最強報告:全球高性能纖維技術研究進展

發布時間:2019-01-29    信息來源:

導讀:全球高新技術纖維主要包括六大類高科技纖維(特種纖維)以及高性能和多功能化的傳統纖維,代表了化纖產業的發展方向。隨著應用研究的不斷深入和新市場的開拓,該類纖維將逐漸成為紡織工業發展的生力軍及未來的主要收益源。到“十三五”末期,我國可望形成品種較齊全、用途多樣化的高新技術纖維產業格局。

全球高新技術纖維蓬勃發展

最近一些傳統化纖的工藝技術出現重大創新,如可樂麗的維綸生產線從原料至成品的生產時間由原來的 1 天縮短至10 min,生產線長度縮短至1/5,拉伸工程由原30 ~40 s降至幾秒,實現節能、省地和降低成本,而產品均勻性有所提高。

德國PHP纖維公司的新型超扁高強紗的出現,使后道涂覆織物的生產工序至少省去上漿和洗滌,并降低了織物的剛性和可燃性,提高了熱穩定性,擴大了工業用途,現已應用于聚酰胺、聚酯和聚乳酸扁絲。

Beaulieu纖維國際(BFI)公司新開發的截面為三角形的超輕、超柔軟和高強PP纖維“HT8”,比普通丙綸輕10% ~15%,柔軟,抱合性、透明性和手感好,可調節液體含量,適用于嬰幼兒尿布等衛生材料、增強熱塑性樹脂復合材料和土工布。

(一)耐高溫纖維

1、 聚酰亞胺纖維(PIMF)

PIMF高性能纖維太空服

步入規模化生產PIMF是很老的高性能纖維品種,20世紀70年代初杜邦公司開發了首批產品“PRD-14”,隨后上海市合成纖維研究所的小試成功,兩者均采用聚酰胺酸的干紡工藝。美國孟山都公司在同期也實現了由均苯四甲酸酐與己二胺縮聚并紡絲的纖維“Durette”的商品化。20世紀70年代末,美國Upjohn公司率先研制成功酮酐類的PIM共聚纖維,1980年北京合成纖維試驗廠曾購買少量紡絲液進行濕紡。后來日本和奧地利先后購買其生產技術,形成了目前由Inspec纖維公司生產的P-84纖維。隨后在很長時間內,只有俄羅斯獨家生產由均苯四甲酸酐和4,4’-二苯醚二胺縮聚并紡出的纖維“Polyimid”,1990年代初研發成功一系列高強高模的PIM均聚和共聚纖維,綜合性能遠超過對位芳香族聚酰胺纖維。

直到2010年前后,我國相繼由 3 家單位實現了PIMF的產業化,而且工藝技術各不相同,目前已發展成為世界領先的耐高溫纖維品種。長春高崎聚酰亞胺材料有限公司選用聚酰胺酸的濕紡和高溫環化工藝,現產能1 000 t/a,商品名“軼綸”,纖維強度4.0 cN/dtex,延伸率25%,導熱系數在300 ℃為0.03 W/(m·K),極限氧指數(LOI)30,熱解溫度570 ℃,已應用于我國首條萬噸級水泥生產線的窯尾除塵系統,粉塵排放濃度16 mg/(N·m3)。此外還可用于電廠和鋼廠的高溫粉塵濾袋。為了提高對PM 2.5微粒的捕集效率,在梯度濾料的表層應用了超細PIMF,改善了清灰性能。

除此之外,江蘇奧神集團開發了干法紡絲PIMF;而北京化工大學在常州的生產廠則采用全新的工藝技術,無需先制成酰胺酸紡絲和后熱處理環化,可直接進行濕法紡絲制備PIMF。

