高性能纖維擔(dān)起產(chǎn)業(yè)用重任

邵蔚

在第20屆中國國際化纖會議（蕭山2014）上，主辦方舉辦了多場專題論壇和技術(shù)專場，邀請了相關(guān)領(lǐng)域的專家針對行業(yè)發(fā)展熱點進(jìn)行了專題演講，“高性能纖維與車用纖維技術(shù)論壇”就是其中之一。論壇上，專家們帶來了高性能纖維領(lǐng)域內(nèi)最前沿的信息，引發(fā)了行業(yè)內(nèi)對于高性能纖維的新一輪關(guān)注與思考。

被各國列為發(fā)展重點

眾所周知，按照合成原料不同，高性能纖維主要分為碳纖維、芳綸纖維、特殊玻璃纖維、超高分子聚乙烯纖維等，其中碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維是當(dāng)今世界三大高性能纖維。

這樣一種具有優(yōu)良特性的纖維種類，其發(fā)展是一個國家綜合實力的體現(xiàn)，是建設(shè)現(xiàn)代化強國的重要物資基礎(chǔ)，也是發(fā)展國防軍工、航空航天、新能源及高科技產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)原材料，同時在建筑、通信、機械、環(huán)保、海洋開發(fā)、體育休閑等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有廣泛的用途。因此，國內(nèi)外現(xiàn)在都在加快高性能纖維及其復(fù)合材料的發(fā)展腳步，尤其是一些世界知名高性能纖維公司，紛紛加緊產(chǎn)能擴(kuò)張，為未來發(fā)展布局。

日本方面，東麗、帝人這些耳熟能詳?shù)钠髽I(yè)都加大了對高性能纖維的研發(fā)力度。三菱麗陽株式會社還成功開發(fā)出高性能中間模量碳纖維PYROFIL MR70，其性能大大超過傳統(tǒng)的IM碳纖維，強度超出常規(guī)IM纖維MR60H大約20%，模量超出10%左右，這種高性能是通過保持對碳纖維結(jié)構(gòu)的精確控制，并通過改善母體的制造工藝來消除缺陷的，現(xiàn)在這種高性能纖維已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)階段。

美國方面，杜邦公司也是很好的例子，其不斷創(chuàng)新優(yōu)化高性能纖維產(chǎn)品的用戶體驗，搶占國際市場，現(xiàn)如今，杜邦已經(jīng)成為一張非常好的纖維名片。除此之外，近些年來，還有一些美國的高性能纖維生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)大了其在國內(nèi)外的生產(chǎn)廠地產(chǎn)能。

在本屆中國國際化纖會上，歐洲化纖協(xié)會理事長Frédéric Van Houte、日本化纖協(xié)會理事長上田英志、韓國化纖協(xié)會會長樸卓也都表示，高性能纖維的研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展將是他們未來的發(fā)展重點。

細(xì)分領(lǐng)域各有千秋

在國內(nèi)，高性能纖維在類型上被分為碳纖維、芳綸纖維、特殊玻璃纖維、超高分子聚乙烯纖維等多種，這些高性能纖維也都得到了一定程度的發(fā)展，取得了令業(yè)界矚目的成果。

中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會袋式除塵委員會技術(shù)顧問陶暉在本屆中國國際化纖會上介紹了袋式除塵器濾料新技術(shù)。

“袋式除塵器已經(jīng)從之前的冶金、建材、機械、輕工等工業(yè)部門進(jìn)入電站鍋爐、垃圾焚燒爐等新領(lǐng)域。塵氣條件具有高溫、高濃度、高濕、強腐蝕及多變的特點，過濾功能從單純除塵擴(kuò)展到顆粒物除塵、有害氣體凈化一體化處理，對除塵濾料的功能、品種、質(zhì)量提出更高的要求，我國除塵濾料也因此在濾料纖維、濾料結(jié)構(gòu)、后處理和生產(chǎn)裝備各方面得到全面提升與進(jìn)步?！?陶暉說。

據(jù)他介紹，PTFE膜是以分散PTFE樹脂為原料，經(jīng)特殊的雙向拉伸工藝制成，立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有不粘性、光滑和多微孔及PTFE的一切特性。覆膜濾料有利于阻止塵粒滲入內(nèi)層，實現(xiàn)表面過濾。覆膜濾料易清灰，具有低而平穩(wěn)的阻力，尤其適用于超細(xì)粘性粉塵。他還表示，梯度結(jié)構(gòu)濾料則是針刺氈制造工藝的一大創(chuàng)新。梯度結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在纖維細(xì)度和纖維層密度沿氣流方向的變化，這種濾料具有清灰性能好、運行阻力低、過濾效率高的特點。最近研發(fā)的賽膜高精針刺氈濾料采用0.08旦海島型超細(xì)PE纖維做面層，對1.0～2.0um的微塵具有98.6%的過濾效率，對PM2.5粉塵的過濾效率甚至可以達(dá)到100%。

