高性能纖維撐起“國(guó)之重器”，書(shū)寫(xiě)紡織“上天入地”傳奇

■ 本刊記者_(dá)郭春花

我國(guó)高性能纖維新材料技術(shù)穩(wěn)步提升，不斷滿足航空航天、國(guó)防軍工、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域發(fā)展需求。圖為吉林化纖碳纖維生產(chǎn)線。

2022 年北京冬奧會(huì)上，T800 級(jí)高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料，結(jié)合航天碳纖維復(fù)合材料成型工藝，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)冬奧會(huì)雙人雪車(chē)從0 到1 的突破；3D 打印個(gè)性化定制碳纖維頭盔貼合運(yùn)動(dòng)員臉型，保障了運(yùn)動(dòng)員比賽中的安全和舒適性；“飛揚(yáng)”火炬外殼采用耐高溫碳纖維材料，解決了碳纖維復(fù)合材料在極端條件下的應(yīng)用瓶頸，實(shí)現(xiàn)了火炬外殼在高于800℃的氫氣燃燒環(huán)境中正常使用；C919 國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)上，機(jī)身的15%采用了樹(shù)脂基碳纖維材料，機(jī)艙內(nèi)部首次啟用芳砜綸制作椅罩、門(mén)簾，使大飛機(jī)再度“瘦身”，油耗更小，成本更低，減少二氧化碳排放；為各種水上活動(dòng)提供安全信息的航標(biāo)，采用了新型碳纖維，使用壽命長(zhǎng)，防水防潮，不易變形，不懼海水侵蝕，讓航標(biāo)更加“扛造”……

近年來(lái)，高性能纖維以巋然之勢(shì)助力先進(jìn)制造，在安全防護(hù)、風(fēng)電葉片、壓力容器、航空航天等極端應(yīng)用領(lǐng)域中體現(xiàn)卓越價(jià)值，撐起“國(guó)之重器”，書(shū)寫(xiě)紡織“上天入地”的傳奇。中國(guó)纖維流行趨勢(shì)近年來(lái)連續(xù)推出了超高強(qiáng)度碳纖維、中模高強(qiáng)碳纖維預(yù)浸料、高強(qiáng)高模碳纖維、壓力容器用碳纖維、易染聚酰亞胺纖維、低成本大絲束PAN 基碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維、高伸長(zhǎng)間位芳綸、微納對(duì)位芳綸等，在各種應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮了不可或缺的作用。

高性能纖維碩果累累

“十三五”時(shí)期，我國(guó)高性能纖維新材料技術(shù)穩(wěn)步提升，不斷滿足航空航天、國(guó)防軍工、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域發(fā)展需求。碳纖維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，高端產(chǎn)品品種逐步豐富，T1000 級(jí)、M40、M40J、M55J 等碳纖維已具備工程化制備能力，25K 大絲束碳纖維實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；千噸級(jí)對(duì)位芳綸工程化關(guān)鍵技術(shù)和裝備取得突破，高強(qiáng)型、高模型對(duì)位芳綸產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化；高強(qiáng)高模聚酰亞胺纖維、間位芳綸、聚苯硫醚纖維、連續(xù)玄武巖纖維等實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。

這其中，不乏在中國(guó)纖維流行趨勢(shì)發(fā)布平臺(tái)嶄露頭角的各種高性能纖維材料。江蘇奧神新材料股份有限公司先后發(fā)布了無(wú)染聚酰亞胺纖維和易染聚酰亞胺纖維等產(chǎn)品，聚酰亞胺纖維具有優(yōu)異的阻燃、保暖、耐高溫、抗菌等性能，其制成的面料具有燃燒損毀長(zhǎng)度低、陰燃續(xù)燃時(shí)間為零、無(wú)熔融滴落物等性能，用于消防服能夠有效保護(hù)消防員的安全。