日本愛知產業科技綜合中心和三河纖維技術中心合作開發了采用3,3’,4,4’-聯苯四羧酸酐(BPDA)、4,4’-二氨基二苯醚(DADE)、4,4’-雙(4-氨基苯氧基)聯苯(BAPB)和雙(3-氨基-4-苯酚)砜(HOABSO2)的兩段縮聚法,第一段縮聚先加入BPDA和BAPB,再加入內酯、吡啶、NMP和甲基進行熱攪拌縮聚,冷卻后追加BPDA、DADE、HOABSO2及NMP進行第二段熱縮聚,然后濕紡、水洗、干燥,在250 ~ 300 ℃熱板下拉伸 2 ~ 9.8倍而得到新型PIMF。纖維線密度 2 ~ 14 dtex,強度8.0 cN/dtex,斷裂伸長率10% ~ 20%,LOI值39。

2、 聚苯硫醚纖維(PPSF)

PPSF纖維

由于中國的大氣污染及環保法規的日趨嚴格,我國燒煤發電廠的針刺濾袋已成為PPSF的最大市場。據統計,目前全球PPSF生產商不到10家,其中東麗是最有競爭力的生產商之一,其產能為4 000 t/a,一般產品的線密度為2.2 dtex,1.0 dtex的細規格絲和高強絲是其主攻產品。該公司70%的PPSF產品銷售至中國市場,前者集塵效率更高,因此今后這些特殊品級在日本的生產比率將由目前的2% ~ 3%調高至50%。

我國四川德陽的 1 萬 t/a PPSF因經營不善,已于2014年春停產,使全球的PPSF供應進一步趨緊,目前 3 家日本廠家的產品主要輸入我國。北京服裝學院通過PPS/PA6(尼龍6)的共混熔紡法制備“海島纖維”,再用甲酸溶解剝離PA6而制得納米PPS纖維,單絲直徑據稱只有104 ~ 150 nm。

3 、間位芳香族聚酰胺纖維(m-ARF)

繼美國杜邦、日本帝人和我國生產m-ARF后,韓國Huvis(匯維仕)公司最近也投產了用作消防服的m-ARF。該公司是韓國SK化學和Samyang公司于2000年合資建成的風險合作公司,其對位芳香族聚酰胺纖維仍處于中試階段。 這種新型消防服里層由100% m-ARF織成,外層由約95%m-ARF和5% P-ARF混織而成。帝人在泰國的子公司所生產的新一代“Conex neo”,生產過程與日本本土的Conex纖維大體相同,但紡絲工藝截然不同,溶劑用量少,因此化學物質的排放和能耗少,原料由日本、中國或印度輸入,纖維產能2 200 t/a,預期到2020年將達到200億日元的銷售額。這種嶄新的m-ARF擁有全球最高的熱防護性能和染色穩定性,可進行后染等,主要用于防護服,市場除日美歐外,近年來發展到亞洲特別是中國;此外是渦輪增壓器用的軟管。

帝人還開發了第2系列的電池隔膜“Lielsort”,在韓國Teijin Lielsort Korea公司開始投產。產品分別涂覆有聚乙烯以及對電極粘合性和耐氧化性優異的氟化物,預期到2020年可望達到200億日元的銷售目標。

4、 芳族聚酰胺-酰亞胺纖維(PAIF)

PAIF纖維

PAIF纖維由法國Kermel公司獨家生產,產能1 200 t/a,以耐高溫和防火性兼有而聞名全球,我國尚無此產品的生產。該纖維的主要用途是消防戰斗服和易燃易爆工廠的工作服,可滿足國際EN ISO 11612和NFPA 2112的要求,并具有穿著舒適性;其次為冶金工業和鋼廠、水泥廠、柏油瀝青廠、垃圾焚燒爐及其他能源領域的高溫粉塵濾袋,其耐熱性、機械強度和化學穩定性比m-ARF更優,并接近聚酰亞胺纖維的性能;第 3 種用途是軍隊的作戰服,采用KermelCode C7品種,兼有耐高溫和阻燃性,在操作條件下可長期保持織物強度,壽命長而質輕,因此歐盟主要國家的軍服均選用該纖維;第4種用途是警務人員特種警服,如反恐反爆警服和聯邦警服等,具有低可燃性和良好的防護性。

