高性能纤维发展概述101027

如：洲际弹道导弹再入大气层的温度高到6600℃，只有碳/碳复
合材料，不会熔融。战略导弹固体火箭发动机重减１公斤，射程可 增16公里；弹头重量减1公斤，可增射程20公里。
又如： 每艘DDG“伯克”级驱逐舰就使用了约70吨对位芳纶
kevlar提供弹道防护。 又如：士兵和装甲的防弹，需用大量芳纶和高强高模聚乙烯。
乙烯纤维6家企业（大部分为民营企业）共同的成功要素分析
①
企业主要领导对项目看好，专业上有关联，有前瞻性，有资金
实力，敢决策。
②
抓好工程化实验是关键，经历多次失败改进才能成功，但却是 工业化成功之母。
③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
对工程建设有经验，有较强的组织、集成能力。 企业本身有技术专家，又善于与学、研合作。 企业对技术人才的贡献有激励机制。 企业有生产运作和市场销售的经验。 企业取得了政府的支持。
4. 高性能纤维应用技术-建筑
补强与结构材料
4. 高性能纤维应用技术-建筑
补强与结构材料
4. 高性能纤维应用技术-运动休闲
体育休闲运动产品
4. 高性能纤维应用技术-其他应用
电子信息产品、医疗设备和通用工业设备
4. 高性能纤维应用技术-其他应用
电子信息产品、医疗设备和通用工业设备
二、国外高性能纤维发展动态
• 国家发改委风力发电规划：
–2010年，建成500万kw –2020年，建成3000万kw
4. 高性能纤维应用技术-能源
每座海洋石油钻井平台 约需要14T碳纤维，可 以替代80T钢材。
4. 高性能纤维应用技术-能源
碳纤维在海洋石油工程装备上的应用
• 随着深海钻井技术的发展，海洋石油钻井平台使 用碳纤维，可提高安全性和生产效率，据测算， 一个平台，需用14吨碳纤维，可代替80吨钢材 • 我国已建成1000米以下的石油钻井平台50座以上， 还几乎都没采用碳纤维。采油专家普遍认为，只 要解决供货和价格问题，使用碳纤维更为轻质高 强，且耐腐蚀，今后一定要应用。
——如：日本东丽（碳纤） Carbon) 美国杜邦（芳纶） Kevlar） 日（东丽Kevlar），英（杜邦 法（Sofica）,美(Toray
（四） 日、美高性能纤维产业发展的战略和特征
8. 国家从政策上、项目上、投资上、产品应用上进
行支持。对于国防需用的高性能纤维及其复合材料实
施国防采办法（从研发到产品采购全程支持）。
2. 有机高性能纤维
1、芳纶规模化关键装备及技术开发 2、高强高模PE纤维改性技术 3、 PBO聚合、挤出、液晶纺丝一体化技术
4、新型有机高性能纤维技术开发
5、新型有机耐热纤维技术开发
4. 高性能纤维应用技术-国防
4. 高性能纤维应用技术-航空
4. 高性能纤维应用技术-航空
空客飞机复合材料应用发展历程
（二）正在进行工程化试验、筹建工业化的高性能纤维主要项目
1、碳纤维
现有9家企业开展的碳纤维工程技术研发平台和产业化建
设项目得到了政府的支持。其中，山东威海拓展、扬州惠通联 科、中石油吉林化工、北京化工大学等单位已经在工程技术上
取得了可喜的突破，小批量生产的标准模量和高模型碳纤维已
达到日本东丽公司T300和MJ40上世纪90年代初的水平，可 基本满足军工急需，现正积极开展产业化建设。其他进行工程
（三） 日、美高性能纤维产业发展的战略和特征
1. 将高性能纤维作为战略性产业和材料，西方国家 和企业都对我国严格封锁技术，控制高端产品出口.
