| 高性能纖維：撐起國之重器，書寫紡織“上天入地”傳奇 |
本刊記者-郭春花
中國纖維流行趨勢深度回訪系列報道3
編者按
近日，一年一度的中國纖維流行趨勢產品征集又啟動了，得到了眾多纖維企業的關注。這一由國家工業和信息化消費品工業司指導，中國化學纖維工業協會、東華大學、中國棉紡織行業協會主辦的中國纖維流行趨勢發布活動，至今已成功舉辦11屆。
十多年來，中國纖維流行趨勢參與申報的企業總計有550多家，申報纖維產品900多個，共有260個產品在該平臺上獲得發布，為紡織新產品開發奠定了堅實基礎。其中綠色纖維、高性能纖維、功能性纖維受到了較大關注。為此，《紡織服裝周刊》特開辟“中國纖維流行趨勢深度回訪”系列報道，通過采訪部分參與企業，了解發布產品的最新發展情況，以及中國纖維流行趨勢研究與發布平臺在踐行化纖行業供給側結構性改革和“三品戰略”中所發揮的引領和典范作用。
2022年北京冬奧會上，T800級高強度碳纖維復合材料，結合航天碳纖維復合材料成型工藝，實現了我國冬奧會雙人雪車從0到1的突破；3D打印個性化定制碳纖維頭盔貼合運動員臉型，保障了運動員比賽中的安全和舒適性；“飛揚”火炬外殼采用耐高溫碳纖維材料，解決了碳纖維復合材料在極端條件下的應用瓶頸，實現了火炬外殼在高于800℃的氫氣燃燒環境中正常使用。
C919國產大飛機上，機身的15%采用了樹脂基碳纖維材料，機艙內部首次啟用芳砜綸制作椅罩、門簾，使大飛機再度“瘦身”，油耗更小，成本更低，減少二氧化碳排放。
為各種水上活動提供安全信息的航標，采用了新型碳纖維，使用壽命長，防水防潮，不易變形，不懼海水侵蝕，讓航標更加“扛造”。
……
近年來，高性能纖維以“巋然”之勢助力先進制造，在安全防護、風電葉片、壓力容器、航空航天等極端應用領域中體現卓越價值，撐起“國之重器”，書寫紡織“上天入地”的傳奇。中國纖維流行趨勢近年來連續推出了超高強度碳纖維、中模高強碳纖維預浸料、高強高模碳纖維、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、高伸長間位芳綸、微納對位芳綸等，在各種應用領域中發揮了不可或缺的作用。
01
高性能纖維碩果累累
“十三五”時期，我國高性能纖維新材料技術穩步提升，不斷滿足航空航天、國防軍工、環境保護、醫療衛生等領域發展需求。碳纖維干噴濕紡和濕法紡絲工藝技術逐漸完善，生產效率進一步提升，高端產品品種逐步豐富，T1000級、M40、M40J、M55J等碳纖維已具備工程化制備能力，25K大絲束碳纖維實現產業化生產；千噸級對位芳綸工程化關鍵技術和裝備取得突破，高強型、高模型對位芳綸產品實現國產化；高強高模聚酰亞胺纖維、間位芳綸、聚苯硫醚纖維、連續玄武巖纖維等實現快速發展。
 這其中，不乏在中國纖維流行趨勢發布平臺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布了無染聚酰亞胺纖維和易染聚酰亞胺纖維等產品，聚酰亞胺纖維具有優異的阻燃、保暖、耐高溫、抗菌等性能，其制成的面料具有燃燒損毀長度低、陰燃續燃時間為零、無熔融滴落物等性能，用于消防服能夠有效保護消防員的安全。
 中復神鷹碳纖維股份有限公司作為國內首家掌握碳纖維干噴濕紡技術的企業，依托干噴濕紡的技術優勢實現了T700級、T800級、T1000級等不同級別碳纖維的工業化量產，成功填補了國內高端碳纖維的空白，奠定了公司在國內碳纖維領域的技術領先地位。近年來，中復神鷹先后在中國纖維流行趨勢發布平臺推出了SYM40高強高模碳纖維和超高強度碳纖維，均獲得了廣泛應用。
