我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究

高性能纖維是指具有特殊的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，對(duì)來自外界的力、熱、光、電等物理作用和酸、堿、氧化劑等化學(xué)作用具有特殊耐受能力，具有特殊性能、用途或功能的化學(xué)纖維。高性能纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防現(xiàn)代化建設(shè)具有十分重要的作用，是支撐高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的關(guān)鍵材料，是一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)整體發(fā)展水平的體現(xiàn)?！吨袊圃?025》中提出，到2020年國產(chǎn)高強(qiáng)碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)成熟度將達(dá)到9級(jí)，實(shí)現(xiàn)在汽車、高技術(shù)輪船等領(lǐng)域的規(guī)模應(yīng)用；2025年國產(chǎn)高強(qiáng)中模、高模高強(qiáng)碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)成熟度將達(dá)到9級(jí)；2025年國產(chǎn)對(duì)位芳綸纖維及其復(fù)合材料技術(shù)成熟度將達(dá)到9級(jí)；重點(diǎn)發(fā)展超高分子量聚乙烯纖維。

一、我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，高性能纖維應(yīng)用較為成熟的有碳纖維、芳綸和超高分子量聚乙烯纖維等。在國家的大力推動(dòng)下，我國高性能纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在規(guī)?；圃?、生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)研究等方面取得良好進(jìn)展。2014年，我國碳纖維、芳綸和超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)能分別為1.5萬t、1.86萬t和1.21萬t（表1），分別占全球產(chǎn)能的12%、16%和30%[1]。

1.碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦等性能，廣泛應(yīng)用于國防軍工、航空航天、交通運(yùn)輸、醫(yī)療器械和體育休閑等領(lǐng)域。我國自20世紀(jì)60年代后期開始研制碳纖維及原絲，但受技術(shù)所限，一直發(fā)展較緩慢。2007年我國推出高新技術(shù)纖維國債專項(xiàng)，通過產(chǎn)學(xué)研用合作形式，推動(dòng)碳纖維產(chǎn)業(yè)向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化方向發(fā)展。近年來，在國家的大力推動(dòng)下，我國碳纖維行業(yè)取得重大進(jìn)展，千噸級(jí)工業(yè)化裝置陸續(xù)建成并投產(chǎn)，初步建立了完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈，擁有奇峰化纖等原絲生產(chǎn)商，中鋼吉炭、金發(fā)科技等碳化企業(yè)，大元股份、博云新材等復(fù)合材料企業(yè)。

2.芳綸產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

芳綸是一種高強(qiáng)度、高模量、低密度和耐磨性好的有機(jī)合成的高科技纖維，是攸關(guān)國民經(jīng)濟(jì)和國防事業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性材料之一。其中，對(duì)位芳綸在車用摩擦材料、防彈材料和光學(xué)纖維等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用；間位芳綸在電絕緣、高溫防護(hù)服、高溫傳送帶和高溫過濾等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，我國開始研發(fā)芳綸生產(chǎn)技術(shù)。2004年，實(shí)現(xiàn)了間位芳綸的工業(yè)化生產(chǎn)；2008年，我國第1條百噸級(jí)的對(duì)位芳綸中試生產(chǎn)線建成；2011年，千噸級(jí)對(duì)位芳綸產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目投產(chǎn)。目前，我國間位芳綸已基本上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，而對(duì)位芳綸尚處于產(chǎn)業(yè)化初期階段。2013年，我國芳綸產(chǎn)量約6 800t，表觀消費(fèi)量9 400t，自給率約72.1%[2]。2016年，預(yù)計(jì)芳綸纖維產(chǎn)能將增加到1萬t以上，高強(qiáng)型、高模型等新產(chǎn)品將陸續(xù)面世，產(chǎn)業(yè)鏈也將進(jìn)一步完善[3]。代表性企業(yè)有河北硅谷化工有限公司、中藍(lán)晨光化工研究院有限公司、泰和新材、蘇州兆達(dá)特纖科技有限公司和儀征化纖等。

