高性能纤维发展趋势

高性能纤维发展趋势东华大学材料科学与工程学院东华大学化纤工程研究中心东华大学纺织产业创新协同中心王华平2017年12月26日，盐城汇报提纲一、发展现状二、发展趋势三、问题&建议国外出口管制，严重影响武器装备研制，国产化迫在眉睫：碳纤维、芳纶、高温透波陶瓷纤维等过去未来现在国家科技实力象征之一新型战略武器空天开发经济建设科技发展不可替代的作用交通运输新能源建筑物增强提高机械制造业水平低碳经济的迫切需要轻量化材料高性能纤维及应用是新材料的重要组成部分，是战略新材料发展的重要方向。一、发展现状-高性能纤维定位与战略意义航空航天：“神舟系列”、“天宫”系列；航天器、飞机战略武器：超高声速飞行器、战略导弹、战术导弹、航母、扫雷艇我国关键高性能纤维与制品与技术从更跑阶段，自主研发、实现国产化安全防护：个体防护（防弹防刺、消防战斗服、航天服、作战服）、装备防护（装甲防护、空间防护）、核防护航空航天、战略武器与安全防护的关键材料一、发展现状-高性能纤维定位与战略意义有机高分子纤维–柔性及半刚性链：PE纤维、芳纶1313、PEN、PTFE–刚性链：芳纶1414、PBO、PI、聚芳酯、PEEK、M5无机纤维（有机前驱体聚合物）–碳纤维：PAN基、粘胶基、沥青基、CNTs、石墨烯–碳化硅纤维：SiC–氮化物纤维：SiBN、BN、SiN、SiCN、SiBNC–氧化物纤维：ZrO2、玻璃、玄武岩、Al2O3、SiO2、结构/功能一体化高性能纤维•抗烧蚀•抗高温氧化•高导热性•吸波结构材料用高性能纤维•高强度•高摸量•高抗压强度•耐高温高性能纤维具有高强高模、耐高温、抗腐蚀等优异性能，是不可或缺的战略物资，高端高品质品种国产化任务艰巨。一、发展现状-主要品种代表性企业及进展代表性企业代表性品种2017年（产能）中复神鹰SYT45（3K、12K、24K）5000SYT49（12K、24K）SYM30（12K）SYT55（12K）恒神股份HF10、HF20、HF30、HF40、HF30S、HF40S（3K、6K、12K）5000中安信T700、T800、T900、T1000级和M系列5000吉林化纤1K、3K、6K、12K、12S、24K、48K2000一、发展现状-主要品种数据来源于网络2016年，中复神鹰完成了大约2000吨碳纤维的销售，企业在市场首次实现盈利，为中国碳纤维探索出道路与前景，具有里程碑意义。恒神股份也完成1.95亿元的销售业绩，与众多应用单位建立合作开发复合材料构建的合作协议。打通产业链的目标在步步接近。光威2017年实现上市，打造军工产品。2017年烟台泰和芳纶1414纤维实现净利润2000万；一、发展现状-主要品种代表性企业代表性品种2017年（产能）烟台泰和间位芳纶6000烟台泰和对位芳纶1500中蓝晨光院间位芳纶10000扬农化工对位芳纶500仪征化纤对位芳纶500（3000）数据来源于网络代表性企业及进展一、发展现状-主要品种代表性企业代表性品种2017年（产能）江苏奥神聚酰亚胺长丝、短纤2000长春高崎聚酰亚胺短纤1000江苏神鹤超高分子量聚乙烯纤维400湖南中泰超高分子量聚乙烯纤维1500仪征化纤超高分子量聚乙烯纤维2300锵尼玛超高分子量聚乙烯纤维1000山东爱地超高分子量聚乙烯纤维5000江苏九九久超高分子量聚乙烯纤维3000宁波大成超高分子量聚乙烯纤维1800北京同益中超高分子量聚乙烯纤维2000北京威亚超高分子量聚乙烯纤维1000数据来源于网络应用领域2017年2018年2019年2020年航天航空15200170001930022800体育休闲6900720078008200船舶应用1180122012901330土木工程3200350038504300汽车13800158001750022000压力容器3500380042504650风电叶片9000100001200014000总计52780585206599077280需求依然集中在航空航天、工业用和体育休闲三大应用市场，2017年需求量达到52000吨。