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21世纪,高科技纤维进入高速发展新时代
发布时间:2017-06-05
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高科技纤维又称特种合成纤维,细分有250余种,共分5大类:
 
1、耐强腐蚀性纤维,是以聚四氟乙烯为代表的含氟类纤维;
 
2、抗燃纤维,是交联、稠环、金属螯合类纤维,以聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维和嘧氨纤维为代表;
 
3、耐高温纤维,指长期使用温度为180℃以上的纤维,代表品种有聚间苯二甲酰间苯二胺和聚苯硫醚(PPS)纤维;
 
4、高强高模纤维,一般指强度15cN/dtex、模量350CN/dtea以上的纤维,代表品种有有机系的聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)和超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维及无机系的PAN基和沥青基碳纤维;
 
5、功能纤维,顾名思义是一些特殊功能的纤维,如中空纤维分离膜、活性类纤维、超细纤维无纺布和离子交换纤维等,其中,高强高模纤维特别是聚丙烯腈基碳纤维和对位或间位芳酰胺纤维(芳纶)最为重要。
 
早在20世纪80年代初,以美、日为代表的发达国家对化纤的发展作了重要战略转移,开始把投资重点由传统化纤转向高科技纤维。以PAN基碳纤维为例,日本东丽公司拥有7300t/a的产能,品种近40种,产品最高强度为7GPa、最高模量650GPa,离散系数很低,且生产效率高。PPTA纤维,美国杜邦集团现已拥有3.25万t/a的总产能,最高强度为26cN/dtex,有近10种系列化产品,再如间位芳酰胺纤维,杜邦的产能合计为1.9万t/a,生产线自动化水平高,产品已实现系列化。UHMWPE纤维,是我国惟一具有一定国际竞争力的产品,三家企业的产能各达到了300t/a,其中两家拥有自己的知识产权,最高强度已达到37 cN/dtex,而荷兰DSM的产能为2500t/a,产品最高强度为37 cN/dtex。由于我国三家企业产品的性价比优于国外,因此目前规模虽小但仍有竞争力,而且各家都发展了下游的单向无纬布、防弹背心、防刺服、防切割手套、头盔、防弹板及压缩天然气等。上世纪90年代,发达国家进行了化纤产业的结构调整,早已把投资重点由传统化纤转向高科技化纤上了,并大规模地将普通化纤的生产技术及全套设备向第三世界国家转移,将收益用于发展高新技术产业。目前,发达国家尤其是美国和日本的高新科技纤维已处于垄断地位。

高科技纤维是支撑世界高技术产业发展的重要新材料,又是现代国防的关键材料,而且其应用面几乎涉及到国民经济的各个领域,是支撑高科技产业发展的重要基础材料。运载火箭和导弹、各类航天器、宇宙站、人造卫星、宇航服、喷气式客机和战斗机、船舶、超高速列车、医学和生物工程等的关键材料。同时,也能满足许多传统产业更新换代的需要。例如,环保节能型新一代汽车高速飞轮转子、压缩天然气罐、高速子午胎、发动机耐热传感器、轻量传动轴、弹簧板以至车体等。在新型建材领域,高强高模纤维增强水泥、复合材料型材、混凝土结构物的加固修复用片材、大跨度斜拉桥和悬索桥用代钢索缆绳、拉挤成型代钢筋材料等,都采用高性能纤维。在电子和信息产业领域,柔性印刷线路板基板、光缆及其补强材料、塑料光纤计算网络、防辐射手机外壳、电磁波屏蔽材料、防尘防静电工作服、超净室高效空气滤材,都需要各种高性能纤维和功能纤维。高科技纤维也是能源开发特别是新能源开发所必不可少的新材料。如抽油杆,千米以下深海油田开采平台所需升降机、输油管线、钻井套管等,大型风力发电叶片及其推进器,核电站耐辐射建材及其防护产品,含放射物冷却水回用滤材,海水吸铀高效吸附材料,铀同位素分离用高速转筒等,在环保方面其用途就更多,如酸雨的防治、高温粉尘滤袋、含重金属离子等废水的处理等。就是在解决淡水资源短缺方面,也开始大规模使用中空纤维反渗膜技术。如沙特阿拉伯和我国台湾省都分别引进了日本产世界最大的海水淡化装置,日产淡水高达12.8万吨。高科技纤维的开发和应用,使人类的衣着从“仿真”过渡到“超真”,使人们的服装具有各种奇特的功能,如光变色、冬暖夏凉、抗菌消臭和吸收远红外保温等功能。奥运会期间新泳装选用了仿鲨鱼皮纤维的纺织品,不但轻且不吸水,摩擦阻力比皮肤还小,可以确保高速度。在医学领域,人工骨、关节、韧带、牙床、假眼、人工肺、人工肝、人工肾、人工脾、人造血管和皮肤等都可用高科技纤维制造。在尖端技术领域,由于解决了超低温绝缘材料,创造了磁悬浮列车的最高行驶纪录。由此可见,高科技纤维的应用领域可以说是无所不包。
 
1996年起发展中国家化纤的总产量和产能超过了发达国家。其主要原因是,我国已具备把投资重点转向发展高科技纤维的基本条件。近年来我国高科技纤维的市场需求增长很快,1995年聚丙烯腈基碳纤维的需求量只有60吨,到2012年已达7000吨;1995年芳纶纤维的需求量也只有60吨,到2012年已达到1000吨;1995年超高分子量聚乙烯纤维需求量才20吨,2012年已超过1500吨。我国高科技功能纤维随着人民生活的迅速提高和环保意识的增强,发展很快,需求成倍增长。我国高科技纤维的应用研究和市场开发,不断取得进展,为持续快速发展奠定了基础。从20世纪80年代起,国家就安排了碳纤维和芳纶纤维科技攻关,也同时安排了一批应用研究项目。但我国的高科技纤维目前仍处于小而散的状态,这种局面急待扭转,如不严加控制就会形成小而散的局面,很难形成有竞争力的规模经济。由于高科技纤维对提升一个国家的整体经济素质有举足轻重的作用,国家提出在“十五”期间加大对高科技纤维的投入,奠定主要高科技纤维的产业化基础,实现聚丙烯腈基碳纤维及其原丝、芳纶、超强聚乙烯纤维等主要功能纤维产业化,并在消化吸收国外引进技术和装置的基础上加以创新,逐步拥有自己的知识产权。
 
目前,高性能纤维在全球的用量仅仅在6万吨左右,民用领域大量是玻璃纤维。20世纪80年代,以全球玻璃纤维为代表的OC公司提出了发展高性能玻璃纤维及其资源、环境保护、节能、协调发展作为核心战略。经过二十多年的努力,OC公司面向高端市场,从1997年开发成功Auvatex纤维,其在全球80%的玻纤工厂进行了投产,继而开发了风电大叶片用玻纤Windstrand等。目前,OC在全球拥有65座玻璃熔窑和14个沥青加工厂。OC公司的可持续发展由市场证明高性能玻璃纤维具有广阔的应用前景并与高性能纤维一起优势互补,共存发展。

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