5、 聚苯并咪唑纖維(PBIF)

PBIF纖維

PBIF是1968年由美國Celanese(塞拉尼斯)公司利用marvel教授發明的專利技術實現中試和產業化的,現產能500 t/a,我國尚無此產品。其最大特點是具有突出的耐高溫和化學穩定性,吸濕率高達14%,抗射線能力優,因此極適宜作空軍飛行服和坦克兵服裝,這是其他高性能纖維無法替代的。此外可用于極端條件下的過濾材料等。近年來先后開發了多種形態和各種用途的PBIF,如Dow Chemical(陶氏化學)利用其中空纖維制成反滲透(RO)膜,用靜電紡絲法制備納米纖維非織造布作為燃料電池隔膜和過濾材料等。

PBI樹脂可作為高強高模纖維的樹脂基體,用于對耐高溫和抗射線等具有極高要求的航天領域。

6 、聚醚酰亞胺纖維(PEIF)

PEIF的基本品種只有日本可樂麗公司獨家生產,產能600 t/a,強度2.6 cN/dtex,斷裂伸長率>0,在180 ℃時的熱收率<3%,LOI 31,遇火焰時煙密度只有0.2,而間位芳香族聚酰胺纖維為8.5,可染性好。該纖維可進一步加工成有色絲,或與滌綸的混紡紗、非織造布、特種紙、人造革、復合材料、UD帶等,可滿足高鐵、飛機等的抗燃標準。

沙特SABIC公司收購美國GE公司的PEIF中試裝置后遲遲未產業化,而我國開展了多年研發,迄今仍未產業化。

(二)抗燃纖維

1、 密胺纖維(MLAF)

MLAF又稱三聚氰胺-甲醛纖維,具有三向交聯結構,目前由美國BASF(巴斯夫)公司獨家生產,產能1 500 t/a,商品名“Basofil”。它是唯一白色的抗燃纖維,可染成各種所需顏色,具有耐高溫、抗燃、低導熱、耐磨、耐候和吸濕性好等特點。制法包括用離心紡絲法制各種長短和纖度不一的短纖維或非織造布,也可選用干法紡絲制備均勻長絲;用途包括交通運輸工具的抗燃內飾材料、易燃易爆工廠工作服、消防服、室內裝飾材料和特種軍服等。我國已有多年的研發歷史,主要開展干紡長絲的研究,但迄今未實現產業化。

2、 酚醛纖維(PNF)

PNF目前主要由日本Kynol公司(群榮化工的子公司)生產,產能600 t/a,產品有11種牌號,全是短纖維或非織造布,纖度1.67 ~ 3.3 dtex,長度38 ~ 100 mm,拉伸強度1.5 ~ 1.8cN/dtex,伸度約40%。具有高度防火性并呈金黃色,LOI>30,在火焰中不燃燒,僅碳化而發煙少,耐熱溫度150 ℃,瞬間(數秒)可耐2 450 ℃,在高溫下不熔融、不收縮,在極低溫度下不發脆,與樹脂的粘合性好。主要用途有防火片材、隔熱片材、耐高溫片材、保冷材料、焊接防護片材、活性炭纖維原料(收率高)、低模量碳纖維原料等,用于飛機、鐵路座椅用MBL。

我國山東萊蕪潤達新材料有限公司是山東省酚醛樹脂工程技術研究中心,酚醛樹脂產能 6萬t/a,近年來開發了PNF,產能100 t/a。中科院山西煤化所等單位處于研發階段。

PNF在我國的主要用途包括混紡阻燃衣料,與滌綸或羊毛混紡制成毛料和床上用品,室內或艙內裝飾織物或片材、窗簾、地毯,以及消防服、絕熱服、耐酸服、防寒服、特種軍服、電焊罩布、防火罩布、隔熱氈、耐酸濾材、液化天然氣等儲罐的隔熱材料、盤根、復合材料等。

3、 聚丙烯腈預氧化纖維(OPF)

