國産高性能纖維如何蝶變？協同創新為動力，規模應用為重點

近日召開的高性能纖維及複合材料工程技術創新論壇暨2018年全國高性能纖維材料産業發展大會在江蘇連雲港召開。本次會議由中國紡織工業聯合會、中國工程院環境與輕紡工程學部、連雲港市人民政府聯合主辦，中國化學纖維工業協會和連雲港市經濟和信息化委員會承辦。會議在“創新融合、協同發展”的主題下，就我國高性能纖維的發展現狀、存在的問題，以及未來如何加強産業鍊協同發展、創新工藝技術裝備、擴大國産高性能纖維及複合材料在國民經濟建設中的應用，提升我國新材料産業國際競争力等問題進行了探讨。

産業關鍵技術水平持續提升

高性能纖維包括碳纖維、對位芳綸、間位芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維、玄武岩纖維等。近年來，我國的宏觀政策環境不斷完善，進一步明确了關鍵新材料産業發展的目标和任務，并細化到具體材料産品、技術指導等方面，為高性能纖維材料的健康發展奠定了基礎。

芳綸纖維制品。

“我國高性能纖維産業的關鍵技術水平進一步提高，生産規模持續擴大，産供銷市場穩中有增，國際貿易保持穩定。”中國化學纖維工業協會副會長王玉萍在談到該産業的發展現狀時說道。據了解，2017年，我國高性能纖維的總産能約12萬噸，産能規模居世界前列。其産量約為5萬噸，同比增長20%。主要高性能纖維進口33690.37噸，同比增長9.59%，進口金額為68165.91萬美元，同比增長6.02%。國産高性能纖維出口11517.53噸，同比增長50.84%，出口金額為16418.95萬美元。

值得指出的是，我國高性能纖維在關鍵技術上不斷取得突破。其中，在碳纖維領域，攻克了幹噴濕紡等關鍵技術，突破了核心裝備自主化，打破了國外壟斷；在軍工應用專業開發上，打破國外壟斷，實現了自主化、規模化生産，已具備為我國軍工和民用領域進行穩定、持續供貨的能力。在芳綸領域，突破了高強高模對位芳綸原料制備及存放、高均勻、穩定化紡絲、耐苛刻環境裝備關鍵技術及産業化關鍵技術，打破了高端應用長期受制于國外的情況。在超高分子量聚乙烯纖維領域，運用新型環保溶劑，實現了新型幹法紡絲技術及裝備的國産化，使工藝流程縮短，紡絲溫度降低，節能超過30%；産品克服了常規超高分子量聚乙烯纖維耐熱性差、易蠕變等缺點，并結合原液着色技術解決了染色難問題，拓寬了應用範圍。在聚酰亞胺領域，創新性地采用聚酰亞胺共聚加共混的紡絲原料，使用大規模針尖陣列靜電紡絲技術、熱溶法造孔及隔膜增強技術，開發納米級聚酰亞胺纖維及其電池隔膜，實現了規模化、均勻化、穩定化生産。

目前，我國高性能纖維行業已經形成了威海光威複合材料股份有限公司、中複神鷹碳纖維有限責任公司、吉林碳谷碳纖維股份有限公司、煙台泰和新材料股份有限公司、江蘇恒神股份有限公司、江蘇神鶴科技發展有限公司等一批龍頭企業。

中國工程院院士孫晉良指出，随着技術水平的不斷進步，國内高性能纖維的質量有較大提高，産品系列化、差别化水平繼續提升。碳纖維、間位芳綸、聚苯硫醚纖維和連續玄武岩纖維實現快速發展，産能突破萬噸；對位芳綸、聚酰亞胺纖維、聚四氟乙烯纖維實現千噸級産業化生産，填補國内市場空白，打破國外壟斷。聚芳醚酮纖維、碳化矽纖維等攻克關鍵技術，為實現産業化奠定了基礎。

“目前，高性能纖維及複合材料産業到了由低端到高端的階段，我們要以協同創新為動力，以規模應用為重點，推動高性能纖維産業的高質量發展。”工業和信息化部工業消費品司副司長曹學軍說道。

三大品種的“工業用”前景廣闊

據記者了解，目前，我國高性能纖維已基本能滿足國防軍工需求，在民用航空、交通能源、工程機械裝備、建築結構和海洋工程等領域也得到廣泛應用，并成功應用于高溫除塵、體育體閑、風力發電、建築補強、機械制造、光纖增強、安全防護等工業用領域。

當前，我國高性能纖維及複合材料行業面臨一個新的大發展時期，如城市化進程中大規模的市政建設、新能源的利用和大規模開發、環境保護政策的出台、汽車工業的發展、大規模的鐵路建設、大飛機項目等。在巨大的市場需求牽引下，高性能纖維及複合材料産業将有很廣闊的發展空間。

這一點從碳纖維、芳綸和超高分子量聚乙烯三大品種的發展前景即可窺見一斑。其中，碳纖維複合材料由于具有較高的比強度、比模量、可設計性好、可整體成型、耐疲勞性能好等優點，在航空航天等領域得到了廣泛的應用。目前，碳纖維複合材料已成為商用飛機的關鍵結構材料，也是衡量新一代民機技術水平先進性的重要标志。中國商飛上海飛機制造有限公司副總工程師劉衛平表示：“近年來，碳纖維複合材料在商用飛機上的使用量不斷增加，波音新近研制的B787飛機的複合材料用量已達到50%，大量應用複合材料也是我國研制與發展大型客機的必由之路。”