3.超高分子量聚乙烯纖維發(fā)展現(xiàn)狀

超高分子量聚乙烯纖維是由相對(duì)分子質(zhì)量在100萬～500萬的聚乙烯所紡出的纖維，是繼碳纖維和芳綸之后的第3代高性能纖維。超高分子量聚乙烯纖維是目前世界上強(qiáng)度最高與密度最小的纖維，在軍工國防、航空航天、海洋產(chǎn)業(yè)、體育器材、醫(yī)療衛(wèi)生和建筑行業(yè)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代末，我國開始超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)工藝和裝備的研究以及中試生產(chǎn)，代表企業(yè)有江蘇神泰科技發(fā)展有限公司和鹽城超強(qiáng)高分子材料工程技術(shù)研究所。目前，我國超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)廠商約20家左右，產(chǎn)能約0.9萬t，主要有寧波大成新材料股份有限公司、北京同益中特種纖維技術(shù)開發(fā)有限公司、湖南中泰特種裝備有限責(zé)任公司和山東愛地高分子材料有限公司等十多個(gè)廠家，產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到國際先進(jìn)水平。

二、高性能纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

高性能纖維及其復(fù)合材料是航空航天、交通運(yùn)輸、節(jié)能環(huán)保和體育休閑等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)原料和工程材料，市場(chǎng)需求巨大。據(jù)Transparency Market Research預(yù)測(cè)，到2020年，全球碳纖維市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)37.3億美元。據(jù)Markets and Markets預(yù)測(cè)，到2020年，全球碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)357.5億美元；到2019年，全球芳綸纖維市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)30.7億美元。據(jù)Grand View Research預(yù)測(cè)，到2022年全球超高分子量聚乙烯纖維市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)26億美元。低成本、高品質(zhì)和循環(huán)利用是高性能纖維的發(fā)展方向。

1.降低成本

世界主要高性能纖維生產(chǎn)企業(yè)都在努力降低生產(chǎn)成本，例如，日本公司積極開發(fā)大絲束纖維，2016年1月，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究開發(fā)機(jī)構(gòu)研發(fā)出低成本生產(chǎn)碳纖維的技術(shù)。美國通過采用原料多元化技術(shù)，開發(fā)出先進(jìn)的碳纖維制備技術(shù)。土耳其阿克薩采用“成本領(lǐng)先+目標(biāo)集聚”模式進(jìn)行布局，市場(chǎng)占有率正在逐步擴(kuò)大。我國在低成本方面也做了積極的探索，主要通過降低原絲成本和縮短工藝流程來降低成本。

2.積極開發(fā)新品種

日本東麗集團(tuán)開發(fā)出T300和T1000等高強(qiáng)型和高強(qiáng)高模碳纖維及M40S-M60J的高模型碳纖維，其中，T800S和T1000G碳纖維產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用航空航天等多個(gè)領(lǐng)域；2014年3月，研發(fā)出了性能超越以往T800S和T1000G的全新T1100G碳纖維，兼具了高模和高強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步拉大了與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的差距，形成全球唯一的超級(jí)碳纖維廠家。杜邦開發(fā)了通用型、高模型、高伸長(zhǎng)型、高強(qiáng)型、超高模型、抗彈型等多種型號(hào)的芳綸纖維。目前，我國已產(chǎn)業(yè)化的芳綸僅有通用型芳綸，迫切需要研發(fā)高強(qiáng)型和高模型芳綸纖維，彌補(bǔ)國內(nèi)空白，滿足市場(chǎng)需求。美國Honeywell公司積極開發(fā)超高分子量聚乙烯纖維新品種，防彈性能比以往產(chǎn)品提高25%，而質(zhì)量輕30%。

3.循環(huán)利用

循環(huán)利用是高性能纖維及復(fù)合材料未來所面臨的最大問題，歐美等國通過頒布法令等措施予以促進(jìn)高性能纖維的回收再利用。近年來，我國非常重視高性能纖維的循環(huán)利用，2015年工業(yè)和信息化部將“碳纖維復(fù)合材料廢棄物低成本回收以及應(yīng)用技術(shù)”列為“十三五”優(yōu)先發(fā)展的205項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。同時(shí)，高性能纖維循環(huán)利用也取得了積極的成果，2015年上海交通大學(xué)化學(xué)成功研發(fā)出規(guī)模化的碳纖維復(fù)合材料廢棄物新型裂解回收技術(shù)和裝備。