芳磊蜂窩復(fù)合材料有限公司總經(jīng)理、中國復(fù)合材料學(xué)會副秘書長隋廣中在會議上也介紹了芳綸蜂窩復(fù)合材料的相關(guān)情況。

他表示，芳綸蜂窩復(fù)合材料由芳綸紙增強樹脂加工而成，具有重量輕、強度高、阻燃、抗沖擊、耐腐蝕、隔音隔熱、成型方便等優(yōu)異性能?！斑@種高性能纖維復(fù)合材料的優(yōu)異性，使得我們公司也在積極地進(jìn)行相關(guān)研發(fā)。目前，我們已經(jīng)自行研發(fā)了914mm寬幅整套蜂窩生產(chǎn)設(shè)備，我們的AC系列產(chǎn)品還通過了煙、火、毒等項目測試，成果還是比較明顯的。” 隋廣中說。

碳纖維作為高性能纖維的代表，這些年來在我國的發(fā)展也是極為迅速的。總后勤部軍需裝備研究所博士郝新敏就表示，現(xiàn)在國內(nèi)具有規(guī)模的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)約為40家，國內(nèi)實際的碳纖維年產(chǎn)量為2000噸，年使用量為1200噸。

“目前國內(nèi)碳纖維在產(chǎn)品性能方面，T300的力學(xué)性能基本達(dá)標(biāo)，工藝性能基本滿足要求，但是穩(wěn)定性有待繼續(xù)提升，與國外產(chǎn)品相比仍有一些差距；而T700，濕法T700G已經(jīng)實現(xiàn)了中試規(guī)模，干濕法T700S還處于工業(yè)化試生產(chǎn)階段。在市場能力方面，無論是做特定市場的，還是做工業(yè)市場的、休閑市場的，這些碳纖維的性價比都不高?？偟亩?，我國的碳纖維還處于發(fā)展的初級階段，差距還是存在的?！焙滦旅羧缡钦f。

亟須研發(fā)低成本生產(chǎn)技術(shù)

在過去的一段時間里，我國高性能纖維年增長率達(dá)到30%以上，超過化纖增長率約10倍，可以說是取得了不錯的成績。但是，這種代表著化纖行業(yè)未來的纖維種類，其在發(fā)展的過程中也存在著諸多問題。

在去年的中國國際化纖會上，中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會會長端小平指出，高性能纖維面臨一定挑戰(zhàn)和風(fēng)險。首先是高性能纖維不直接用于服裝、家紡領(lǐng)域，短期內(nèi)，市場總量、規(guī)模不會擴(kuò)展太快。其次，技術(shù)進(jìn)步也是風(fēng)險，過于集中資源投入某項技術(shù)也面臨風(fēng)險，技術(shù)尚未產(chǎn)生市場價值，就可能被淘汰。再者，高性能纖維培育期一般為5～10年的，企業(yè)要能熬，常規(guī)化纖就像國內(nèi)A股主板，高性能纖維就像創(chuàng)業(yè)板。最后，高性能纖維一定要做好回收工作。由于高性能纖維擁有耐酸、耐堿、耐高溫等特性，回收面臨更多環(huán)保問題。而在今年的中國國際化纖會上，端小平更是根據(jù)高性能纖維的現(xiàn)實情況提出，在這個行業(yè)競爭異常激烈的時代，我國高性能纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必須實現(xiàn)低成本的高性能纖維及其復(fù)合材料的制備和應(yīng)用技術(shù)，從而拓展整體產(chǎn)業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的寬度和深度。

郝新敏表示，現(xiàn)在碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維、芳綸1414等高強高模纖維、耐高溫阻燃纖維、活性炭等吸附纖維、導(dǎo)電纖維、抗菌纖維及功能性生物基纖維等高性能纖維材料，現(xiàn)在在國內(nèi)都有了不俗的成果，這些纖維材料及其制品在防彈、防火阻燃、防生化、防靜電等安全防護(hù)服裝和安全防護(hù)產(chǎn)品應(yīng)用方面也呈現(xiàn)出了快速增長的勢頭。