聚丙烯腈預氧化纖維

美國ZOLTEK和德國SGL公司生產的是大絲束相對廉價的POF,用于C/C復合材料制品、防火氈、隔熱氈、石棉代用品,也可與芳香族聚酰胺纖維、阻燃羊毛等混織加工防火織物、消防服和高溫爐前工作服等。

Tenax(東邦)是全球唯一生產小絲束OPF的廠家,以美國生產基地為主體和日本岐阜縣揖斐川事業所兩處生產該纖維,總產能2 000 t/a,商品名“Pyrromex”,具有良好的紡織加工性、懸垂性和柔軟的手感。主要用途為鈉硫(NaS)電池電極、飛機輪胎剎車片、防焊接和火花飛濺片材、爐前工作服、各種防災片材、隔熱材料、大尺寸密封填料等。由于飛機業的市場需求旺盛,剎車盤的需求增大,因此東邦決定投資數億日元將停產的PAN-CF生產線加以改造再運轉生產OPF。

我國蘭州郝氏碳纖維有限公司等生產小絲束的OPF及腈綸氈預氧化制成的OPF氈,用于C/C復合材料、電極材料、隔熱保溫材料等。

(三)耐強腐蝕性纖維

1、 聚四氟乙烯纖維(PTFEF)

PTFEF纖維

PTFEF是耐腐蝕性纖維之王,在高溫下可保持強度,使用溫度-200 ~ 260 ℃,具有非粘性,摩擦系數小,可消毒,電損耗小,耐光、耐氣候性佳,具有生物親和性和自熄性,LOI達95。主要用途有化工管道復合材料、驅動系統和內燃機密封填料、電磁波屏蔽材料、戶外建筑用紡織品、安全防護紡織品。一般以采用PTFE乳液的載體紡絲法和薄膜切割法為主要加工方法。最近,瑞士聯邦工業研究所將改性PTFE(mPTFE)通過溶紡制得了長絲紗,商品名為“Moldflon”,其優點是改進了纖維的抗蠕變性,生產效率高,紡絲速度為600 m/min,但纖維最高強度為10 cN/tex,單絲為12 cN/tex。若mPTFE與PEEK制成雙組分纖維,強度可提高至31 cN/tex,而東麗發表的高強PTFEF專利,最高強度可達70 cN/tex。

最近東麗為應對歐洲焚燒爐用高溫粉塵濾袋市場的低迷,加快了利用低摩擦系數的無油軸承和支架等的開發,可實現長壽命和免維修。此外是熔礦爐的高溫爐前工作服,可使鋼花等滑落,而新日鐵住金工程公司將其用于金屬材料的免震裝置中。另外,東麗還開發了一種具有高耐久性的滑動紡織品,是將其PTFEF“Toyoflon”與高剛性纖維組合成雙重復合結構,當與滑動部位反復接觸時,飛散的PTFEF粉塵可積蓄于紡織品中,形成潤滑層,其耐磨性比僅用PTFEF高100倍以上。今后可期待的應用領域有重型機械、飛機、水力和風力發電機用軸承、復印機滑動材料、汽車同步帶和防震橡膠、風力穩壓器等。

我國約有10家生產廠,大都采用PTFE薄膜切割工藝制造切割纖維,少數生產載體紡絲法長絲,主要用途為高溫粉塵濾袋、耐腐蝕性液體濾材、滑動材料和密封填料等。

(四)高強高模纖維

1、 聚丙烯腈基碳纖維(PAN-CF)及其復合材料

1.1 PAN-CF的最新發展

三菱麗陽統計的全球PAN-CF廠家目前的實際產能為10.5萬t/a,各大公司所占的比例中,東麗與ZOLTEK的總產能占35%(圖 5)。全球PAN-CF的需求量呈現兩位數(約15%)增長,各大公司紛紛擴產,預期2016年后會出現緊俏,現售價已上漲10%左右。其中三菱麗陽將投資400億日元在歐洲或美國興建4 000 t/a的生產廠,原絲也將相應分散至世界各地生產;德國SGL制訂了新的經營計劃,以使其特殊碳纖維制品及碳纖維的銷售額到2020年比2014年增長約50%;ZOLTEK擬將其在墨西哥的PAN-CF產能增至5 000 t/a,并于2016年投產,到2020年將其大絲束PAN-CF總產能由目前的1.3萬t/a增至2.6萬t/a。

