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行业资讯

高性能纤维:撑起“国之重器”,书写纺织“上天入地”传奇

2022年北京冬奥会上,T800级高强度碳纤维复合材料,结合航天碳纤维复合材料成型工艺,实现了我国冬奥会双人雪车从0到1的突破;3D打印个性化定制碳纤维头盔贴合运动员脸型,保障了运动员比赛中的安全和舒适性;“飞扬”火炬外壳采用耐高温碳纤维材料,解决了碳纤维复合材料在极端条件下的应用瓶颈,实现了火炬外壳在高于800℃的氢气燃烧环境中正常使用。


C919国产大飞机上,机身的15%采用了树脂基碳纤维材料,机舱内部首次启用芳砜纶制作椅罩、门帘,使大飞机再度“瘦身”,油耗更小,成本更低,减少二氧化碳排放。


为各种水上活动提供安全信息的航标,采用了新型碳纤维,使用寿命长,防水防潮,不易变形,不惧海水侵蚀,让航标更加“扛造”。


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近年来,高性能纤维以“岿然”之势助力先进制造,在安全防护、风电叶片、压力容器、航空航天等极端应用领域中体现卓越价值,撑起“国之重器”,书写纺织“上天入地”的传奇。中国纤维流行趋势近年来连续推出了超高强度碳纤维、中模高强碳纤维预浸料、高强高模碳纤维、压力容器用碳纤维、易染聚酰亚胺纤维、低成本大丝束PAN基碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、高伸长间位芳纶、微纳对位芳纶等,在各种应用领域中发挥了不可或缺的作用。



01

高性能纤维硕果累累



“十三五”时期,我国高性能纤维新材料技术稳步提升,不断满足航空航天、国防军工、环境保护、医疗卫生等领域发展需求。碳纤维干喷湿纺和湿法纺丝工艺技术逐渐完善,生产效率进一步提升,高端产品品种逐步丰富,T1000级、M40、M40J、M55J等碳纤维已具备工程化制备能力,25K大丝束碳纤维实现产业化生产;千吨级对位芳纶工程化关键技术和装备取得突破,高强型、高模型对位芳纶产品实现国产化;高强高模聚酰亚胺纤维、间位芳纶、聚苯硫醚纤维、连续玄武岩纤维等实现快速发展。


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这其中,不乏在中国纤维流行趋势发布平台崭露头角的各种高性能纤维材料。江苏奥神新材料股份有限公司先后发布了无染聚酰亚胺纤维和易染聚酰亚胺纤维等产品,聚酰亚胺纤维具有优异的阻燃、保暖、耐高温、抗菌等性能,其制成的面料具有燃烧损毁长度低、阴燃续燃时间为零、无熔融滴落物等性能,用于消防服能够有效保护消防员的安全。


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中复神鹰碳纤维股份有限公司作为国内首家掌握碳纤维干喷湿纺技术的企业,依托干喷湿纺的技术优势实现了T700级、T800级、T1000级等不同级别碳纤维的工业化量产,成功填补了国内高端碳纤维的空白,奠定了公司在国内碳纤维领域的技术领先地位。近年来,中复神鹰先后在中国纤维流行趋势发布平台推出了SYM40高强高模碳纤维和超高强度碳纤维,均获得了广泛应用。


江苏恒神股份有限公司推出的压力容器用 HF30F 碳纤维和HF40T高强中模碳纤维,分别入选2020年度和2022年度的中国纤维流行趋势。这些产品是恒神根据国有市场的应用需求有针对性地推出的产品。其中,HF30F碳纤维在模量上优于进口同等产品,HF40T碳纤维在强度上优于进口同等产品。


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吉林化纤集团近年来不断加强碳纤维基础研究和科技攻关,着力破解关键核心技术。碳纤维从小丝束到大丝束,从原丝、碳丝到复材,无论是质量、成本、柔性和效率,均实现了由量变到质变的升级。


威海拓展纤维有限公司先后推出了干湿法碳纤维和QM4035、QM4050高强高模碳纤维,突破国外对该产品的封锁,在提升质量的同时赋予复合材料更优异的力学性能,其生产过程精细化、数字化,品质更加稳定,可用于尖端领域。


烟台泰和新材料股份有限公司推出了原液着色间位芳纶。该产品不同于日本帝人公司的界面缩聚、湿法纺丝工艺和美国杜邦公司的溶液缩聚、干法纺丝工艺,而是采用低温溶液间歇聚合、湿法纺丝工艺制造而成,开创了世界上第三种间位芳纶制造技术。此外,该产品还融合原液着色技术进一步拓展了芳纶的应用领域,卤素含量极低,产品生态安全优于同类产品。



02

助力纺织上天入地



随着国内对高性能纤维认识理解不断深入,国产高性能纤维质量不断提高,应用水平也持续提升。一是产品应用领域逐步拓展。目前高性能纤维已应用于航空航天、国防军工、风力发电、土木建筑、汽车工业、轨道交通、海洋工程、光缆通信、安全防护、环境保护、体育休闲等领域,并已形成特定领域的稳定应用。二是产品应用规模逐步扩大。2020年,国内高性能化学纤维的总消费量约13.5万吨,碳纤维约为48800吨,芳纶约为25600吨,超高分子量聚乙烯纤维约为21700吨。


