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国产高性能纤维如何蝶变?协同创新为动力,规模应用为重点
2018-05-23 08:15:59 来源:中国纺织报 作者: 【 】 浏览:0次 评论:0

  高性能纤维是国家战略性新兴产业的重要组成部分,是发展国防军工的重要基础原材料。党的十九大提出:推进军民融合深度发展,我国目前正处在由大向强发展的关键阶段,面临的外部制约、发展阻力、安全压力相互叠加,迫切需要发展高性能纤维材料,为促进国家发展、保障国家安全、推进国民经济建设提供可靠支撑。

  近日召开的高性能纤维及复合材料工程技术创新论坛暨2018年全国高性能纤维材料产业发展大会在江苏连云港召开。本次会议由中国纺织工业联合会、中国工程院环境与轻纺工程学部、连云港市人民政府联合主办,中国化学纤维工业协会和连云港市经济和信息化委员会承办。会议在“创新融合、协同发展”的主题下,就我国高性能纤维的发展现状、存在的问题,以及未来如何加强产业链协同发展、创新工艺技术装备、扩大国产高性能纤维及复合材料在国民经济建设中的应用,提升我国新材料产业国际竞争力等问题进行了探讨。

  产业关键技术水平持续提升

  高性能纤维包括碳纤维、对位芳纶、间位芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、玄武岩纤维等。近年来,我国的宏观政策环境不断完善,进一步明确了关键新材料产业发展的目标和任务,并细化到具体材料产品、技术指导等方面,为高性能纤维材料的健康发展奠定了基础。

  “我国高性能纤维产业的关键技术水平进一步提高,生产规模持续扩大,产供销市场稳中有增,国际贸易保持稳定。”中国化学纤维工业协会副会长王玉萍在谈到该产业的发展现状时说道。据了解,2017年,我国高性能纤维的总产能约12万吨,产能规模居世界前列。其产量约为5万吨,同比增长20%。主要高性能纤维进口33690.37吨,同比增长9.59%,进口金额为68165.91万美元,同比增长6.02%。国产高性能纤维出口11517.53吨,同比增长50.84%,出口金额为16418.95万美元。

  值得指出的是,我国高性能纤维在关键技术上不断取得突破。其中,在碳纤维领域,攻克了干喷湿纺等关键技术,突破了核心装备自主化,打破了国外垄断;在军工应用专业开发上,打破国外垄断,实现了自主化、规模化生产,已具备为我国军工和民用领域进行稳定、持续供货的能力。在芳纶领域,突破了高强高模对位芳纶原料制备及存放、高均匀、稳定化纺丝、耐苛刻环境装备关键技术及产业化关键技术,打破了高端应用长期受制于国外的情况。在超高分子量聚乙烯纤维领域,运用新型环保溶剂,实现了新型干法纺丝技术及装备的国产化,使工艺流程缩短,纺丝温度降低,节能超过30%;产品克服了常规超高分子量聚乙烯纤维耐热性差、易蠕变等缺点,并结合原液着色技术解决了染色难问题,拓宽了应用范围。在聚酰亚胺领域,创新性地采用聚酰亚胺共聚加共混的纺丝原料,使用大规模针尖阵列静电纺丝技术、热溶法造孔及隔膜增强技术,开发纳米级聚酰亚胺纤维及其电池隔膜,实现了规模化、均匀化、稳定化生产。

  目前,我国高性能纤维行业已经形成了威海光威复合材料股份有限公司、中复神鹰碳纤维有限责任公司、吉林碳谷碳纤维股份有限公司、烟台泰和新材料股份有限公司、江苏恒神股份有限公司、江苏神鹤科技发展有限公司等一批龙头企业

  中国工程院院士孙晋良指出,随着技术水平的不断进步,国内高性能纤维的质量有较大提高,产品系列化、差别化水平继续提升。碳纤维、间位芳纶、聚苯硫醚纤维和连续玄武岩纤维实现快速发展,产能突破万吨;对位芳纶、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维实现千吨级产业化生产,填补国内市场空白,打破国外垄断。聚芳醚酮纤维、碳化硅纤维等攻克关键技术,为实现产业化奠定了基础。

  “目前,高性能纤维及复合材料产业到了由低端到高端的阶段,我们要以协同创新为动力,以规模应用为重点,推动高性能纤维产业的高质量发展。”工业和信息化部工业消费品司副司长曹学军说道。

  三大品种的“工业用”前景广阔

  据记者了解,目前,我国高性能纤维已基本能满足国防军工需求,在民用航空、交通能源、工程机械装备、建筑结构和海洋工程等领域也得到广泛应用,并成功应用于高温除尘、体育体闲、风力发电、建筑补强、机械制造、光纤增强、安全防护等工业用领域。

  当前,我国高性能纤维及复合材料行业面临一个新的大发展时期,如城市化进程中大规模的市政建设、新能源的利用和大规模开发、环境保护政策的出台汽车工业的发展、大规模的铁路建设、大飞机项目等。在巨大的市场需求牵引下,高性能纤维及复合材料产业将有很广阔的发展空间。

  这一点从碳纤维、芳纶和超高分子量聚乙烯三大品种的发展前景即可窥见一斑。其中,碳纤维复合材料由于具有较高的比强度、比模量、可设计性好、可整体成型、耐疲劳性能好等优点,在航空航天等领域得到了广泛的应用。目前,碳纤维复合材料已成为商用飞机的关键结构材料,也是衡量新一代民机技术水平先进性的重要标志。中国商飞上海飞机制造有限公司副总工程师刘卫平表示:“近年来,碳纤维复合材料在商用飞机上的使用量不断增加,波音新近研制的B787飞机的复合材料用量已达到50%,大量应用复合材料也是我国研制与发展大型客机的必由之路。”