碳纖維複合材料在汽車上的應用效果。

在節能環保需求的促進下，新能源汽車輕量化的快速發展趨勢也為碳纖維及複合材料拓展應用市場帶來新契機。據北京新能源汽車股份有限公司工程研究院院長楊子發介紹，從新能源汽車輕量化技術發展路線來看，國際領先技術水平的企業從單一輕量化車身技術向多材料混合車身技術方向發展。在量産車型中，碳纖維增強複合材料逐步成為多材料混合車身體系的一部分。

芳綸具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優良性能，可廣泛應用于防彈制品、特種防護服裝、電子設備等領域。在煙台泰和新材料股份有限公司芳綸事業部總經理王典新看來，随着社會安全意識的提升和科技的進步，科技性、功能性、環保性、人性化、民用化将是安全防護裝備未來的發展趨勢。芳綸以其優異的防護性能和環境友好性，将進一步拓寬應用領域。

超高分子量聚乙烯纖維是已獲規模化應用的高性能纖維中最年輕的一種，也是我國迄今為止唯一具有國際市場競争力的高性能纖維品種。其比較優勢包括比強度最高、密度最低、耐腐蝕、抗沖擊等，主要應用于魚線網線、高強繩纜、體育休閑和安全防護等領域,擁有廣闊的市場前景。未來7年内，超高分子量聚乙烯纖維的全球市場年均增長率将保持在11.6%左右。

不過，在較好的市場前景下，我國高性能纖維也面臨着困難和挑戰。如碳纖維要廣泛應用到軌道交通領域，面臨着原材料成本偏高、現有材料難以滿足軌道車輛防火要求等問題。而類似的問題也存在于其他品類的高性能纖維中。如何有效解決這些問題成為進一步拓展高性能纖維應用領域的關鍵因素。

增強産業競争力具有戰略意義

近期，中興芯片事件對我國高新技術産業的發展敲了警鐘。這一事件也引起了中國紡織工業聯合會副會長、中國化學纖維工業協會會長端小平的關注。他提到，如果我國大飛機完全依賴國外碳纖維及複合材料、碳纖維零部件等，将來有一天也會面臨中興的困境。

超高分子量聚乙烯纖維。

對此，中國化學纖維工業協會副會長賀燕麗也深有體會。她指出：“中興芯片事件一定要引起警覺，真正的核心技術是買不來的，隻能靠着我們自己的努力去掌握。國産碳纖維十幾年來所取得的發展成果就是被逼出來的，是企業與科研人員共同努力的結果。”

那麼，針對高性能纖維的現狀及存在的問題，下一步，企業、科研機構和政府該如何推動其進一步發展？

中國複合材料集團有限公司董事長張定金和中複神鷹碳纖維有限責任公司董事長張國良以碳纖維為例談了各自的看法。張定金将碳纖維比喻成複合材料的“芯”。他指出，對複合材料而言，“芯”沒有了，就無從談整個産業的發展。未來，中國的新材料産業要把這個“芯”做好，大飛機、國防等事業才能取得進一步提升，整個産業才會擁有自主發展空間。張國良表示，做出碳纖維産品隻是第一步，未來還需要擴大應用，立足于實現材料的國産化。“目前，中複神鷹的萬噸生産線正在擴建，力争從設備到工藝做得更好。在這條生産線中，國産化的成套設備貫穿其中，隻有設備真正實現國産化，才能實現核心技術的國産化。”張國良強調道。

在中國工程院院士俞建勇看來，要掌握高性能纖維的核心技術，須注意以下3點。一是必須認識到技術風險會繼續存在，在核心技術上必須有自己的儲備。二是要加強技術創新，加大研究力度，提升裝備、工藝的控制能力以及産品的差異化水平。三是充分發揮各方力量，推動核心技術的進一步突破。

浙江大學功能複合材料與結構研究所所長彭華新認為，目前我國高性能纖維的研究呈“橄榄球”形狀，從最基礎的研究向上走，在高端産品方面還存在着一定差距。由于“橄榄球”的底端沒有夯實，使得頂端的水平上不去。對于專業院校而言，下一步要通過更為系統、細化的工作，把底端的夯實工作做好。

中國工程院院士蔣士成也對高性能纖維的下一步發展提出了3點建議：第一，要進一步穩定質量，繼續在應用開發上進行突破。同時，要不斷降低成本，因為成本是限制其進一步發展的瓶頸之一。第二，要結合中國應用市場的需求，确定高性能纖維的質量标準。第三，加強産業鍊的協同合作，推動高性能纖維的産業化水平經過5~10年的發展取得更大進步。

王玉萍認為，下一步，國内高性能纖維的發展可從加工技術高效穩定化、加工體系智能化、原料體系專業化配套定制等方面展開。她還提出了以下幾點發展建議：一是圍繞國家發展戰略需求，加強基礎研究，強化産學研用結合，建立具有中國特色的産業創新體系。二是加強行業内提質增效、協同發展。三是加強政策配套支持。建議國家繼續支持和鼓勵行業領軍企業聯合高校、研究機構共建研發平台、生産應用示範平台、測試評價平台等，加快技術成果轉化、新産品開發、新市場開拓；深入實施首批應用保險補貼機制，解決下遊“不敢用”的問題。

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