概述世界高性能芳纶纤维的结构与应用和发展建议等情况Word格式文档下载.docx

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有酚醛纤维、芳香族聚酰胺表面化学处理纤维、金属螯合纤维、聚丙烯腈预氧化纤维等。

　　④高强度高模量纤维：

有聚苯二甲酰对苯二胺纤维、芳香族聚酰胺共聚纤维、杂环族聚酰胺纤维、碳纤维、石墨纤维、碳化硅纤维等。

　　⑤功能纤维:

有中空纤维半透膜、活性碳纤维、超细纤维毡、吸油纤维毡、光导纤维、导电纤维等。

　　⑥弹性体纤维：

有聚酯型和聚醚型聚氨基甲酸酯纤维、聚丙烯酸酯类纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维等。

三、高性能纤维主要产品及发展现状

按照合成的原料不同，高性能纤维主要分为碳纤维、芳纶纤维、特殊玻璃纤维、超高分子聚乙烯纤维等，其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维。

（一）高性能纤维之一：

碳纤维

1、简介

碳纤维是含碳量在95%以上的新型高性能纤维，可用来替代铜、钢铁等金属。

它是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。

其中聚丙烯腈（PAN）基碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流，占世界碳纤维市场的90%以上。

碳纤维比重不到钢的1/4，抗拉强度是钢的7-9倍，具有轻质高强、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品。

目前成熟市场有航空航天及国防领域和体育休闲用品；

新兴市场有隔热保温、增强塑料、压力容器、建筑加固、风力发电、摩擦材料、钻井平台等；

待开发市场有汽车、医疗器械、新能源等。

2、全球碳纤维概况

国际上PAN基碳纤维的生产，从20世纪60年代起步，经过70－80年代的稳定，90年代的飞速发展，到21世纪初其生产工艺技术已经成熟。

起初，碳纤维主要用于军工和宇航，经过40余年的发展，其应用领域正在向工业领域和普通民用领域扩大。

根据“2010美国碳纤维会议”数据显示，2010年航空航天业用量为6390吨，预计到2014年将增至11550吨，增幅约为80%；

2010年消费品和娱乐业用量为7000吨，预计到2014年将增至8840吨，增幅约为26.3%；

2010年能源和工业用量为25850吨，预计到2014年将增至58870吨，增幅为128%，年复合增长率为22.85%。

其中碳纤维在工业能源领域应用占比将从65.88%提高至74.32%。

由于碳纤维生产工艺复杂、技术含量高，加之政治因素限制技术和设备等引进，目前全球碳纤维技术和生产仍主要控制在日本和美国手中。

全球可实现碳纤维产业化的国家和地区不足20个；

规模化生产企业不超过12家。

日本东丽、日本东邦、美国卓尔泰克、日本三菱丽阳是全球碳纤维产能排名前四的生产商，这四家分别占全球碳纤维总产能的23.4%、17.1%、14.3%和10.3%。

3、国内碳纤维情况

国内碳纤维的生产和使用尚处于起步阶段。

目前国内碳纤维市场需求旺盛，因产能和技术瓶颈，碳纤维需求基本依赖进口。

据统计，2008年国内聚丙烯腈基碳纤维产量不到500吨，进口量约6000吨。

2009年，国内碳纤维的需求总量已超过8000吨，实际碳纤维产量仅900多吨，进口依赖率高达83.9%，2010年国内碳纤维需求达到1万吨，国内碳纤维生产企业有23家，主要有威海拓展纤维有限公司、吉林神舟碳纤维公司、山东天泰新材料股份有限公司、浙江嘉兴中宝碳纤维有限公司等，总产能为4000吨，同时随着油价高涨，节能概念与减碳环保意识抬头，碳纤维材料因具有轻、强之特性，将使得其在新兴产业的需求量将不断增长，国内碳纤维进口替代空间较大。

（二）高性能纤维之二：

芳纶纤维

1、简介

芳纶全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”,是一种新型高科技合成纤维，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,其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化，它具有良好的绝缘性和抗老化性能，广泛应用于国防、航空航天、信息通讯、轮胎、体育用品、传送带、高强绳索等领域。