中復(fù)神鷹碳纖維股份有限公司作為國(guó)內(nèi)首家掌握碳纖維干噴濕紡技術(shù)的企業(yè)，依托干噴濕紡的技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了T700 級(jí)、T800 級(jí)、T1000 級(jí)等不同級(jí)別碳纖維的工業(yè)化量產(chǎn)，成功填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高端碳纖維的空白，奠定了公司在國(guó)內(nèi)碳纖維領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位。近年來(lái)，中復(fù)神鷹先后在中國(guó)纖維流行趨勢(shì)發(fā)布平臺(tái)推出了SYM40 高強(qiáng)高模碳纖維和超高強(qiáng)度碳纖維，均獲得了廣泛應(yīng)用。

江蘇恒神股份有限公司推出的壓力容器用 HF30F 碳纖維和HF40T 高強(qiáng)中模碳纖維，分別入選2020 年度和2022 年度的中國(guó)纖維流行趨勢(shì)。這些產(chǎn)品是恒神根據(jù)國(guó)有市場(chǎng)的應(yīng)用需求有針對(duì)性推出的產(chǎn)品。其中，HF30F 碳纖維在模量上優(yōu)于進(jìn)口同等產(chǎn)品，HF40T碳纖維在強(qiáng)度上優(yōu)于進(jìn)口同等產(chǎn)品。

吉林化纖集團(tuán)近年來(lái)不斷加強(qiáng)碳纖維基礎(chǔ)研究和科技攻關(guān)，著力破解關(guān)鍵核心技術(shù)。碳纖維從小絲束到大絲束，從原絲、碳絲到復(fù)材，無(wú)論是質(zhì)量、成本、柔性和效率，均實(shí)現(xiàn)了由量變到質(zhì)變的升級(jí)。

威海拓展纖維有限公司先后推出了干濕法碳纖維和QM4035、QM4050 高強(qiáng)高模碳纖維，突破國(guó)外對(duì)該產(chǎn)品的封鎖，在提升質(zhì)量的同時(shí)賦予復(fù)合材料更優(yōu)異的力學(xué)性能，其生產(chǎn)過(guò)程精細(xì)化、數(shù)字化，品質(zhì)更加穩(wěn)定，可用于尖端領(lǐng)域。

煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司推出了原液著色間位芳綸。該產(chǎn)品不同于日本帝人公司的界面縮聚、濕法紡絲工藝和美國(guó)杜邦公司的溶液縮聚、干法紡絲工藝，而是采用低溫溶液間歇聚合、濕法紡絲工藝制造而成，開(kāi)創(chuàng)了世界上第三種間位芳綸制造技術(shù)。此外，該產(chǎn)品還融合原液著色技術(shù)進(jìn)一步拓展了芳綸的應(yīng)用領(lǐng)域，鹵素含量極低，產(chǎn)品生態(tài)安全優(yōu)于同類(lèi)產(chǎn)品。

助力紡織“上天入地”

隨著國(guó)內(nèi)對(duì)高性能纖維認(rèn)識(shí)理解不斷深入，國(guó)產(chǎn)高性能纖維質(zhì)量不斷提高，應(yīng)用水平持續(xù)提升。一是產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域逐步拓展。目前高性能纖維已應(yīng)用于航空航天、國(guó)防軍工、風(fēng)力發(fā)電、土木建筑、汽車(chē)工業(yè)、軌道交通、海洋工程、光纜通信、安全防護(hù)、環(huán)境保護(hù)、體育休閑等領(lǐng)域，并已形成特定領(lǐng)域的穩(wěn)定應(yīng)用。二是產(chǎn)品應(yīng)用規(guī)模逐步擴(kuò)大。2020 年，國(guó)內(nèi)高性能化學(xué)纖維的總消費(fèi)量約13.5 萬(wàn)噸，碳纖維約為48800 噸，芳綸約為25600 噸，超高分子量聚乙烯纖維約為21700 噸。