  在节能环保需求的促进下,新能源汽车轻量化的快速发展趋势也为碳纤维及复合材料拓展应用市场带来新契机。据北京新能源汽车股份有限公司工程研究院院长杨子发介绍,从新能源汽车轻量化技术发展路线来看,国际领先技术水平的企业从单一轻量化车身技术向多材料混合车身技术方向发展。在量产车型中,碳纤维增强复合材料逐步成为多材料混合车身体系的一部分。

  芳纶具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,可广泛应用于防弹制品、特种防护服装、电子设备等领域。在烟台泰和新材料股份有限公司芳纶事业部总经理王典新看来,随着社会安全意识的提升和科技的进步,科技性、功能性、环保性、人性化、民用化将是安全防护装备未来的发展趋势。芳纶以其优异的防护性能和环境友好性,将进一步拓宽应用领域。

  超高分子量聚乙烯纤维是已获规模化应用的高性能纤维中最年轻的一种,也是我国迄今为止唯一具有国际市场竞争力的高性能纤维品种。其比较优势包括比强度最高、密度最低、耐腐蚀、抗冲击等,主要应用于鱼线网线、高强绳缆、体育休闲和安全防护等领域,拥有广阔的市场前景。未来7年内,超高分子量聚乙烯纤维的全球市场年均增长率将保持在11.6%左右。

  不过,在较好的市场前景下,我国高性能纤维也面临着困难和挑战。如碳纤维要广泛应用到轨道交通领域,面临着原材料成本偏高、现有材料难以满足轨道车辆防火要求等问题。而类似的问题也存在于其他品类的高性能纤维中。如何有效解决这些问题成为进一步拓展高性能纤维应用领域的关键因素。

  增强产业竞争力具有战略意义

  近期,中兴芯片事件对我国高新技术产业的发展敲了警钟。这一事件也引起了中国纺织工业联合会副会长、中国化学纤维工业协会会长端小平的关注。他提到,如果我国大飞机完全依赖国外碳纤维及复合材料、碳纤维零部件等,将来有一天也会面临中兴的困境。

  对此,中国化学纤维工业协会副会长贺燕丽也深有体会。她指出:“中兴芯片事件一定要引起警觉,真正的核心技术是买不来的,只能靠着我们自己的努力去掌握。国产碳纤维十几年来所取得的发展成果就是被逼出来的,是企业与科研人员共同努力的结果。”

  那么,针对高性能纤维的现状及存在的问题,下一步,企业、科研机构和政府该如何推动其进一步发展?

  中国复合材料集团有限公司董事长张定金和中复神鹰碳纤维有限责任公司董事长张国良以碳纤维为例谈了各自的看法。张定金将碳纤维比喻成复合材料的“芯”。他指出,对复合材料而言,“芯”没有了,就无从谈整个产业的发展。未来,中国的新材料产业要把这个“芯”做好,大飞机、国防等事业才能取得进一步提升,整个产业才会拥有自主发展空间。张国良表示,做出碳纤维产品只是第一步,未来还需要扩大应用,立足于实现材料的国产化。“目前,中复神鹰的万吨生产线正在扩建,力争从设备到工艺做得更好。在这条生产线中,国产化的成套设备贯穿其中,只有设备真正实现国产化,才能实现核心技术的国产化。”张国良强调道。

  在中国工程院院士俞建勇看来,要掌握高性能纤维的核心技术,须注意以下3点。一是必须认识到技术风险会继续存在,在核心技术上必须有自己的储备。二是要加强技术创新,加大研究力度,提升装备、工艺的控制能力以及产品的差异化水平。三是充分发挥各方力量,推动核心技术的进一步突破。

  浙江大学功能复合材料与结构研究所所长彭华新认为,目前我国高性能纤维的研究呈“橄榄球”形状,从最基础的研究向上走,在高端产品方面还存在着一定差距。由于“橄榄球”的底端没有夯实,使得顶端的水平上不去。对于专业院校而言,下一步要通过更为系统、细化的工作,把底端的夯实工作做好。

  中国工程院院士蒋士成也对高性能纤维的下一步发展提出了3点建议:第一,要进一步稳定质量,继续在应用开发上进行突破。同时,要不断降低成本,因为成本是限制其进一步发展的瓶颈之一。第二,要结合中国应用市场的需求,确定高性能纤维的质量标准。第三,加强产业链的协同合作,推动高性能纤维的产业化水平经过5~10年的发展取得更大进步。

  王玉萍认为,下一步,国内高性能纤维的发展可从加工技术高效稳定化、加工体系智能、原料体系专业化配套定制等方面展开。她还提出了以下几点发展建议:一是围绕国家发展战略需求,加强基础研究,强化产学研用结合,建立具有中国特色的产业创新体系。二是加强行业内提质增效、协同发展。三是加强政策配套支持。建议国家继续支持和鼓励行业领军企业联合高校、研究机构共建研发平台、生产应用示范平台、测试评价平台等,加快技术成果转化、新产品开发、新市场开拓;深入实施首批应用保险补贴机制,解决下游“不敢用”的问题。


 

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