—— 战略性的含义首先在于高性能纤维的用途：航天（火 箭、导弹、宇航）、防弹装备、大飞机、风能、海上采油、
汽车轻量、高温尾气处理、现代建筑、渔业和海军专用绳缆
材料在飞机、能源、建筑、环保、海洋产业等的应用迅速增
长。在运动休闲器材方面也在增加。
高性能纤维在国防领域的应用
(导弹、火箭、卫星、士兵防护、装甲防护、战斗机、舰艇等）
高性能纤维在国民经济领域的应用 （航空、风能发电、汽车轻量、海洋产业、环保、建筑、工业器材等）
高性能纤维在国防上的战略作用
高性能纤维是火箭、导弹、战斗机、作战装甲、海军舰艇等尖端 武器装备的基础材料。
在环保上还大有空间） ② 继续提高技术和产品水平。（国产纤维现在处在 中等偏下水平） ③ 要防止低水平重复建设，盲目发展。（如高强聚 乙烯纤维厂又新增了多个）
（二）正在进行工程化试验、筹建工业化的高性能纤维主要项目
1、碳纤维
碳纤维在我国经历了40年的研究开发，国家投入已 超过5亿，有24个单位先后参与。后由“十五”863计 划以产学研结合，企业为主体， T300得以进入工程化。
（二）正在进行工程化试验、筹建工业化的高性能纤维主要项目
4.主要集中在少数专业相关的大企业手里，其优势
在于：有远见、有财力、有人力、有魄力；善于创
建新兴产业。
——如：日本东丽、东邦、三菱三家企业的碳纤维产能即占
全世界的70％； 全世界芳纶1414产能的95％，集中在美国杜邦和日本帝 人两家公司。
（四） 日、美高性能纤维产业发展的战略和特征
5.发展高性能纤维是企业产业结构调整升级的必然.
——如：日本东丽的碳纤维产值虽然仅占公司总产值的4％， 而利润所占比例却达13％，是一般化纤利润率的5.9倍。 ——又如：美国杜邦把常规化纤，包括氨纶在内都已脱手，着 力发展芳纶、M5、PTT等高新纤维。在杜邦的五个效益版块中， “先进材料”的效益占总效益的24％。
（四） 日、美高性能纤维产业发展的战略和特征
（一） 国外高性能纤维产业近年来发展迅速
碳纤维：2005年全世界总产能是3.5万吨，而2007年是5.1 万吨，增长了46％。 芳纶：2005年全世界总产能是4.6万吨，而2007年则达到了
5.4万吨，增长了39％。
高强高模聚乙烯纤维：2005年全世界总产能是6500吨， 2007年达到了1.1万吨，增长了69％（已含我国）。
（一） 已实现工业化的高性能纤维
3、芳纶1313
• 第一家实现芳纶1313工业化的企业是烟台氨纶，它花了一 百多万美元从哈萨克斯坦购买基础技术。在工程化试验的基 础上实现了产业化，现有产能2600吨/年。它与有实力的 纺机厂和有经验的工程设计院合作，工业化水平较高。 • 还有新会和吴江两家公司也已工业化。 • 我们现有总产能约4000吨/年，产品一半出口。 • 国内现主要用作高温除尘滤材和军民防护服。
4. 高性能纤维应用技术-航空
4. 高性能纤维应用技术-航空
复合材料层合板
4. 高性能纤维应用技术-汽车
4. 高性能纤维应用技术-行李箱盖 发动机罩 尾气收集器 -50公斤， 车顶 -10公斤， 传动轴 -12公斤， 防撞梁 -10公斤 -10公斤 -5公斤 -3公斤
——如：现美国对M5纤维的研发和工程化，军方、政府和国 会都专项支持。
三、国内高性能纤维发展动态
（一） 已实现工业化的高性能纤维
1、粘胶基碳纤维
东华大学以棉短绒为原料，粘胶帘子线为原丝，成
功地实现了粘胶基碳纤维工业化，成为继美国、俄罗斯之 后第三个掌握这项技术的国家。 现实现工业化生产有两家，一是东华大学，年产3吨； 二是山西煤化所，也拥有吨级规模。总产能已能基本满足
现全世界高性能纤维的总产能约20万吨，虽然只占化纤总产能
的0.5%，但它的战略意义、重要性和经济效益都是极大的。
（二） 发展迅速的主要原因
高性能纤维质量轻，强力大，模量高，耐冲击，耐高温， 耐腐蚀，是战略性高新材料。 1.政治和军事方面。中东战乱及国际形势在一些地方趋于紧 张，有关各国纷纷战备，使高性能纤维材料的需求量激增， 用于作战飞机、火箭、导弹、装甲防护材料等领域。 2.在工业应用方面。对新材料需求增加，高性能纤维的复合
化研发和产业化建设的企业有：山西恒天、连云港中复神鹰、
上海金山石化、吉林化纤、安徽华皖、东华大学等。
（二）正在进行工程化试验、筹建工业化的高性能纤维主要项目