其中，最顯著的莫過(guò)于碳纖維應(yīng)用的繁榮景象。隨著碳纖維制造工藝日益成熟，制造成本不斷下降，來(lái)自下游新能源產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用引燃了需求，碳纖維的規(guī)模化應(yīng)用場(chǎng)景得以實(shí)現(xiàn)突破。特別是在當(dāng)前“雙碳”戰(zhàn)略下，風(fēng)電行業(yè)需要使用碳纖維的材料用作風(fēng)電葉片；氫能行業(yè)需要使用碳纖維材料作為燃料電池儲(chǔ)氫瓶方便運(yùn)輸；光伏行業(yè)需要使用碳纖維材料取代石墨，用于單晶硅爐內(nèi)的碳?xì)止δ懿牧?、保溫桶、護(hù)盤(pán)等關(guān)鍵部件；新能源車(chē)行業(yè)也一直在期待碳纖維價(jià)格下降到合理區(qū)間，可以用來(lái)減少自重、提升續(xù)航?！耙蕴祭w維為代表的高性能纖維將開(kāi)啟黃金時(shí)代?！睒I(yè)內(nèi)專(zhuān)家預(yù)測(cè)。

綜合性能居于高分子材料金字塔頂端的聚酰亞胺也獲得了很好的應(yīng)用。奧神新材董事長(zhǎng)王士華介紹，公司與東華大學(xué)一起，突破了聚酰亞胺纖維干法紡絲的關(guān)鍵技術(shù)，所研發(fā)的“反應(yīng)紡絲”新技術(shù)是全球首創(chuàng)，正是憑借這個(gè)技術(shù)研究成果，奧神新材完成了首條耐熱型千噸級(jí)干法紡聚酰亞胺纖維生產(chǎn)線的建設(shè)并成功投產(chǎn)，在特種防護(hù)、結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料以及環(huán)保高溫除塵領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。特別是在中國(guó)纖維流行趨勢(shì)平臺(tái)發(fā)布后，易染聚酰亞胺纖維和無(wú)染聚酰亞胺纖維均實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，為公司新增銷(xiāo)售收入2000 萬(wàn)元，目前產(chǎn)品已應(yīng)用于特種防護(hù)領(lǐng)域和民用保暖領(lǐng)域。

江蘇恒神推出的HF40T 高強(qiáng)中模碳纖維表面光滑，結(jié)構(gòu)缺陷少，具有更高的抗拉強(qiáng)度和耐壓性能，耐壓超過(guò)80MPa，適合壓力容器和民航及無(wú)人機(jī)的應(yīng)用，特別是儲(chǔ)氫容器，是未來(lái)IV 型瓶減重的首選材料。通過(guò)參與中國(guó)纖維流行趨勢(shì)發(fā)布活動(dòng)，大大促進(jìn)了公司碳纖維應(yīng)用市場(chǎng)，營(yíng)業(yè)額從2018 年1.6 億元提高至9 億元，效果顯著。

威海拓展推出的QM4050 高強(qiáng)高模碳纖維在應(yīng)用于航天領(lǐng)域時(shí)，有著比較明顯的優(yōu)勢(shì)，其拉伸模量特別高，剛性強(qiáng)，作為機(jī)構(gòu)材料具有較強(qiáng)的抵抗變形能力；熱膨脹系數(shù)極低，具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性；比強(qiáng)度高，比密度低，可以更好地減重，有利于結(jié)構(gòu)件的輕量化。

不斷拓展高性能纖維產(chǎn)業(yè)鏈

雖然我國(guó)在高性能纖維領(lǐng)域取得了一定成就，但也要看到，由于技術(shù)工藝壁壘，國(guó)際高性能纖維市場(chǎng)依然是日、美壟斷格局，我國(guó)國(guó)產(chǎn)碳纖維自給率不足40%，仍然受制于歐美及日本等國(guó)家。

為加快突破高性能纖維行業(yè)技術(shù)瓶頸、緩解國(guó)外進(jìn)口依賴、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，國(guó)家出臺(tái)了一系列支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，為高性能纖維行業(yè)發(fā)展?fàn)I造了良好環(huán)境。工信部、國(guó)家發(fā)改委等六部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于“十四五”推動(dòng)石化化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出要大力發(fā)展化工新材料和精細(xì)化學(xué)品，化工新材料保障水平達(dá)75%以上。這其中便包括高性能纖維。前不久出臺(tái)的《關(guān)于化纖工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中提出，“十四五”期間要進(jìn)行高性能纖維關(guān)鍵技術(shù)突破和高效低成本生產(chǎn)，進(jìn)一步擴(kuò)大高性能纖維在航空航天、風(fēng)力和光伏發(fā)電、海洋工程、環(huán)境保護(hù)、安全防護(hù)、土工建筑、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的應(yīng)用。

