閱讀提示

纖維在人們生活中再常見不過。我國纖維產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，產(chǎn)量已占全球70%以上。但在技術(shù)密集的高性能纖維領域，依然是日、美、歐盟三足鼎立的格局，我國屬于行業(yè)新進入者，雖然產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，但在產(chǎn)品的穩(wěn)定性及核心技術(shù)方面尚處于追趕階段。目前，我國碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維三大代表性高性能纖維發(fā)展情況如何，未來將如何提升產(chǎn)業(yè)整體競爭力？在近日召開的2024中國石油和化工民營經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展大會上，與會專家學者進行了探討交流。

本版文字由 本報記者 程 強 整理，主要觀點來自東華大學材料科學與工程學院教授張玉梅及華誼集團上?；ぱ芯吭河邢薰?/p>

我國纖維產(chǎn)量占全球70%以上

纖維通常指紡織纖維，包括天然纖維和化學纖維。棉麻等植物纖維、蠶絲羊毛等動物纖維、石棉等礦物纖維都是天然纖維。常見的化學纖維有聚酯纖維（滌綸）、聚酰胺纖維（錦綸）、聚氨酯彈性纖維（氨綸）、聚丙烯腈纖維（腈綸）、聚乙烯醇縮醛纖維（維綸）、聚氯乙烯纖維（氯綸），以及聚烯烴纖維、碳纖維、含氟纖維等。

纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了以蔽體、保暖為目的的初級階段，注重時尚、功能等流行元素的第二階段，融入保健、防護等產(chǎn)業(yè)屬性的第三階段，現(xiàn)在到了融入環(huán)保生命周期元素、注重環(huán)境友好、體現(xiàn)社會責任的第四階段。

纖維可為社會發(fā)展提供全新解決方案：在紡織領域，可用于服裝、裝置、可穿戴設備等；在工業(yè)領域，可用于汽車、軍工、航空航天、能源、建筑等；在環(huán)境領域，可用于水處理、過濾、土工等；在健康領域，可用于保健、組織工程、器官修復等。纖維新的內(nèi)涵包括產(chǎn)品可設計、設計可調(diào)控、資源可再生可回收。

2023年，全球紡織纖維產(chǎn)量達1.24億噸，其中天然纖維3270萬噸、合成纖維8380萬噸、再生纖維素纖維790萬噸（粘膠650萬噸），預測到2030年全球纖維產(chǎn)量增長到1.6億噸。

我國纖維產(chǎn)量占全球70%以上。根據(jù)中國化纖工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2023年我國化學纖維產(chǎn)量為6872萬噸。

根據(jù)貝哲斯調(diào)研數(shù)據(jù)，2023年全球技術(shù)紡織品（產(chǎn)業(yè)用紡織品，此外還有服裝用和家紡用紡織品）總產(chǎn)量達5091.47萬噸，到2026年全球技術(shù)紡織品總產(chǎn)量或?qū)⒃鲋?984.81萬噸。2023年我國產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)纖維加工總量達2034萬噸。

高性能纖維市場規(guī)模小、價格高

高性能纖維，廣義指具有特殊結(jié)構(gòu)、性能和用途，或具有特殊功能的纖維，廣泛應用于航空航天、交通運輸、工程建筑、電子通信、防護應急、生物醫(yī)藥等領域；狹義指具有高強度、高模量、耐高低溫、物理和化學穩(wěn)定性突出的纖維，更強調(diào)作為結(jié)構(gòu)材料使用。

高性能纖維用途相對專一，市場規(guī)模小、產(chǎn)量低、價格高，但在國民經(jīng)濟和國防工業(yè)中占有重要地位。高性能纖維種類較多，如PPS（聚苯硫醚）纖維，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和阻燃性，耐化學性、紡織加工性較好，是較為理想的耐熱和耐腐蝕材料；玄武巖纖維因制作嫦娥六號月面國旗而廣為人知，是天然玄武巖石塊粉碎后經(jīng)高溫熔融再拉絲形成的纖維，直徑僅為頭發(fā)絲的1/3，具有重量輕、強度高、耐高低溫、耐腐蝕、綠色低碳等特性；PBO（聚對苯撐苯并二噁唑）纖維被譽為21世紀超性能纖維，其物理機械性能和化學性能極為優(yōu)異，一根直徑為1毫米的PBO細絲可吊起450千克重量，強度是鋼絲纖維的10倍以上；碳化硅纖維的最高使用溫度達1200攝氏度，耐高溫和耐氧化性均優(yōu)于碳纖維，化學穩(wěn)定性也好，主要用作耐高溫材料和增強材料。

在眾多高性能纖維中，碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維為三大代表性高性能纖維。

碳纖維

碳纖維，狹義指含碳量90%以上的（無機）纖維，普遍具備耐高溫、高強度、高模量、低伸長、低蠕變的特點；廣義上根據(jù)含碳量可以分為低碳纖維（保溫）、常規(guī)碳纖維、石墨纖維、活性碳纖維，具有不同的密度、強度、模量、伸長率、導電率、導熱率，在不同應用領域發(fā)揮著獨特作用。