江蘇恒神股份有限公司推出的壓力容器用 HF30F 碳纖維和HF40T高強中模碳纖維，分別入選2020年度和2022年度的中國纖維流行趨勢。這些產品是恒神根據國有市場的應用需求有針對性地推出的產品。其中，HF30F碳纖維在模量上優于進口同等產品，HF40T碳纖維在強度上優于進口同等產品。
  吉林化纖集團近年來不斷加強碳纖維基礎研究和科技攻關，著力破解關鍵核心技術。碳纖維從小絲束到大絲束，從原絲、碳絲到復材，無論是質量、成本、柔性和效率，均實現了由量變到質變的升級。
威海拓展纖維有限公司先后推出了干濕法碳纖維和QM4035、QM4050高強高模碳纖維，突破國外對該產品的封鎖，在提升質量的同時賦予復合材料更優異的力學性能，其生產過程精細化、數字化，品質更加穩定，可用于尖端領域。
煙臺泰和新材料股份有限公司推出了原液著色間位芳綸。該產品不同于日本帝人公司的界面縮聚、濕法紡絲工藝和美國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，開創了世界上第三種間位芳綸制造技術。此外，該產品還融合原液著色技術進一步拓展了芳綸的應用領域，鹵素含量極低，產品生態安全優于同類產品。
02
助力紡織上天入地
隨著國內對高性能纖維認識理解不斷深入，國產高性能纖維質量不斷提高，應用水平也持續提升。一是產品應用領域逐步拓展。目前高性能纖維已應用于航空航天、國防軍工、風力發電、土木建筑、汽車工業、軌道交通、海洋工程、光纜通信、安全防護、環境保護、體育休閑等領域，并已形成特定領域的穩定應用。二是產品應用規模逐步擴大。2020年，國內高性能化學纖維的總消費量約13.5萬噸，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，最顯著的莫過于碳纖維的繁榮景象。隨著碳纖維制造工藝日益成熟，制造成本不斷下降，來自下游新能源產業的應用引燃了需求，碳纖維的規模化應用場景得以實現突破。特別是在當前“雙碳”戰略下，風電行業需要使用碳纖維的材料用作風電葉片；氫能行業需要使用碳纖維材料作為燃料電池儲氫瓶方便運輸；光伏行業需要使用碳纖維材料取代石墨，用于單晶硅爐內的碳氈功能材料、保溫桶、護盤等關鍵部件；新能源車行業也一直在期待碳纖維價格下降到合理區間，可以用來減少自重、提升續航?！耙蕴祭w維為代表的高性能纖維將開啟黃金時代?！睒I內專家預測。
 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用。奧神新材董事長王士華介紹，公司與東華大學一起，突破了聚酰亞胺纖維干法紡絲的關鍵技術，所研發的“反應紡絲”新技術是全球首創，正是憑借這個技術研究成果，奧神新材完成了首條耐熱型千噸級干法紡聚酰亞胺纖維生產線的建設，并成功投產，在特種防護、結構與復合材料以及環保高溫除塵領域獲得了廣泛的應用。特別是在中國纖維流行趨勢平臺發布后，易染聚酰亞胺纖維和無染聚酰亞胺纖維均實現了規?；a，為公司新增銷售收入2000萬元，目前產品已應用于特種防護領域和民用保暖領域。
江蘇恒神推出的HF40T高強中模碳纖維表面光滑，結構缺陷少，具有更高的抗拉強度和耐壓性能，耐壓超過80MPa，適合壓力容器和民航及無人機的應用，特別是儲氫容器，是未來IV型瓶減重的首選材料。通過參與中國纖維流行趨勢發布活動，大大促進了公司碳纖維應用市場，營業額從2018年1.6億元提高至9億元，效果顯著。
