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需求旺盛引發擴產擴能,國產“硬核”纖維茁壯成長的同時還須哪些技術突破?
READ:596  UPDATE:2019-07-23

碳纖維、芳綸、高強高模聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維、玄武巖纖維……他們有一個共同的名字:高性能纖維。在纖維的“大家族”中,高性能纖維是當之無愧的最“硬核”纖維。過去幾十年來,以碳纖維為代表的高性能纖維是世界各國武器裝備研發生產不可或缺的戰略物資,該產業的發展水平也是國家實力的象征之一,更是未來低碳及先進制造業輕量化、抗腐蝕等科技進步的共性核心技術,是國家制造業和低碳經濟的核心競爭力之一。

2018年,我國高性能纖維的研究技術水平取得了很大進展,與發達國家先進水平的差距大幅縮小。

來自中國化學纖維工業協會的數據顯示,2018年,我國高性能纖維初步估算總產能約為13萬噸,產量約為6萬噸。其中,T300、T700、T800碳纖維已全部實現產業化,T1000級、M40、M40J、M55J等高強高模碳纖維已具備了小批量制備能力,已經涵蓋高強、高強中模、高模、高強高模4個系列碳纖維。間位芳綸、聚苯硫醚纖維和連續玄武巖纖維等實現快速發展,產能突破萬噸,技術水平達到國際先進。對位芳綸、聚酰亞胺纖維、聚四氟乙烯纖維等實現千噸級產業化生產,填補國內空白,打破國外壟斷。

發展呈現良好態勢

細分市場增長明顯

2018年,基于產業政策支持不斷加大、研究技術水平不斷提高,我國高性能纖維的發展呈現良好態勢,各細分市場增長明顯。

據中國化學纖維工業協會的統計數據顯示,在PAN基碳纖維領域,2018年,國內PAN基碳纖維產量約為8000噸,較2017年增長約1400噸,生產實現大幅增長,產品價格平均上漲15%左右。國內市場對碳纖維需求快速增長,總消費量超過22000噸,建筑補強領域用量基本穩定,壓力容器、風力發電用量增長較快,特別是大絲束碳纖維用量增長快。此外,汽車零部件、大飛機和軍工領域用量也有一定增長。

在間位芳綸領域,2018年,國內間位芳綸產量實現小幅增長,約為9000噸,產品應用以過濾材料和防護材料為主。在對位芳綸領域,2018年,國內對位芳綸行業產量實現小幅增長,超過2000噸。國內市場呈供不應求態勢,國內對位芳綸需求已超過10000噸,但80%仍需依賴進口。光纜通信、防彈材料、汽車工業等領域需求增長較快,其中光纖領域用量約占60%左右,汽車領域(膠管、剎車片等)用量約占20%。

在超高分子量聚乙烯纖維領域,2018年,超高分子量聚乙烯纖維產量為15000~20000噸,全年市場需求旺盛且保持持續增長。其中,繩纜領域用量較為穩定,產品主要是海洋用繩纜,纖維價格偏低;手套領域用量略有增長,目前用量約占總量的50%,制品以出口為主,國外特別是歐盟的訂單持續增加且穩定;防彈領域市場需求旺盛,特別是高端產品供不應求。

在聚苯硫醚纖維領域,2018年,國內聚苯硫醚纖維產量略有增加,約為5500噸,主要原因是受環保因素影響,下游濾料行業需求增長,但市場價格表現平穩,并未出現大起大落。值得一提的是,各生產企業產品規格仍集中在1.2D~2D,應用領域集中在耐高溫過濾材料。

在連續玄武巖纖維領域,2018年,我國連續玄武巖纖維產量為20000~25000噸, 主要應用領域集中在短切紗、土工格柵、復合管道、汽車輕量化相關部件等。其中,絕大多數用在高速公路、市政道路等領域,在汽車輕量化及復合材料領域的應用也在逐漸加大。

基于這些細分市場領域需求不同程度的增長,東華大學纖維材料改性國家重點實驗室副主任余木火認為,中國制造業有巨大潛在市場,有望引領高性能纖維、尤其是輕量化復合材料產業發展。“我國各行業都開始嘗試使用復合材料,風電、大型客機、高鐵、汽車、建筑、海洋、化工等行業已走在應用前列。他說道。

龍頭企業紛紛擴產

競爭實力穩步提升

正是基于這種良好的市場態勢,近兩年來,各相關企業紛紛鉚足了勁,在擴產、擴能上下功夫,以不斷提升市場競爭力。

今年3月,光威復材發布公告稱,擬在包頭和墨西哥設立子公司。其中,包頭子公司擬建設面向民品市場、以大絲束碳纖維為主要產品的碳纖維生產項目,助力公司民品業務發展,完善公司在碳纖維行業的全產業鏈布局;墨西哥子公司擬建設碳梁項目,以滿足客戶風電業務全球布局對公司碳梁供應的時效性和服務需求。