芳纶纤维主要有两大类：

芳纶纤维主要分为对位芳酰胺纤维（PPTA，或芳纶1414）和间位芳酰胺纤维（PMIA，或芳纶1313）。

芳纶1313具有突出的耐高温、阻燃和绝缘性，成为高性能纤维，主要应用于高温防护服、电绝缘和高温过滤等领域。

芳纶1414则具有高强度高模量的特点，素有高分子材料中的“百变金刚”，主要应用于个体防护、防弹装甲、力学橡胶制品（MRG）、高强缆绳、石棉替代品。

①芳纶1313

工艺：

一步法工艺，即低温溶液间歇聚合，原液经过过滤后直接进行湿法纺丝，水洗后干燥，切断后打包。

性能：

耐高温：

分解温度371℃；

阻燃性：

极限氧指数29；

断裂强度：

4-5g/d；

初始模量：

60-120g/d。

用途：

高温过滤材料；

绝缘材料；

消防服、赛车服；

高温传送带。

②芳纶1414

两步法工艺，低温溶液连续聚合，聚合物分离后洗涤干燥后用浓硫酸重新溶解，干喷湿法纺丝，纤维经过水洗后干燥，卷绕成形。

分解温度500℃；

极限氧指数32；

高强度：

断裂强度20-27g/d；

高模量：

初始模量600-800g/d。

个体防护：

用于制作防割手套、耐高温服装、防弹衣、防弹头盔等；

增强材料：

主要包括建筑桥梁维修补强、光缆增强、高强度缆绳、轮胎帘子布、轮胎增强等；

复合材料：

主要包括大飞机二次结构、飞机驾驶舱、发动机罩、雷达罩、天线、游艇船舶、汽车外壳等；

摩擦密封材料：

主要包括刹车片、离合器片、变速箱摩擦片、密封垫/片等，逐步取代有致癌性的石棉材料；

体育器材领域：

用于制作登山鞋靴、赛车车体、滑雪板、高尔夫球杆等。

2、全球芳纶纤维概况

自20世纪60年代由美国杜邦（DuPont）公司成功地开发出芳纶纤维并率先产业化后，在40多年的时间里，芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程。

全球芳纶生产能力约10.6万吨，其中间位芳纶的产能约为3.83万吨：

美国杜邦公司年产能为28000吨，烟台氨纶集团5000吨，日本帝人公司2300吨，上海圣欧公司2000吨，广东彩艳公司1000吨；

全球有5家公司实现对位芳纶产业化，总产能约6.8万吨：

美国杜邦公司年产32000吨，日本帝人公司32000吨，韩国可隆公司2000吨，俄罗斯卡明斯克公司1000吨，韩国晓星公司1000吨，烟台氨纶集团100吨。

3、国内芳纶纤维概况

芳纶纤维用途由于涉及到军工、航天等领域，长期以来国内进口相关产品和生产技术都受到国外封锁和限制。

中国从20世纪60年代初开始研究开发间位芳纶生产技术，直到2004年，烟台氨纶在国内率先实现间位芳纶的工业化生产，打破了国外公司垄断的局面；

在对位芳纶生产领域，烟台氨纶芳纶1414技术已通过“芳纶1414长丝及浆粕中试技术的研究与开发”项目通过技术鉴定，填补了国内空白，达到世界先进水平。

芳纶1313－国内高端需求市场潜力较大。

目前国内芳纶1313的需求主要集中在高温滤料，高温滤料主要用于袋式除尘器，占比为58%，而芳纶1313在高端的防护服装和芳纶纸领域占比较小，国际芳纶1313在防护领域的需求比例达30%，而国内仅为13%。