威海拓展推出的QM4050高強高模碳纖維在應用于航天領域時，有著比較明顯的優勢，其拉伸模量特別高，剛性強，作為機構材料具有較強的抵抗變形能力；熱膨脹系數極低，具有優異的尺寸穩定性；比強度高，比密度低，可以更好地減重，有利于結構件的輕量化。
03
不斷拓展高性能纖維產業鏈
雖然我國在高性能纖維領域取得了一定成就，但是我們看到，由于技術工藝壁壘居高，國際高性能纖維市場依然是日、美壟斷格局，我國國產碳纖維自給率不足40%，仍然受制于歐美及日本等國家。
為加快突破高性能纖維行業技術瓶頸、緩解國外進口依賴、促進產業高質量發展，國家出臺了一系列支持產業發展的政策，為高性能纖維行業發展營造了良好環境。工信部、國家發展改革委等六部門聯合印發《關于“十四五”推動石化化工行業高質量發展的指導意見》，提出要大力發展化工新材料和精細化學品，化工新材料保障水平達75%以上。這其中便包括高性能纖維。前不久出臺的《關于化纖工業高質量發展的指導意見》中提出，“十四五”期間要進行高性能纖維關鍵技術突破和高效低成本生產，進一步擴大高性能纖維在航空航天、風力和光伏發電、海洋工程、環境保護、安全防護、土工建筑、交通運輸等領域應用。
在相關政策和平臺的支持下，當前我國高性能纖維龍頭企業也相應對未來做出了規劃。江蘇恒神副總經理張明介紹，公司正積極開拓在商用大飛機國產碳纖維預浸料適航認證及復合材料結構零部件研制工作，新能源領域風電葉片、儲氫氣瓶和光伏炭炭復材方向上積極布局，并擬在陜西省榆林市投資建設2萬噸/年高性能碳纖維生產基地，研發推廣新一代高強高模高韌碳纖維。
 中復神鷹2021年在西寧建設的萬噸碳纖維生產基地正式投產，該項目使用了第三代碳纖維制造技術，首次實現了單線年產3000噸高性能碳纖維的產線設計和高端成套技術的自主可控。目前，公司又在碳纖維生產規模化、低成本化、智能化及環?；线M一步發力，爭取盡快突破第四代碳纖維制造技術。同時，為布局碳纖維全產業鏈布局之路，2021年8月，中復神鷹在上海臨港新片區啟動了“碳纖維航空應用研發及制造”項目建設，將專注于航空樹脂、航空用碳纖維復合材料中間制品和成型工藝的研發和制造，致力于促進國產碳纖維復材行業的高端化應用。
近日，吉林化纖年產6萬噸碳纖維項目正式啟動。該項目占地面積72萬平方米，總投資103億元，計劃建設18條自主研發的智能化碳絲生產線，主要生產35K以上大絲束碳纖維，整條碳化線實現了裝備國產化、單線產能最大化，產品主要應用于綠電、光電、氫能等新能源領域，也將在汽車輕量化、軌道交通輕量化等領域得到廣泛應用。
光威復材基于對民用碳纖維發展的認識和未來需求的預期，于2019年就啟動布局了包頭萬噸級碳纖維項目，目前一期年產4000噸工程正在按計劃建設并擬在今年下半年投產。
泰和新材2022年也將新增45000噸/年氨綸、1500噸/年對位芳綸、3000噸/年芳綸紙新產能；同時規劃擴建16000噸/年間位芳綸、17000噸/年對位芳綸產能。
在一大批高性能纖維行業龍頭企業的帶動下，我國高性能纖維產業將不斷拓展產業鏈，吸引更多相關企業集聚，構建起從原材料、高性能纖維、中間體材料到復合材料的全產業鏈，打造出我國高性能纖維產業鏈競爭優勢，推動我國高性能纖維產業更上一層樓。 |
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