预计需求增长最快的领域是汽车工业，到2020年将达到22000吨，应用规模与航天航空相当；资料来源：中国化学纤维工业协会主要领域碳纤维需求情况预测单位：吨聚丙烯腈基碳纤维一、发展现状-应用需求对位芳纶最大的应用市场是防弹和摩擦密封材料，其次是光缆补强材料、橡胶制品和轮胎帘子布，新兴应用领域是增强热塑性树脂制品，包括混杂风电叶片、箱包、手机壳等。2017年消费总量将达90000吨，主要包括个体防护、增强材料、摩擦密封材料和体育休闲用品4个方面。对位芳纶主要领域碳纤维需求情况预测单位：吨应用领域2017年2018年2019年2020年个体防护32500357003920043000增强材料21100229002480026900摩擦密封材料32100350003820041700体育休闲5200570062006700总计9090099300108400118300一、发展现状-应用需求资料来源：中国化学纤维工业协会间位芳纶全球间位芳纶需求量将保持5%-6%的年增长率，需求主要分布在电气绝缘纸、防护材料和高温滤料，到2017年，间位芳纶产量将达59000万吨。应用领域2017年2018年2019年2020年过滤织物9560908086308200防护服17800192002067022270电子设备4190445047305030芳纶纸22900251002753030100增强材料及其他5010546059406460总计59460632906750072060主要领域碳纤维需求情况预测单位：吨一、发展现状-应用需求资料来源：中国化学纤维工业协会超高分子量聚乙烯纤维一、发展现状-应用需求全球市场对超高分子量聚乙烯纤维需求，除军事方面对防弹材料需求剧增外，特种绳索市场应用发展迅速，直接推动了产业的高速发展。欧美主要用于防弹衣和武器装备，占比可达到60%~70%，其次为绳缆占20%，渔网等占5%，劳动防护占5%。在工艺进一步成熟，成本进一步降低的基础上，超高分子量聚乙烯纤维将更多地应用于远洋渔网、海洋养殖网箱、体育用品和医用材料等民用领域。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，山打破国外垄断。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。形成了江苏、吉林、东等产业集聚地，具备了一定区域发展基础我国高性能纤维稳步发展，已成为全球生产品种覆盖面最广国家，产能规模已居世界前列一、发展现状-国产化水平汇报提纲一、发展现状二、发展趋势三、问题&建议高性能纤维定位：为21世纪人类提供解决方案方案纺织工业环境健康安全拓展新领域新内涵纤维新设计技术服装装饰可穿戴汽车军工航空航天能源建筑水处理过滤土工保健组织工程器官修复反恐防护安全新价值创造引领国际化竞争产品的品牌化重视生态环境产品可设计：舒适性、功能性、生态性；资源可再生、可回收技术可调控：专业化智能化；高品质、高性能化；绿色生态一、高性能纤维发展趋势二、高性能纤维发展趋势德国工业4.0FutureTEX计划欧盟Horizion2020计划美国革命性纤维和纺织品计划法国Up-tex基地日本高技术纤维高端纤维制品资源利用和循环经济以顾客为中心的柔性价值链未来的新型纺织材料围绕产业竞争力配置资源；整合国家最高水平资源；建立需求导向的制造理念，实现面向消费者的快速响应体系；跟踪创新重点突破系统集成发达国家集中在高性能、功能性、智能纤维，明确应用需求，形成了核心竞争力东南亚：产业转移产品高性能化、专业化、结构功能一体化围绕汽车、高铁、海洋工程、环保等重大应用领域需求，设计研发高强高模、防裂、耐高温，使用寿命长与高可靠性等新型专业化高性能纤维品种。