三菱麗陽統計的全球PAN-CF產能

俄羅斯HCC公司正將其PAN-CF的產能由1 700 t/a優化至2 000 t/a,并計劃興建2 000 t/a的新廠,使最終產能達到 1 萬t/a。2015年底可提供12 K和24 K的AF42碳纖維;俄羅斯Affiliate Composite Volokno公司生產PAN原絲,產能800 t/a,供應給Argon公司,其PAN-CF產能為500 t/a。

東邦新開發的高強高模PAN-CF“XMS32”,其強度與模量均比“IMS65”高10%,2015年中期已生產出了預浸料,并通過開發納米水平控制的表面改性技術,使它與樹脂的粘合性產生飛躍式提高。

德國碳纖維發展聯盟MAI(由寶馬、奧迪、空客、西門子、SGL、慕尼黑理工大學和德國聯邦政府組成)投資800萬歐元,計劃到2017年將碳纖維生產成本降低90%,由慕尼黑大學牽頭,現已完成50%的研發工作。

美國能源部的先進制造辦公室(AMO)正執行一項計劃,由田納西大學牽頭與生物能技術辦公室一起選擇兩項課題,以可再生的非食品原料制備具有成本競爭優勢的高性能碳纖維,開發的生物基丙烯腈的轉化技術,可使丙烯腈的生產成本低于 1 美元/磅(約2.2美元/kg)。

比利時Procotex兩年前收購了法國Apply Carbon公司,這是一家專業從事碳纖維和芳香族聚酰胺纖維研磨和精確切割的廠家,為應對CFRP廢料日益增長的形勢,2015年1月興建了“量身定制”的碳纖維上漿劑及短切纖維生產線,生產再生碳纖維非織造布。

我國PAN-CF生產廠家因規模小且多而散,產品的性價比又比不過國外產品,先后已有 8 家企業半途而廢或處于停產狀態,其中 1 家被其他公司兼并。但尚有 3 ~ 4 家正在興建或籌建新生產廠,如廊坊中安信科技有限公司的1 500t/a PAN-CF與5 000 t/a PAN原絲生產廠將于2015年底完成生產線組裝;四川禾邦集團與德國工程公司簽訂了合作協議,將建設1 500 t/a T800 PAN-CF及3 200 t/a PAN原絲生產線,包括提供全套工藝技術軟件,進行交鑰匙工程承包;上海石化研究院引進了西安康本新材料有限公司的PAN原絲及PAN-CF的全套技術軟件,而上海申達公司據稱擬引進國外碳纖維生產線等。還能維持生產的PAN-CF虧損企業,正開展國內外的市場調研或委托國外公司進行國產PAN原絲碳化工藝的探索,以求改進。在這種情況下,國家應重點支持低成本(降低60%)大絲束PAN原絲及碳纖維,以及采用全新技術且具有低成本優勢的超高性能PAN原絲及碳纖維項目的建設。

1.2 CFRP的應用發展

下 圖所示為日本CMC公司預測的全球碳纖維需求量,到2020年約為14萬t,其中一般產業用途在2015年后將有爆發性增長,主因是汽車的輕量化和CFRP化

世界碳纖維市場預測

1.2.1 一般產業用途

CFRP的一般用途主要有X-光設備、土木工程和建筑(修復和增強、建材及橋梁等)、能源相關領域(風電葉片、鈾純化高速離心分離器、深海油田平臺、高壓輸電線電纜芯材、燃料電池電極)、壓力容器(空氣和氧氣瓶、壓縮天然氣瓶、燃料電池用高壓氫氣瓶、輸送油頁巖氣瓶)、汽車部件(汽車外殼、底盤、其他車身結構、傳動軸)等。