“但是，僅僅有這些也是不夠的。從長遠(yuǎn)來看，我們國內(nèi)的高性能纖維生產(chǎn)企業(yè)在關(guān)注自身技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)的同時，還應(yīng)該在應(yīng)用方面繼續(xù)拓展，突出產(chǎn)品的應(yīng)用特點和重點，多向國外學(xué)習(xí)，聯(lián)合下游應(yīng)用企業(yè)，共同打造可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈條?！焙滦旅魪娬{(diào)。

TREND I 趨勢前瞻

車用纖維大有作為

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們的出行意識和安全防護(hù)意識等都在提高，加上生產(chǎn)安全和反恐防恐的需要，這些來自于產(chǎn)業(yè)用方面的需求，也就為高性能纖維在產(chǎn)業(yè)用方面的發(fā)展帶來了無限的發(fā)展機遇。

中國新材料技術(shù)協(xié)會會長羅益鋒介紹了高性能纖維用于電動車和新型電池方面的最新進(jìn)展。

“目前，汽車的輕量化、節(jié)能化、電動化和環(huán)保化是大勢所趨，因此，各國政府投巨資積極支持企業(yè)和科研院所研發(fā)新型動力電池，以促進(jìn)電動汽車的產(chǎn)業(yè)化和逐步普及。然而由于現(xiàn)有動力電池的安全性、高成本、體積大、質(zhì)量重、充電時間長、續(xù)駛距離有限和廢棄物難以處置等問題而發(fā)展緩慢。有需求，才能引導(dǎo)發(fā)展。近期，一種最先進(jìn)的概念車采用CFRP結(jié)構(gòu)材料、先進(jìn)電池、塑料光導(dǎo)纖維的光顯示系統(tǒng)、對位芳酰胺纖維的子午胎、同步帶和高壓軟管、碳纖維等耐熱部件和剎車片，碳纖維或聚丙烯氈等的消音器，而內(nèi)裝飾材料選用可生物降解的聚乳酸纖維等綠色產(chǎn)品。”羅益鋒說道。

除此之外，汽車輕量化的要求，還推動了天然纖維增強塑料、碳纖維和超高相對分子質(zhì)量PE纖維混雜復(fù)合材料部件、對位芳酰胺纖維子午胎、膠帶、膠管、剎車片（含碳纖維制品）及塑料光纖（POF）的全方位應(yīng)用。三菱麗陽的車載光顯示和光通信用POF正向全球普及，現(xiàn)已應(yīng)用于奔馳、寶馬、奧迪、達(dá)州、福特等高檔車，并占世界市場的60%～70%，2013年需求量5萬～6萬Km，而聚苯乙烯為芯材，PMMA為鞘材的廉價POF已部分應(yīng)用于中國汽車，用作LED照明與光顯示系統(tǒng)。寧波大成新材料股份有限公司與奇瑞汽車合作，開發(fā)了PAN-CF與UHMWPE纖維織布增強環(huán)氧樹脂引擎蓋和電池外殼箱等試制品，不僅更輕量化，還提高了抗沖擊性。

纖維復(fù)合材料對于汽車輕量化設(shè)計的重要性得到了東華大學(xué)紡織學(xué)院副教授陽玉球的認(rèn)同，她表示，纖維熱固定樹脂近兩年來，在汽車用能量吸收型復(fù)合材料中的應(yīng)用面在逐步擴(kuò)大，未來還有發(fā)展的空間。

日本歧阜大學(xué)工程學(xué)院教授、日本汽車用復(fù)合材料協(xié)會主席仲井朝美也在會議上指出，近年來，連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料受到了不同領(lǐng)域的青睞，尤其是在汽車和航空領(lǐng)域方面，顯著提高了汽車和飛機的燃油效率?！案咚俪尚偷臒崴苄詮?fù)合材料與熱固性復(fù)合材料相比，可以實現(xiàn)二次加工和回收利用。但是，連續(xù)纖維與熱塑性樹脂在結(jié)合的時候也有一定的劣勢，在今后拓展應(yīng)用的過程中，這些也需要工程人員去注意并想辦法解決。

日本福井纖維技術(shù)株式會社社長福井英輔也介紹了他們所生產(chǎn)的革新纖維在汽車用品領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用情況。“普通的車用腳墊長期使用會變得光滑，容易引發(fā)交通事故。我們利用經(jīng)編技術(shù)，研制出了一種新型結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)異性能的材料，這種材料質(zhì)量輕、透氣性好而且超薄。目前，它已經(jīng)成功地應(yīng)用在汽車防滑墊上，相信將來，這種革新纖維也可以用在汽車座椅上。” 福井英輔說。