芳纶纸占比为7%，而国际芳纶纸在电气绝缘纸和蜂窝材料领域的需求比例则分别为38%和9%。

芳纶1313在防护领域、芳纶纸应用领域需求市场潜力较大。

芳纶1414－国内依靠进口，供给是关键。

从需求结构来看，光缆增强材料、子午线轮胎骨架是国内芳纶1414民用需求的主要领域，在军用和航空航天领域的需求为50%以上。

随着世界经济和科技的快速发展，对位芳纶的用途不断扩展，尤其在复合材料、轮胎橡胶、建筑和电子通讯领域的应用进展显著。

最近几年全球对位芳纶消耗量年增长率超过10%，所以全球对位芳纶的供应仍处于十分紧缺的状态，预计到2015年，国内需求将达到15000吨，市场前景广阔。

（三）高性能纤维之三：

超高分子聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维（简称UHMWPE），又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，是分子量在100万－500万的聚乙烯所纺出的纤维，是世界上最坚韧的纤维。

与碳纤维、芳纶纤维相比较，超高分子量聚乙烯纤维的强度更高，重量更轻，化学稳定性更好。

在国防军需装备方面，由于耐冲击性能好，比能量吸收大以及轻柔的优点，防弹效果优于芳纶，现已成为占领美国防弹背心市场的主要纤维，另外超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比弹击载荷值是钢的10倍，是玻璃纤维和芳纶纤维的2倍多。

2、用途

由于高性能聚乙烯纤维具有诸多优点，所以应用范围较大：

1）渔业与海洋缆绳。

目前，利用高性能聚乙烯纤维制作的渔网，仅为普通纤维渔网重量的60%，能够提高捕捞效率，减少渔船能耗。

用该纤维制作的深海养殖网箱，其良好的机械性能能防止食肉鱼对经济鱼类的猎杀，有效降低养殖成本。

2）防冲击吸能领域的安全防护。

高性能聚乙烯纤维与树脂复合材料具有良好的韧性，因此在防冲击吸能领域具有非常好的应用。

例如用于制作避弹衣、头盔、复合装甲等；

用于安全生产的防切割手套、护具、防冲击板材等；

用于高危环境下的防冲击护具，如警用防刺服、矿工防砸头盔等。

3）军事国防。

高性能聚乙烯纤维介电常数低、电信号失真小、透射系数高，是用于雷制作高性能轻质雷达罩的首选材料；

高性能聚乙烯纤维复合材料质轻、耐冲击，适用做于飞机一些非高温部位的金属替代材料，现在飞机翼尖等领域有所使用；

在轻质装甲方面，高性能聚乙烯纤维可用于直升机防护装甲、坦克装甲、装甲车装甲等，有很好的应用前景。

4）体育用品。

利用高性能聚乙烯纤维复合材料的高比强度和比模量、韧性和损伤容限好等特点制成的运动器械，重量轻且结实耐用。

市场上已经有网球拍、滑雪板、冲浪板等体育用品的骨架材料是由其制作的，并且以其优良的性能，赢得了使用者的喜爱。

5）医用高分子材料。

高性能聚乙烯纤维具有较好的生物相容性和化学稳定性好，一般不会引起人体的过敏反应和生物排斥反应。

可以用作牙科用丝线、医用移植线、牙托材料、人造韧带等方面。

3、全球超高分子聚乙烯纤维概况

高强聚乙烯纤维是20世纪70年代由英国利兹大学的Capaccio和Ward首先研制成功，当时所用的聚乙烯分子量只有10万。

此后荷兰DSM公司利用十氢奈做溶剂发明了凝胶纺丝法，制备出了超高分子量聚乙烯纤维，并于1979年申请了专利，1990年实现了工业化生产。

美国的联合信号公司购买了荷兰专利，把溶剂换成了矿物油，申报了自己的专利，于1988年实现了商业化生产。

超高分子量聚乙烯纤维自商业化生产以来，一直在迅速发展。

美国发生恐怖事件和世界不断发生局部战争以来，防弹衣料和军需装备用超高分子量聚乙烯纤维的需求迅速扩大。

同样在民用领域，超高分子量聚乙烯纤维产品以其优良的性能，迅速成为海上用绳缆、远洋渔网和海上网箱等的主要材料，其市场需求保持旺盛的增长。

欧美主要用于防弹衣和武器装备，占总量60%－70%；

日本主要用于绳缆、渔网、防护类，特别是防切割手套，在汽车生产涂漆工序的使用已达到超