您知道什么是高性能纤维材料吗？来科普一下吧：高性能纤维是指具有特殊的物理化学结构，对来自外界的力、热、光、电等物理作用和酸、碱、氧化剂等化学作用具有特殊耐受能力，具有特殊性能、用途或功能的化学纤维。高性能纤维产业的发展对国民经济发展和国防现代化建设具有十分重要的作用，是支撑高新技术产业发展不可或缺的关键材料，是一个国家科学技术整体发展水平的体现。《中国制造2025》中提出，到2020年国产高强碳纤维及其复合材料技术成熟度将达到9级，实现在汽车、高技术轮船等领域的规模应用；2025年国产高强中模、高模高强碳纤维及其复合材料技术成熟度将达到9级；2025年国产对位芳纶纤维及其复合材料技术成熟度将达到9级；重点发展超高分子量聚乙烯纤维。
 
一、我国高性能纤维产业发展现状
目前，高性能纤维应用较为成熟的有碳纤维、芳纶和超高分子量聚乙烯纤维等。在国家的大力推动下，我国高性能纤维及其复合材料产业发展迅速，在规模化制造、生产和应用技术研究等方面取得良好进展。2014年，我国碳纤维、芳纶和超高分子量聚乙烯纤维产能分别为1.5万t、1.86万t和1.21万t（表1），分别占全球产能的12%、16%和30%。
 
1.碳纤维产业发展现状
碳纤维具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦等性能，广泛应用于国防军工、航空航天、交通运输、医疗器械和体育休闲等领域。我国自20世纪60年代后期开始研制碳纤维原丝，但受技术所限，一直发展较缓慢。2007年我国推出高新技术纤维国债专项，通过产学研用合作形式，推动碳纤维产业向产业化、规模化方向发展。近年来，在国家的大力推动下，我国碳纤维行业取得重大进展，千吨级工业化装置陆续建成并投产，初步建立了完整的碳纤维产业链，拥有奇峰化纤等原丝生产商，中钢吉炭、金发科技等碳化企业，大元股份、博云新材等复合材料企业。
 
2.芳纶产业发展现状
芳纶是一种高强度、高模量、低密度和耐磨性好的有机合成的高科技纤维，是攸关国民经济和国防事业发展的战略性材料之一。其中，对位芳纶在车用摩擦材料、防弹材料和光学纤维等领域具有重要的应用；间位芳纶在电绝缘、高温防护服、高温传送带和高温过滤等领域具有重要的应用。20世纪80年代，我国开始研发芳纶生产技术。2004年，实现了间位芳纶的工业化生产；2008年，我国第一条百吨级的对位芳纶中试生产线建成；2011年，千吨级对位芳纶产业化项目投产。目前，我国间位芳纶已基本上实现了产业化生产，而对位芳纶尚处于产业化初期阶段。2013年，我国芳纶产量约6 800t，表观消费量9 400t，自给率约72.1%。2016年，预计芳纶纤维产能将增加到1万t以上，高强型、高模型等新产品将陆续面世，产业链也将进一步完善。代表性企业有河北硅谷化工有限公司、中蓝晨光化工研究院有限公司、泰和新材、苏州兆达特纤科技有限公司和仪征化纤等。
 
3.超高分子量聚乙烯纤维发展现状
超高分子量聚乙烯纤维是由相对分子质量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维，是继碳纤维和芳纶之后的第3代高性能纤维。超高分子量聚乙烯纤维是目前世界上强度最高与密度最小的纤维，在军工国防、航空航天、海洋产业、体育器材、医疗卫生和建筑行业等领域具有重要的应用。20世纪90年代末，我国开始超高分子量聚乙烯纤维生产工艺和装备的研究以及中试生产，代表企业有江苏神泰科技发展有限公司和盐城超强高分子材料工程技术研究所。目前，我国超高分子量聚乙烯纤维生产厂商约20家左右，产能约0.9万t，主要有宁波大成新材料股份有限公司、北京同益中特种纤维技术开发有限公司、湖南中泰特种装备有限责任公司和山东爱地高分子材料有限公司等十多个厂家，产品质量已达到国际先进水平。
 