其中汽車領域要想大規模應用,涉及:廉價的大絲束碳纖維的開發;高速綜合模壓技術的開發,包括快速固化樹脂體系、多軸及各種織物的研發和高壓RTM模壓技術的開發;采用熱塑性樹脂的CFRP開發;二次加工技術的開發,包括采用粘合劑的粘接技術及新的加工方法。

據日本金沢工業大學預測,2025年全球汽車產量將達到1.5億輛,相當于目前的 3 倍,若其中10%為環境友好車,且每輛使用50 kg CF,年需求量就高達75萬t。對此,首先要開發高性能的碳纖維增強熱塑性樹脂(CFRTP)基材及最新的復合成型系統,以提高熱塑性樹脂的浸漬性和實現低成本的快速成型,如日本制鋼所等開發的セミプレグ制法是先將樹脂基體粉末進行高壓帶電,利用靜電附著在碳纖維等基材上加熱熔粘而得(如下圖 )。

セミプレグ制法工藝

最近巴斯夫和SGL已合作完成研發課題,適用于RTM和注射成型工藝,并實現快速成型。

SGL、BMW和Augsburg大學投資了290萬歐元共同開發適用于汽車部件的CFRTP,為此SGL將變更PAN-CF生產過程各個階段的工藝參數,以取得最優化的工藝條件。寶馬7系新車將成為汽車工業第二大CFRP生產項目,主要用于汽車底盤,可減重130 kg,比寶馬i3和i8多。韓國現代汽車在英國的Axon Automotive公司也開始生產CFRP底盤。可見,這是大勢所趨。

三菱麗陽擴充面向汽車領域的碳纖維基材生產基地,其在德國的子公司TK工業公司的RTM中間基材多軸織物的產能提高了 1 倍,以適應汽車輕量化的需求。2015年三菱麗陽的CFRP銷售額約為600億日元,到2020年可望達到1 000億日元,其中約400億日元為汽車部件。另外該公司還擴大了在泰國的CFRP產業,主要面向CFRP制的壓縮天然氣(CNG)瓶。

東麗塑料精工公司正擴大CFRTP擠出成型、注射成型和模塑件的產能,以倍增其中期目標的海外銷售額。目前這3 種的產品構成為40%、30%和30%。

在船舶市場方面,Gold Coast Yachts公司與多軸碳纖維增強材料供應商Formax共同研制了長53英尺(約1 615 cm)的雙體船。

我國勝利油田勝利工程院的CFRP連續抽油桿研究也取得突破,已在東辛、勝采、純梁、臨盤等 4 個采油廠進行了16次現場試驗,累計應用碳桿23 372 m,最深1 960 m,成功率100%。

1.2.2 航空航天

據報道,空客新型飛機A320 neo的新型發動機“PW1100J-JM”的葉片結構部件決定選用三菱麗陽的PAN基中模量碳纖維,這是由美國プレート&ホイットニー、德國MTU Aero Engine公司與日本飛機發動機協會(JAEC)共同開發的,具有低燃油消耗、低公害和低噪音的特點,可耐鳥類沖擊,實現大口徑化和輕量化。

三菱飛機和三菱重工研制的MRJ飛機開始進行低速飛行試驗,機上某些部件采用了東麗和三菱麗陽的PANCF。

日機裝最近在東村山制作所導入了飛機發動機用CFRP部件的生產設備,項目投資20億日元,建設了從CFRP片材積層到燒成的全套生產線。產品將用于空客320 neo的PW1100G-JM發動機圓形部件,直徑 2 m,月產能為20 ~ 25個。

東麗向巴西提供了PAN-CF預浸料,用作新型區間飛機“E175-E2”的部件,預定于2020年投入使用。東麗還將PAN-CF中間基材長期供給美國最大的民用直升飛機生產廠家Belhelicopter公司,按雙方合同將連續10年供應PANCF預浸料。其中可乘18人的中型直升機重10 t,全長20 m,每架飛機約用 1 t CF預浸帶,用于機身和機架。