三、我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)存在問題

近年來，我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)突破，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不斷加快，成為世界上少數(shù)幾個(gè)可以生產(chǎn)多種高性能纖維的國家之一。但是，與國際先進(jìn)水平相比，我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展還存在諸多問題。

1.有效供給不足

面對(duì)國內(nèi)高性能纖維的巨大市場(chǎng)需求，一方面，我國高性能纖維普遍產(chǎn)能過剩，開工率不高；另一方面，我國高性能纖維嚴(yán)重依賴進(jìn)口，說明我國高性能纖維競(jìng)爭(zhēng)力差，有效供給不足，難以支撐相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。碳纖維方面，預(yù)計(jì)2015年國內(nèi)碳纖維市場(chǎng)總需求約1.5萬t，而國產(chǎn)碳纖維用量不到3 500t，國產(chǎn)化率不到30%[4]。例如，國產(chǎn)C919大型民航飛機(jī)所用的T700和T800碳纖維仍依賴進(jìn)口；芳綸纖維方面，2014年我國產(chǎn)能達(dá)6 000t，需求約7 000t。然而，國內(nèi)供給僅1 000多t，其余全部依賴進(jìn)口，尤其是高端產(chǎn)品基本全部來自進(jìn)口。超高分子量聚乙烯纖維方面，預(yù)計(jì)2015年國內(nèi)市場(chǎng)需求量約2萬t以上，而我國超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)量?jī)H8 000t[5]。

2.關(guān)鍵技術(shù)有待突破

高性能纖維生產(chǎn)流程長(zhǎng)、控制點(diǎn)多，技術(shù)水平要求較高，我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)亟待突破。碳纖維方面，PAN原絲質(zhì)量還沒有真正過關(guān)，原絲質(zhì)量不穩(wěn)定，裝備技術(shù)不成熟，難以支撐碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；芳綸纖維方面，聚合紡絲、溶劑回收、工程化關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備的加工制造技術(shù)等有待突破；超高分子量聚乙烯纖維方面，技術(shù)發(fā)展水平薄弱，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性相對(duì)較差，纖維抗蠕變性能差，干法生產(chǎn)線制備關(guān)鍵技術(shù)亟待突破。

3.標(biāo)準(zhǔn)體系不健全

在高性能纖維產(chǎn)業(yè)化建設(shè)中，規(guī)范產(chǎn)品性能尤為重要。雖然我國一些企業(yè)已開發(fā)相當(dāng)于T700和T800的碳纖維產(chǎn)品，但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)大都存在質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響了高性能纖維的應(yīng)用。目前，高性能纖維方面的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)規(guī)范多由國外制定。例如，日本碳纖維產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的會(huì)員在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂工作中發(fā)揮著積極的推動(dòng)作用。標(biāo)準(zhǔn)體系不健全嚴(yán)重制約了我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4.產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不協(xié)調(diào)

國外高性能纖維生產(chǎn)企業(yè)為下游用戶提供較為完善的技術(shù)支持和應(yīng)用指導(dǎo)，并建立了廣泛的合作開發(fā)和穩(wěn)定的供求關(guān)系。我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)在科研、生產(chǎn)、應(yīng)用方面相互脫節(jié)，上游企業(yè)不了解下游市場(chǎng)需求，而下游市場(chǎng)的需求無法成為上游企業(yè)發(fā)展的動(dòng)力，因此，迫切需要建立完整的產(chǎn)業(yè)鏈并促進(jìn)其協(xié)調(diào)發(fā)展。此外，我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)化力量薄弱，產(chǎn)業(yè)化過程中關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)制造能力和創(chuàng)新能力不足。