二、高性能纤维产业发展趋势
高性能纤维及复合材料是航空航天、交通运输、节能环保和体育休闲等领域的重要基础原料和工程材料，市场需求巨大。据Transparency Market Research预测，到2020年，全球碳纤维市场规模将达37.3亿美元。据Markets and Markets预测，到2020年，全球碳纤维增强复合材料的市场规模将达357.5亿美元；到2019年，全球芳纶纤维市场规模将达30.7亿美元。据Grand View Research预测，到2022年全球超高分子量聚乙烯纤维市场规模将达26亿美元。低成本、高品质和循环利用是高性能纤维的发展方向。
 
1.降低成本
世界主要高性能纤维生产企业都在努力降低生产成本，例如，日本公司积极开发大丝束纤维，2016年1月，日本新能源产业技术综合研究开发机构研发出低成本生产碳纤维的技术。美国通过采用原料多元化技术，开发出先进的碳纤维制备技术。土耳其阿克萨采用“成本领先+目标集聚”模式进行布局，市场占有率正在逐步扩大。我国在低成本方面也做了积极的探索，主要通过降低原丝成本和缩短工艺流程来降低成本。
 
2.积极开发新品种
日本东丽集团开发出T300和T1000等高强型和高强高模碳纤维及M40S-M60J的高模型碳纤维，其中，T800S和T1000G碳纤维产品已广泛应用航空航天等多个领域；2014年3月，研发出了性能超越以往T800S和T1000G的全新T1100G碳纤维，兼具了高模和高强的优势，进一步拉大了与竞争对手的差距，形成全球唯一的超级碳纤维厂家。杜邦开发了通用型、高模型、高伸长型、高强型、超高模型、抗弹型等多种型号的芳纶纤维。目前，我国已产业化的芳纶仅有通用型芳纶，迫切需要研发高强型和高模型芳纶纤维，弥补国内空白，满足市场需求。美国Honeywell公司积极开发超高分子量聚乙烯纤维新品种，防弹性能比以往产品提高25%，而质量轻30%。
 
3.循环利用
循环利用是高性能纤维及复合材料未来所面临的最大问题，欧美等国通过颁布法令等措施予以促进高性能纤维的回收再利用。近年来，我国非常重视高性能纤维的循环利用，2015年工业和信息化部将“碳纤维复合材料废弃物低成本回收以及应用技术”列为“十三五”优先发展的205项关键技术之一。同时，高性能纤维循环利用也取得了积极的成果，2015年上海交通大学化学成功研发出规模化的碳纤维复合材料废弃物新型裂解回收技术和装备。
 
三、我国高性能纤维产业存在的问题
近年来，我国高性能纤维产业取得了长足的发展，关键技术和装备实现突破，产业化进程不断加快，成为世界上少数几个可以生产多种高性能纤维的国家之一。但是，与国际先进水平相比，我国高性能纤维产业发展还存在诸多问题。
 
1.有效供给不足
面对国内高性能纤维的巨大市场需求，一方面，我国高性能纤维普遍产能过剩，开工率不高；另一方面，我国高性能纤维严重依赖进口，说明我国高性能纤维竞争力差，有效供给不足，难以支撑相关产业的发展。碳纤维方面，预计2015年国内碳纤维市场总需求约1.5万t，而国产碳纤维用量不到3 500t，国产化率不到30%。例如，国产C919大型民航飞机所用的T700和T800碳纤维仍依赖进口；芳纶纤维方面，2014年我国产能达6 000t，需求约7 000t。然而，国内供给仅1 000多t，其余全部依赖进口，尤其是高端产品基本全部来自进口。超高分子量聚乙烯纤维方面，预计2015年国内市场需求量约2万t以上，而我国超高分子量聚乙烯纤维产量仅8 000t。
 
2.关键技术有待突破
高性能纤维生产流程长、控制点多，技术水平要求较高，我国高性能纤维产业核心技术亟待突破。碳纤维方面，PAN原丝质量还没有真正过关，原丝质量不稳定，装备技术不成熟，难以支撑碳纤维产业的发展；芳纶纤维方面，聚合纺丝、溶剂回收、工程化关键技术和关键设备的加工制造技术等有待突破；超高分子量聚乙烯纤维方面，技术发展水平薄弱，产品质量稳定性相对较差，纤维抗蠕变性能差，干法生产线制备关键技术亟待突破。
 