2、芳纶1414纤维
芳纶1414纤维在我国有10多年研发历史。其工程 化的难点在聚合反应快，粘度大，生产线材质要求耐酸； 溶剂回收不能含水，技术要求苛刻。 目前进行工程化试验的单位有：四川晨光、河南神 马、烟台氨纶、新会彩艳、仪征化纤、东华大学。 预计部分项目可于2010年开始工业化。
6. 高性能纤维从基础性研发到工程化试验、到工业 化，不断改进成熟，需要时间较长（5年、10年、
20年），投入相当大。
——不同阶段资金投入比例： 基础研发∶工程化试验∶工业化＝1∶10∶100
（四） 日、美高性能纤维产业发展的战略和特征
7.产业扩大的方式主要是在海外办子公司或合资公司， 使用统一的技术和商标牌号。
• 用后效果
– 减轻车重：省汽油，少排放 – 可提高抗冲击性：由于CFRP用作传动轴 – 可提高车速：由于减少阻尼 – 可提高汽车安全性：由于材料抗疲劳性好
4. 高性能纤维应用技术-能源
4. 高性能纤维应用技术-能源
• 据中国气象科学研究院预测的风能储量
–我国陆地风能理论储量：32.3亿kw –可开发利用储量 ：2.53亿kw –近海可利用风能储量 ：7亿kw –可利用风能储量合计 ：10亿kw 居世界前列
需求。其耐高温性能优异，用作导弹隔热部件，能减轻重
量，增加射程。
（一） 已实现工业化的高性能纤维
2、高强高模聚乙烯纤维
• 由东华大学开发成功，是我国自有知识产权。这项技术先 后在宁波大成、湖南中泰和北京中纺投资三个单位工业化，
总产能约3000吨，纤维已用于我军单兵防弹装备，并部
分出口。国产纤维性能指标基本可以，唯CV值偏高。 • 现又有多家企业在建厂，已出现小而散的局面。 • 该纤维在舰船绳缆方面的应用潜力很大，现还基本空白。
高性能纤维发展概述
二○一○年十月
内
一、高性能纤维概述
容
二、国外高性能纤维发展动态
三、国内高性能纤维发展动态 四、国内发展问题分析与研究
五、国内加快发展的政策建议
一、高性能纤维概述
1. 碳纤维
1、以缺陷控制为主线，提高聚丙烯腈碳纤维 质量稳定性 2、以结构调控为主线，开发高等级聚丙烯腈 碳纤维原丝 3、预氧化、碳化结构演变机理、表征及控制 4、高模量中间相沥青基碳纤维 5、异形截面聚丙烯腈碳纤维制备技术
（一） 已实现工业化的高性能纤维
6、我国芳纶1313和高强高模聚乙烯的成功工业化， 引起了国外大公司的关注，他们曾和我方企业谈过 合资或收购问题，因其目的在保持垄断和控制，技 术和市场不能互通共赢，已遭到我方拒绝。
（一） 已实现工业化的高性能纤维
7、未来发展需把握的要点
① 拓展纤维国内外应用和市场。（如芳纶1313用
高性能纤维在现代工业上的战略作用
A380和B787大飞机，每架需用23吨碳纤维，可节油20％，提高安
全性和总装效率。 汽车的结构材料部分改用碳纤维，减重100公斤，可省油，少排放， 抗冲击，提车速。 碳纤维是功率在5MW以上的风力发电机叶片的结构材料，每个叶片需 用超过500kg碳纤维。 每座海洋石油钻井平台约需要14T碳纤维，可以替代80T钢材。 用于袋式除尘用环保过滤材料的耐高温纤维国内每年需求量将达到 2000吨，对改善大气环境有重要作用。
（四） 日、美高性能纤维产业发展的战略和特征
3.国外高性能纤维产业正值快速发展期，技术和产
品不断升级，应用领域日益拓展，科技创新和市场
应用相互推进。
——碳纤维从T300 从MJ35 芳纶从kevlar 29 T700，800，1000； MJ70 49 129 149
（四） 日、美高性能纤维产业发展的战略和特征
等。 ——我国必须自力更生，自主建设。
（四） 日、美高性能纤维产业发展的战略和特征
2.高性能纤维产业技术难度高，专业跨度大，是复
杂的系统工程和高度的集成创新。
——
高性能纤维产业涉及石油化工、材料工程、化纤工程、
精密机械制造、电子信息、自动化控制、工程集成等，多学 科、多专业的相互融合和前后衔接。
（一） 已实现工业化的高性能纤维
4、芳砜纶
由上海纺织科学研究院研发成功，有自主知识产权。 现已建成年产1000吨的生产线。芳砜纶的耐热性优于 Nomex，但投资和成本较高。可作为高端品种，用于特 定领域。
（一） 已实现工业化的高性能纤维
5、项目成功的基本经验——基于芳纶1313和高强高模聚