5.產(chǎn)業(yè)集中度低

我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開政府的推動(dòng)，然而，過度依賴政府投資，降低了企業(yè)的利潤要求，促使企業(yè)盲目擴(kuò)大產(chǎn)能，尋求市場(chǎng)占有率，導(dǎo)致低水平重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象普遍，擾亂了行業(yè)的正常秩序。隨著全球高性能纖維產(chǎn)能的逐步釋放，競(jìng)爭(zhēng)將進(jìn)一步加劇，而我國高性能纖維尚未形成品牌效應(yīng)，競(jìng)爭(zhēng)力不足。此外，我國高性能纖維單線產(chǎn)能較小，國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的單線產(chǎn)能以500噸級(jí)和1 000噸級(jí)為主，對(duì)位芳綸單套產(chǎn)能最大也只有千噸級(jí)，而國外這2種纖維的平均單線產(chǎn)能已分別達(dá)1 800t和萬噸級(jí)。

四、我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

1.加強(qiáng)宏觀引導(dǎo)

一是科學(xué)制定高性能纖維行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，健全行業(yè)運(yùn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警機(jī)制，指導(dǎo)行業(yè)健康發(fā)展；二是以項(xiàng)目扶持為切入點(diǎn)，支持高性能纖維產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)的研發(fā)；三是規(guī)范市場(chǎng)秩序，淘汰落后產(chǎn)能，鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)入高附加值的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，增加有效供給，積極延伸產(chǎn)業(yè)鏈，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.加大技術(shù)創(chuàng)新

一是突破國產(chǎn)高性能纖維在高端領(lǐng)域應(yīng)用的制備關(guān)鍵技術(shù)、低成本制備技術(shù)和設(shè)備瓶頸，積極開發(fā)差別化產(chǎn)品，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能纖維制備與應(yīng)用技術(shù)體系；二是建立以企業(yè)為主體，高等院校和科研院所共同參與的創(chuàng)新體系，充分利用互補(bǔ)資源，攻克解決生產(chǎn)技術(shù)難題；三是加強(qiáng)與國外交流，尋找與國外發(fā)達(dá)國家合作的突破口，加強(qiáng)人才引進(jìn)和科技合作，為行業(yè)健康發(fā)展提供智力支持，促進(jìn)我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

3.積極參與標(biāo)準(zhǔn)制定

一是根據(jù)我國的實(shí)際情況，科學(xué)借鑒國際高性能纖維產(chǎn)品特征，建立我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)相適應(yīng)的國家級(jí)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；二是積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，使我國高性能纖維企業(yè)有機(jī)會(huì)制定有利的競(jìng)爭(zhēng)規(guī)則，形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；三是推動(dòng)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)的整合，促進(jìn)我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的國際化。

4.推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈條協(xié)調(diào)發(fā)展

一是上游生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)主動(dòng)幫助下游企業(yè)發(fā)現(xiàn)需求，積極拓寬高性能纖維在新能源汽車、輸電電纜、建筑補(bǔ)強(qiáng)、防護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用，推進(jìn)碳纖維制備技術(shù)與應(yīng)用市場(chǎng)需求相結(jié)合；二是推動(dòng)上下游企業(yè)間的加強(qiáng)合作和資源整合，協(xié)助下游用戶完成應(yīng)用及市場(chǎng)開發(fā)，推動(dòng)建設(shè)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，打造完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，提高全產(chǎn)業(yè)鏈的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；三是加強(qiáng)科技服務(wù)與平臺(tái)建設(shè)，加強(qiáng)高性能纖維企業(yè)之間的合作，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，發(fā)揮集群效應(yīng)。

5.提高產(chǎn)業(yè)集中度

一是盡快出臺(tái)高性能纖維產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入條件，鼓勵(lì)企業(yè)規(guī)模化發(fā)展，抑制低水平重復(fù)建設(shè)；二是積極培育具有競(jìng)爭(zhēng)力的骨干企業(yè)，通過技改和新裝置建設(shè)，擴(kuò)大裝置能力，提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和抗風(fēng)險(xiǎn)能力；三是鼓勵(lì)企業(yè)開展兼并重組，培育若干產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，提高產(chǎn)業(yè)集中度。

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