3.标准体系不健全
在高性能纤维产业化建设中，规范产品性能尤为重要。虽然我国一些企业已开发相当于T700和T800的碳纤维产品，但是在实际应用时大都存在质量问题，严重影响了高性能纤维的应用。目前，高性能纤维方面的标准和应用领域设计规范多由国外制定。例如，日本碳纤维产业联盟的会员在行业标准修订工作中发挥着积极的推动作用。标准体系不健全严重制约了我国高性能纤维产业的发展。
 
4.产业链发展不协调
国外高性能纤维生产企业为下游用户提供较为完善的技术支持和应用指导，并建立了广泛的合作开发和稳定的供求关系。我国高性能纤维产业在科研、生产、应用方面相互脱节，上游企业不了解下游市场需求，而下游市场的需求无法成为上游企业发展的动力，因此，迫切需要建立完整的产业链并促进其协调发展。此外，我国高性能纤维产业化力量薄弱，产业化过程中关键设备的设计制造能力不足，创新能力不足。
 
5.产业集中度低
我国高性能纤维产业的发展离不开政府的推动，然而，过度依赖政府投资，降低了企业的利润要求，促使企业盲目扩大产能，寻求市场占有率，导致低水平重复建设现象普遍，扰乱了行业的正常秩序。随着全球高性能纤维产能的逐步释放，竞争将进一步加剧，而我国高性能纤维尚未形成品牌效应，竞争力不足。此外，我国高性能纤维单线产能较小，国产碳纤维产业化规模的单线产能以500吨级和1 000吨级为主，对位芳纶单套产能最大也只有千吨级，而国外这2种纤维的平均单线产能已分别达1 800t和万吨级。
 
四、我国高性能纤维产业发展建议
1.加强宏观引导
一是科学制定高性能纤维行业发展规划，健全行业运行监测和预警机制，指导行业健康发展；二是以项目扶持为切入点，支持高性能纤维产业关键共性技术的研发；三是规范市场秩序，淘汰落后产能，鼓励企业进入高附加值的产业链环节，增加有效供给，积极延伸产业链，提高市场竞争力。
 
2.加大技术创新
一是突破国产高性能纤维在高端领域应用的制备关键技术、低成本制备技术和设备瓶颈，积极开发差别化产品，提高产品质量稳定性，建立具有自主知识产权的高性能纤维制备与应用技术体系；二是建立以企业为主体，高等院校和科研院所共同参与的创新体系，充分利用互补资源，攻克解决生产技术难题；三是加强与国外交流，寻找与国外发达国家合作的突破口，加强人才引进和科技合作，为行业健康发展提供智力支持，促进我国高性能纤维产业持续健康发展。
 
3.积极参与标准制定
一是根据我国的实际情况，科学借鉴国际高性能纤维产品特征，建立我国高性能纤维产业技术水平和复合材料应用技术相适应的国家级产品标准；二是积极参与国际标准的制修订工作，使我国高性能纤维企业有机会制定有利的竞争规则，形成竞争优势；三是推动国内标准和国际标准的整合，促进我国行业标准的国际化。
 
4.推动产业链条协调发展
一是上游生产企业应主动帮助下游企业发现需求，积极拓宽高性能纤维在新能源汽车、输电电缆、建筑补强、防护等领域的应用，推进碳纤维制备技术与应用市场需求相结合；二是推动上下游企业间的加强合作和资源整合，协助下游用户完成应用及市场开发，推动建设产业联盟，打造完整的产业链条，提高全产业链的竞争优势；三是加强科技服务与平台建设，加强高性能纤维企业之间的合作，实现优势互补，发挥集群效应。
 
5.提高产业集中度
一是尽快出台高性能纤维产业准入条件，鼓励企业规模化发展，抑制低水平重复建设；二是积极培育具有竞争力的骨干企业，通过技改和新装置建设，扩大装置能力，提高生产效率，增强企业的竞争力和抗风险能力；三是鼓励企业开展兼并重组，培育若干产业集聚区，实现资源优化配置，提高产业集中度。
文/张海亮 工业和信息化部赛迪智库原材料工业研究所
（文章来源：新材料产业）

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