早在1880年，愛迪生首先將竹子纖維碳化成絲，作為電燈泡的燈絲，開碳纖維先河。如今，隨著技術(shù)成熟與成本下降，碳纖維下游應用迅速擴展，覆蓋航空航天、體育用品、油氣開發(fā)、風力發(fā)電、壓力容器等領域。

碳纖維來源不同、性能不同，主要包括中間相瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維和聚丙烯腈（PAN）碳纖維。碳纖維采用濕法紡絲，容量大、成本低；干噴濕紡技術(shù)路線用于制備超高強碳纖維；有機溶劑體系更為普遍，是更高性能碳纖維的推崇路線。

國際上碳纖維制造的主要公司有日本東麗、東邦、三菱，美國HEXCEL和CYTEC公司，德國SGL公司等，碳纖維行業(yè)集中度極高。在小絲束碳纖維市場，日本企業(yè)占全球份額的49%，日本東麗不斷推出更高強度的碳纖維，并致力于進一步降低碳纖維的CV（離散系數(shù)）值。在大絲束碳纖維市場，日、美兩國合計擁有全球76%的生產(chǎn)能力，處于主導地位。

我國碳纖維產(chǎn)業(yè)起步于上世紀60年代，幾乎與日本、美國等國同時起步，但直到2005年才實現(xiàn)國產(chǎn)化突破，2019年至今進入快速發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴大至千億噸級別。

目前，我國碳纖維及復合材料企業(yè)有30多家，隨著投入不斷增加，產(chǎn)量份額不斷提高。國產(chǎn)碳纖維原絲形成了二甲基亞砜（DMSO）、二甲基乙酰胺（DMAc）、硫氰酸鈉（NaSCN）三種生產(chǎn)工藝體系，干噴濕紡和濕法紡絲工藝技術(shù)逐漸完善，產(chǎn)能提升顯著。

碳纖維核心技術(shù)不斷突破，在實現(xiàn)T300級碳纖維產(chǎn)業(yè)化的基礎上，又相繼實現(xiàn)T700級、T800級的工業(yè)化生產(chǎn)，同時T1000級、T1100級、M55J級、M60J級、48k大絲束碳纖維等關(guān)鍵技術(shù)均實現(xiàn)了突破。

芳綸

芳綸，即芳香族聚酰胺纖維，主要包括間位芳綸和對位芳綸。

間位芳綸，即聚間苯二甲酰間苯二胺（芳綸1313），熱穩(wěn)定性好，在200攝氏度下運行2000小時強度保持90%，250攝氏度下熱收縮率僅1%，短時間暴露于300攝氏度高溫中不收縮、脆化或熔融；阻燃性強，極限氧指數(shù)為28%~32%，離焰即熄，不熔滴，在突遇900~1500攝氏度高溫時迅速碳化，形成絕熱防護層；柔韌性強，剛?cè)岵慕Y(jié)構(gòu)提供了良好的紡織特性。

間位芳綸從技術(shù)到市場，國內(nèi)外的發(fā)展水平相當，國內(nèi)在市場優(yōu)先的前提下，已啟動大容量擴產(chǎn)。安全、環(huán)保、節(jié)能是芳綸的主要應用領域，符合社會發(fā)展的潮流，《防護服裝——阻燃服》《個體防護裝備配備規(guī)范》等國家強制性標準先后發(fā)布，阻燃防護市場需求將不斷擴大，為芳綸等阻燃材料相關(guān)行業(yè)帶來新的市場空間。

對位芳綸，即聚對苯二甲酰對苯二胺（芳綸1414），強度是鋼絲的6倍，模量是鋼絲及玻纖的2~3倍，密度僅為鋼絲的1/5。熱穩(wěn)定性強，在150攝氏度時收縮率為零，在較高溫度時仍能保持很高的強度，最高使用溫度230攝氏度；具有良好的耐堿性，耐有機溶劑，對橡膠具有良好的黏附性。

對位芳綸產(chǎn)能產(chǎn)量主要在美國和日本，我國的產(chǎn)能增長較快，產(chǎn)量尚明顯不足，供需依然不平衡，隨著我國高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，芳綸在通信、汽車、航空、軌道交通等領域的用量也將逐步增加。因技術(shù)和品質(zhì)的差距帶來下游應用的不確定性，是影響產(chǎn)業(yè)的主要因素。

超高分子量聚乙烯纖維

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維密度低，可浮于水面；比強度是同等截面鋼絲的十多倍，比模量僅次于特級碳纖維；斷裂功大，具有很強的吸收能量的能力，因而具有突出的抗沖擊性和抗切割性（沖擊吸收能比對位芳綸高近1倍），摩擦系數(shù)小、耐磨性好；抗紫外線輻射，防中子和y射線，介電常數(shù)低、電磁波透射率高；耐化學腐蝕、耐磨、有較長的撓曲壽命；熱形變溫度低，熔點低，抗蠕變性差。