结构功能一体化品种：具有轻质、高强、防热、抗氧化烧蚀、抗蠕变、高温透波、高温吸波等材料为未来战略武器的重要基础材料。高强轻质防裂抗氧化烧蚀耐高温抗蠕变使用寿命长高温透波围绕应用需求1、汽车2、高铁4、环保结构功能一体化二、高性能纤维发展趋势3、海洋加工技术高效稳定化结合工程原理，研发高效高浓度等规模化、专业化技术与装置，实现产品低成本化、高稳定化。提高产品性能的一致性、稳定性和可靠性；单体高效合成与提纯技术高效高转化率聚合及其稳定化控制技术高浓度超高分子量PE纺丝原液的高效连续制备与低降解技术高粘度纺丝溶液的快速脱泡与高均质化技术高浓度高压高密度挤出、高速干喷湿纺、蒸汽牵伸技术刚性/半刚性链液晶纺丝工程与纤维性能调控技术可控、均质高效预氧化及碳化、节能减排、低成本技术二、高性能纤维发展趋势全生命周期绿色化研发绿色溶剂、萃取剂、助剂等技术，推进原料体系绿色化开发高效溶解、高浓度高密度高压挤出、高速纺丝等高性能纤维高效制备关键技术；开发全封闭高密封连续生产装置，节能减排，加工过程绿色化研制机械高效增发等溶剂及助剂高效分离、回收利用技术，减少溶剂等消耗。开发高性能纤维应用轻量化、减量化技术、原液着色技术开发高性能纤维产品循环回收、梯度利用技术。二、高性能纤维发展趋势原材料产品应用产品回收制造工艺高效化品质化工程化绿色化推动高性能纤维生产、开发与应用加工体系智能化二、高性能纤维发展趋势发展生产流程的信息化、智能化及产品的可追溯性，推广智能工厂、智能车间示范应用，提高高性能纤维制备效率与品质，减少劳动强度，保障安全。原料体系专业化配套定制碳纤维、高强高模聚乙烯、聚酰亚胺纤维等生产的单体、溶剂、上浆剂等实现专业化标准化定制。开发与高性能纤维相匹配的纺丝油剂、上浆剂和纤维评价表征技术，提升产品适用性，实现规模化生产。单体溶剂萃取剂增塑剂上浆剂稳定剂纺丝油剂………生产加工技术技术指标、应用指标固定化评价表征技术应用领域专业化二、高性能纤维发展趋势应用领域不断拓展，需求进入快速发展期二、高性能纤维发展趋势国防军工用交通运输装备用二、高性能纤维发展趋势碳纤维重大需求关键科学问题创新战略主要难点粘胶基碳纤维：低热导率、耐烧蚀PAN基碳纤维：高强高模、耐高温、耐腐蚀，是航天航空急需战略物资高纯度、低缺陷，低不匀率大分子化学组成、序列结构及分子量调控纺丝与牵伸动力学及结构演变有机无机转化机理及缺陷控制大飞机东风巨浪空间站以均匀性稳定性工程控制为主线二、高性能纤维发展趋势聚酰亚胺纤维重大需求关键科学问题创新战略主要难点民用：高温过滤、特种防护国防：热、核及空间防护低成本化、工程化、产业化、绿色化初生纤维的化学稳定性控制、纤维凝聚态结构的同步调控构建聚合与成形新体系高温过滤耐高温消防战斗服战术导弹的内绝热层二、高性能纤维发展趋势芳纶重大需求关键科学问题创新战略主要难点对位芳纶国产化、间位芳纶差别化、杂环芳纶低成本化高分子量PPTA和高模量对位芳纶制备间位芳纶染色，杂化芳纶工程化高活性高粘度非均相缩聚反应过程中聚合物微区效应的控制液晶纺丝过程的凝聚态与微缺陷控制高分子量PPTA的聚合与干喷湿纺原液着色技术及初生纤维在线着色技术单体合成国产化巡航导弹装甲防护天空飞行器与飞船对接士兵防护二、高性能纤维发展趋势纺织复合材料重大需求科学问题创新战略技术难点纺织复合材料比现有的铺层复合材料具有明显优势复合材料冲击动力学及多尺度设计功能、设计、制备一体化以构建多尺度细观结构与通用纺织单胞模型为基础，提高设计水平以大型编织复合材料机自动化及特种编织装备产业化为突破口，形成制备体系航天单兵防护航空汇报提纲一、发展现状二、发展趋势三、问题&建议总体设计和关键装备制造能力不足，各家设备千差万别，无法组织统一攻关，国产化装备总体水平较低，尤其是在智能化、清洁化、稳定化等方面有待加强。关键原材料、溶剂、催化剂、萃取剂等质量稳定性较低，导致生产品种与辅料的匹配性不强，关键树脂、上浆剂等辅料仍依赖进口。产品规格少，尤其是高性能品种与规格缺乏。自主创新与知识产权较