其中,最显著的莫过于碳纤维的繁荣景象。随着碳纤维制造工艺日益成熟,制造成本不断下降,来自下游新能源产业的应用引燃了需求,碳纤维的规模化应用场景得以实现突破。特别是在当前“双碳”战略下,风电行业需要使用碳纤维的材料用作风电叶片;氢能行业需要使用碳纤维材料作为燃料电池储氢瓶方便运输;光伏行业需要使用碳纤维材料取代石墨,用于单晶硅炉内的碳毡功能材料、保温桶、护盘等关键部件;新能源车行业也一直在期待碳纤维价格下降到合理区间,可以用来减少自重、提升续航。“以碳纤维为代表的高性能纤维将开启黄金时代。”业内专家预测。


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综合性能居于高分子材料金字塔顶端的聚酰亚胺也获得了很好的应用。奥神新材董事长王士华介绍,公司与东华大学一起,突破了聚酰亚胺纤维干法纺丝的关键技术,所研发的“反应纺丝”新技术是全球首创,正是凭借这个技术研究成果,奥神新材完成了首条耐热型千吨级干法纺聚酰亚胺纤维生产线的建设,并成功投产,在特种防护、结构与复合材料以及环保高温除尘领域获得了广泛的应用。特别是在中国纤维流行趋势平台发布后,易染聚酰亚胺纤维和无染聚酰亚胺纤维均实现了规模化生产,为公司新增销售收入2000万元,目前产品已应用于特种防护领域和民用保暖领域。


江苏恒神推出的HF40T高强中模碳纤维表面光滑,结构缺陷少,具有更高的抗拉强度和耐压性能,耐压超过80MPa,适合压力容器和民航及无人机的应用,特别是储氢容器,是未来IV型瓶减重的首选材料。通过参与中国纤维流行趋势发布活动,大大促进了公司碳纤维应用市场,营业额从2018年1.6亿元提高至9亿元,效果显著。


威海拓展推出的QM4050高强高模碳纤维在应用于航天领域时,有着比较明显的优势,其拉伸模量特别高,刚性强,作为机构材料具有较强的抵抗变形能力;热膨胀系数极低,具有优异的尺寸稳定性;比强度高,比密度低,可以更好地减重,有利于结构件的轻量化。



03

不断拓展高性能纤维产业链



虽然我国在高性能纤维领域取得了一定成就,但是古天乐太阳娱乐集团tyc493看到,由于技术工艺壁垒居高,国际高性能纤维市场依然是日、美垄断格局,我国国产碳纤维自给率不足40%,仍然受制于欧美及日本等国家。


为加快突破高性能纤维行业技术瓶颈、缓解国外进口依赖、促进产业高质量发展,国家出台了一系列支持产业发展的政策,为高性能纤维行业发展营造了良好环境。工信部、国家发展改革委等六部门联合印发《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》,提出要大力发展化工新材料和精细化学品,化工新材料保障水平达75%以上。这其中便包括高性能纤维。前不久出台的《关于化纤工业高质量发展的指导意见》中提出,“十四五”期间要进行高性能纤维关键技术突破和高效低成本生产,进一步扩大高性能纤维在航空航天、风力和光伏发电、海洋工程、环境保护、安全防护、土工建筑、交通运输等领域应用。


在相关政策和平台的支持下,当前我国高性能纤维龙头企业也相应对未来做出了规划。江苏恒神副总经理张明介绍,公司正积极开拓在商用大飞机国产碳纤维预浸料适航认证及复合材料结构零部件研制工作,新能源领域风电叶片、储氢气瓶和光伏炭炭复材方向上积极布局,并拟在陕西省榆林市投资建设2万吨/年高性能碳纤维生产基地,研发推广新一代高强高模高韧碳纤维。


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中复神鹰2021年在西宁建设的万吨碳纤维生产基地正式投产,该项目使用了第三代碳纤维制造技术,首次实现了单线年产3000吨高性能碳纤维的产线设计和高端成套技术的自主可控。目前,公司又在碳纤维生产规模化、低成本化、智能化及环保化上进一步发力,争取尽快突破第四代碳纤维制造技术。同时,为布局碳纤维全产业链布局之路,2021年8月,中复神鹰在上海临港新片区启动了“碳纤维航空应用研发及制造”项目建设,将专注于航空树脂、航空用碳纤维复合材料中间制品和成型工艺的研发和制造,致力于促进国产碳纤维复材行业的高端化应用。


近日,吉林化纤年产6万吨碳纤维项目正式启动。该项目占地面积72万平方米,总投资103亿元,计划建设18条自主研发的智能化碳丝生产线,主要生产35K以上大丝束碳纤维,整条碳化线实现了装备国产化、单线产能最大化,产品主要应用于绿电、光电、氢能等新能源领域,也将在汽车轻量化、轨道交通轻量化等领域得到广泛应用。


光威复材基于对民用碳纤维发展的认识和未来需求的预期,于2019年就启动布局了包头万吨级碳纤维项目,目前一期年产4000吨工程正在按计划建设并拟在今年下半年投产。


泰和新材2022年也将新增45000吨/年氨纶、1500吨/年对位芳纶、3000吨/年芳纶纸新产能;同时规划扩建16000吨/年间位芳纶、17000吨/年对位芳纶产能。


在一大批高性能纤维行业龙头企业的带动下,我国高性能纤维产业将不断拓展产业链,吸引更多相关企业集聚,构建起从原材料、高性能纤维、中间体材料到复合材料的全产业链,打造出我国高性能纤维产业链竞争优势,推动我国高性能纤维产业更上一层楼。


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