超高分子量聚乙烯纖維是現(xiàn)代防護材料首選，軍用民用前景廣闊，廣泛用于國防軍事、海洋工程、工業(yè)防護、航空航天、體育器材、醫(yī)療器材、市政建設、高級織物等領域。

超高分子量聚乙烯纖維全球產(chǎn)能為6.7萬噸/年，我國產(chǎn)能為4.5萬噸/年，是全球最大超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)國。荷蘭帝斯曼（DSM）公司是超高分子量聚乙烯纖維的創(chuàng)始公司，也是全球產(chǎn)量最大、質(zhì)量最佳的制造商，年產(chǎn)量約1.4萬噸，2022年相關(guān)業(yè)務被美國埃萬特收購。目前，美國埃萬特、美國霍尼韋爾和日本東洋紡三家企業(yè)壟斷著全球超高分子量聚乙烯纖維高端產(chǎn)品技術(shù)。

采用常規(guī)干法路線，超高分子量聚乙烯纖維單絲細、手感柔軟、力學性能偏低；采用新型濕法路線，超高分子量聚乙烯纖維力學性能優(yōu)異，但工藝流程長，因為要使用白油，所以環(huán)保壓力大。

我國超高分子量聚乙烯纖維市場發(fā)展迅速，競爭較為激烈。目前國內(nèi)約有20家超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)企業(yè)，其中九成以上的產(chǎn)能為濕法工藝，多家企業(yè)正積極布局擴充產(chǎn)能，預計5年內(nèi)新增產(chǎn)能4.8萬噸/年。

受地緣沖突及國家安全保護意識增強影響，全球范圍對高強度、高性能超高分子量聚乙烯纖維的需求穩(wěn)步增長。2023年，全球超高分子量聚乙烯纖維的需求量為5.47萬噸，2018~2023年年均復合增長率為12.1%。

我國超高分子量聚乙烯纖維市場從高速發(fā)展進入平穩(wěn)發(fā)展階段，前兩年下游需求有所波動，增速放緩。2023年，我國超高分子量聚乙烯纖維需求量達3.38萬噸，占全球需求的60%以上，2018~2023年年均復合增長率為14.6%。

超高分子量聚乙烯纖維未來的發(fā)展趨勢是高強、功能型、低成本。

高性能纖維的發(fā)展方向

全球高性能纖維競爭已經(jīng)形成日、美、歐盟三足鼎立的格局。近年來，我國持續(xù)加大對高性能纖維產(chǎn)業(yè)的支持力度，高性能纖維產(chǎn)業(yè)整體從無到有建立。但是，高性能纖維屬于技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，發(fā)達國家對我國嚴格技術(shù)保密，我國屬于行業(yè)新進入者，處于挑戰(zhàn)者的位置，雖然高性能纖維及產(chǎn)品的產(chǎn)能已初具規(guī)模，但是產(chǎn)品的穩(wěn)定性及核心技術(shù)方面尚處于追趕階段。

目前，我國碳纖維產(chǎn)能約占全球總產(chǎn)能的28%，芳綸產(chǎn)能約占23%，超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)能約占66%。整體上看，我國已成為高性能纖維全球產(chǎn)品覆蓋面及應用范圍最廣的國家，碳纖維、芳綸和超高分子量聚乙烯纖維、玄武巖纖維生產(chǎn)規(guī)模位居世界前三。

當今世界高性能纖維與復合材料產(chǎn)業(yè)仍處于持續(xù)發(fā)展期，高性能纖維的產(chǎn)量并不大，但其對上下游的帶動是成十倍或百倍的擴展。

未來，無機高性能纖維將向超高性能、高附加值、高性價比（相對低性能、低成本）的方向發(fā)展；有機高性能纖維將向多品種、系列化、規(guī)?；a(chǎn)發(fā)展，應用領域不斷拓展。

高性能纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展驅(qū)動力來自市場需求和政策引導。隨著應用領域持續(xù)拓展，市場需要更高效率、更高質(zhì)量、更多功能、更高性能的產(chǎn)品，效率上追求速度、容量、短流程，品質(zhì)上追求均勻性、一致性、穩(wěn)定性、加工適應性、個性化，功能上追求舒適性、抗微生物等，性能上追求更高強高模、更耐高低溫、更耐久、更耐環(huán)境老化等。

政策要在多方面加以引導。如在提高產(chǎn)品標準方面，要提升防護安全規(guī)范等級、提升品質(zhì)；在促進軍民融合方面，要引導技術(shù)雙向促進、產(chǎn)品應用拓展；在政策法規(guī)方面，要制定強制和鼓勵政策，促進產(chǎn)業(yè)鏈合作。