中復神鷹在青海西寧投資了年產2萬噸高性能碳纖維及配套原絲項目。該項目投資額為50 億元,總體規劃分兩期進行建設。中復神鷹表示,這是公司產業戰略布局的一項重要舉措,在開拓新市場及延伸企業產業鏈的同時,計劃將此項目作為上下游產業結構及產品聯動的重要支撐平臺,實現上下游產品導向性開發,助力國產碳纖維產業做優做強。

據了解,5月,該項目一期年產1萬噸高性能碳纖維及配套原絲項目已正式動工,根據規劃將于2020下半年投產,2021年將形成年產6000噸高性能碳纖維規模,2022年將形成年產4000噸高性能碳纖維規模,屆時將極大提高國產高性能碳纖維的自主保障能力。

泰和新材也在寧夏和煙臺兩地進行布局。其中,在寧夏建設的 3000 噸/年對位芳綸項目現已動工,預計今年年底或 2020 年初完工投產;煙臺產業園 12000 噸/年間位芳綸、12000 噸/年對位芳綸項目也計劃今年動工,2022年底將完成二期項目。

中化國際也積極布局全產業鏈,致力于成為全球第一梯隊的芳綸供應商。其位于江蘇儀征的年產500噸的紡絲工廠已順利投產,產品銷售穩定,目前正積極推進在軍工防護、電子通信、汽車輕量化、運動器材領域的下游產品開發和應用測試,在防彈頭盔、汽車膠管、通信光纜等產品領域已通過權威機構的檢測認證。而年產5000噸對位芳綸項目預計將在2020年形成產能,投產后中化國際將成為該領域全球第三的供應商。據悉,該項目的相關核心技術已形成完整的專利和專有技術體系,將打破國外長期壟斷。

整合產業優勢資源

上下游須聯合攻關

隨著制造業智能化的深入發展,必然對材料提出新要求。那么,在此背景下,高性能纖維亟待突破的技術有哪些?其接下來的研發方向是什么?

在吉林化纖集團董事長宋德武看來,未來,企業在產業鏈上的分工會更加細致。對于碳纖維而言,大絲束碳纖維會越來越受歡迎,細旦化、差別化將是未來研發方向,原絲生產將越來越受重視。

復材本身具有各項異性力學性能,給設計分析工作帶來一定困難。中國商飛北京民用飛機技術研究中心副總設計師徐吉峰表示,相比傳統金屬結構,復合材料在飛機上的應用提出了新的技術挑戰,帶來了一系列待突破的關鍵技術,如連接分析、穩定性、損傷容限、適墜性、大開口、閃電防護、防火耐燃、防除冰、層間分析等。

中車青島四方機車車輛股份有限公司副總工程師丁叁叁認為,軌道車輛未來的發展趨勢是追求高速、高效、綠色、智能,這些都需要更輕、更強的材料。因此,以輕量化為核心的綜合解決方案是未來技術的基礎,應重點解決強度、剛度、疲勞、腐蝕、噪聲及防火等各性能矛盾間的平衡及一體化。同時,還要提高產品的效能,以應對傳統結構與材料日益突顯的瓶頸,材料須輕量化、減沖擊、提載重、高耐候、高可靠、高可用、高壽命、少維護。

在新能源汽車輕量化技術的研發上,國際汽車輕量化綠色科技聯盟執行會長陳平生認為,需要更安全、更節能、更環保,且利于智能制造模塊化集成,通過零部件結構設計優化與CAE模擬分析、高強輕量化材料及先進制造技術的量化應用,實現量產車型的輕量化。

中國化學纖維工業協會副秘書長呂佳濱指出,要在加工體系智能化上發力,發展生產流程的信息化、智能化及產品的可追溯性,推廣智能工廠、智能車間示范應用,提高高性能纖維生產效率與產品品質,降低生產成本,擴大市場應用。同時,還要加快實現原料體系專業化配套定制。碳纖維、高強高模聚乙烯、聚酰亞胺纖維等生產的單體、溶劑、上漿劑等實現專業化標準化定制。開發與高性能纖維相匹配的紡絲油劑、上漿劑和纖維評價表征技術,提升產品適用性,實現規模化生產。

“近幾年,通過系列產業發展規劃,我國進一步明確了關鍵基礎材料產業發展的目標和任務,為持續推動化纖行業產品結構升級、產業結構升級、技術結構升級,實現化纖行業科學發展和高質量發展提供方向。在高性能纖維接下來的發展上,須整合新材料產業優勢資源,鼓勵上下游企業和產學研聯合攻關,集中力量重點突破核心技術的產業化應用。”中國工程院院士蔣士成說道。

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