在相關(guān)政策和平臺(tái)的支持下，當(dāng)前我國(guó)高性能纖維龍頭企業(yè)也相應(yīng)對(duì)未來(lái)做出了規(guī)劃。江蘇恒神副總經(jīng)理張明介紹，公司正積極開(kāi)拓在商用大飛機(jī)國(guó)產(chǎn)碳纖維預(yù)浸料適航認(rèn)證及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)零部件研制工作，新能源領(lǐng)域風(fēng)電葉片、儲(chǔ)氫氣瓶和光伏炭炭復(fù)材方向上積極布局，并擬在陜西省榆林市投資建設(shè)2 萬(wàn)噸/年高性能碳纖維生產(chǎn)基地，研發(fā)推廣新一代高強(qiáng)高模高韌碳纖維。

中復(fù)神鷹2021 年在西寧建設(shè)的萬(wàn)噸碳纖維生產(chǎn)基地正式投產(chǎn)，該項(xiàng)目使用了第三代碳纖維制造技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了單線年產(chǎn)3000 噸高性能碳纖維的產(chǎn)線設(shè)計(jì)和高端成套技術(shù)的自主可控。目前，公司又在碳纖維生產(chǎn)規(guī)?；?、低成本化、智能化及環(huán)保化上進(jìn)一步發(fā)力，爭(zhēng)取盡快突破第四代碳纖維制造技術(shù)。同時(shí)，為推進(jìn)碳纖維全產(chǎn)業(yè)鏈布局之路，2021 年8 月，中復(fù)神鷹在上海臨港新片區(qū)啟動(dòng)了“碳纖維航空應(yīng)用研發(fā)及制造”項(xiàng)目建設(shè)，將專(zhuān)注于航空樹(shù)脂、航空用碳纖維復(fù)合材料中間制品和成型工藝的研發(fā)和制造，致力于促進(jìn)國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)材行業(yè)的高端化應(yīng)用。

近日，吉林化纖年產(chǎn)6 萬(wàn)噸碳纖維項(xiàng)目正式啟動(dòng)。該項(xiàng)目占地面積72 萬(wàn)平方米，總投資103 億元，計(jì)劃建設(shè)18 條自主研發(fā)的智能化碳絲生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)35K 以上大絲束碳纖維，整條碳化線實(shí)現(xiàn)了裝備國(guó)產(chǎn)化、單線產(chǎn)能最大化，產(chǎn)品主要應(yīng)用于綠電、光電、氫能等新能源領(lǐng)域，也將在汽車(chē)輕量化、軌道交通輕量化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

光威復(fù)材基于對(duì)民用碳纖維發(fā)展的認(rèn)識(shí)和未來(lái)需求的預(yù)期，于2019 年就啟動(dòng)布局了包頭萬(wàn)噸級(jí)碳纖維項(xiàng)目，目前一期年產(chǎn)4000 噸工程正在按計(jì)劃建設(shè)并擬在今年下半年投產(chǎn)。

泰和新材2022 年也將新增45000 噸/年氨綸、1500 噸/年對(duì)位芳綸、3000 噸/年芳綸紙新產(chǎn)能；同時(shí)規(guī)劃擴(kuò)建16000 噸/年間位芳綸、17000 噸/年對(duì)位芳綸產(chǎn)能。

在一大批高性能纖維行業(yè)龍頭企業(yè)的帶動(dòng)下，我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)將不斷拓展產(chǎn)業(yè)鏈，吸引更多相關(guān)企業(yè)集聚，構(gòu)建起從原材料、高性能纖維、中間體材料到復(fù)合材料的全產(chǎn)業(yè)鏈，打造我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)更上一層樓。