一方面通過降低纖維制造成本，來提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和擴(kuò)大纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。加強(qiáng)高性能纖維產(chǎn)品多領(lǐng)域市場(chǎng)應(yīng)用開發(fā)，攜同下游復(fù)合材料企業(yè)大力發(fā)展協(xié)同設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)，通過下游穩(wěn)定應(yīng)用支撐上游行業(yè)發(fā)展，拓展整體產(chǎn)業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的寬度和深度。
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• 從原料到纖維的對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系。瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，立足自主技術(shù)，健全高性能纖維新材料標(biāo)準(zhǔn)體系、技術(shù)規(guī)范、檢測(cè)方法和認(rèn)證機(jī)制。加快制定產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合開發(fā)重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，加快國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)向國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化。
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• 加強(qiáng)高性能纖維配套的復(fù)合材料技術(shù)研究。高性能纖維及其復(fù)合材料不僅事關(guān)國(guó)家戰(zhàn)略安全，與國(guó)防軍工、航空航天建設(shè)緊密相關(guān)，更是踐行國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)性材料產(chǎn)業(yè)，是風(fēng)電、光伏、交通工具輕量化、氫能源汽車等發(fā)展的重要支撐。需要加強(qiáng)高性能纖維配套的設(shè)備及復(fù)合材料技術(shù)研究，開發(fā)高效織造、復(fù)合材料高效成型等新技術(shù)，構(gòu)筑三維紡織結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料表界面結(jié)構(gòu)，牽引高性能纖維材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展和升級(jí)