三井化學的金屬樹脂一體化技術已應用于自律型無人飛機(UAV)的骨架部件,即CFRP與鋁合金的接頭一體化部件。

在航天部件方面,美國NASA正執行新的ISAAC計劃,將多項實驗室研究成果進行產業化,其中包括自動鋪絲機(AFP)終端試驗機的機器人操作,ISAAC機器人高21英尺(640 cm),其軌道長40英尺(1 219 cm)。

德國MT Aerospace公司為法國Ariane6運載火箭生產新一代高效固體推進劑發動機的CFRP殼體,如下圖所示。

火箭發動機殼體及其尺寸

該公司還生產新一代飛機空客A320用的輕便水箱,采用碳纖維纏繞的高壓容器。

新型飛機用CFRP水箱

俄羅斯Rostec RT-Chemcomposite公司生產火箭鼻錐和整流罩殼體,如下圖所示,由鋁蜂窩芯和CFRP外殼組成三明治結構。

火箭鼻錐縱切面構造

韓國DACC Carbon公司開發的C/C和C/SiC復合材料航空航天部件耐高溫熱處理夾具、太陽能電池固定物、耐高溫坩堝及電梯剎車片,具有優良的熱機械性能、高導熱性和耐腐蝕性。如下圖所示為部分產品。

C/C和C/SiC部分復合材料部件

2、 中間相瀝青基碳纖維(MP-CF)

MP-CF纖維

目前MP-CF只有兩大生產廠,其中三菱樹脂公司產能1 500 t/a,商品名“DIALEAD”,具有高純(碳含量99%)、高強、超高模量、高導熱性(導熱系數約800 W/(m·K))以及優良的操作性,并被證實具有成本優勢,目前共有15種產品牌號,其中 2 K和 6 K有 5 種,12 K和16 K有 4 種,短切纖維 4 種,研磨纖維 2 種。其主要性能指標優良,且層壓性優良,具體如下圖所示。

日本石墨纖維公司的MP-CF產品有 5 種,織物16種,產品具有輕質、高剛性、熱穩定性和高導熱系數,主要用途為衛星天線、反射器、太陽能支架、光具座、大巴部件、儀表倉、支撐結構等。 我國至少有 8 家單位研制,其中上海、撫順、湖南和陜西等公司有望在“十三五”期間實現小型產業化。

3 、玄武巖纖維(BSF)

玄武巖纖維

全球BSF生產企業已發展到30家左右,其中我國有近20家,但大都處于虧損狀態。不過正迎來BCF大發展的黃金時期,我國有望形成 4 ~ 5 家具有實力的企業。

其中,航天拓鑫和浙江石金兩大公司已發展成龍頭企業,江蘇天龍剛剛在新三板掛牌上市,而吉林和俄羅斯正合作興建世界最大的產能為 3 萬t/a的BSF企業,總投資8.05億元,產品將以汽車部件為主,其他能繼續生存的企業也各有特色。另外,四川點石玄武巖纖維科技有限公司擁有全套BSF生產設備,最近在貴州六盤水擬興建 3 萬t/a的玄武巖生產廠;而東南大學和浙江石金玄武巖纖維有限公司成立了江蘇省BSF研發中心。

后起的國外廠家以自己的新技術、新工藝和新產品加入到國際競爭行列。德國Incotelogy公司開發了高性能的BSF紡織品和非織造布,包括RFL(間苯二酚-甲醛膠乳)浸漬紗、有色紗、皮芯型導電混雜紗及其高質量非織造布,無需粘合劑就可形成非織造布,值得關注。該公司還代理俄羅斯Kamenny Vek公司高性能BSF“Basfiber”在西歐的銷售業務。

4 、對位芳香族聚酰胺纖維(P-ARF)及共聚纖維

P-ARF纖維

目前杜邦和帝人均形成了 3 萬t/a以上的P-ARF生產規模,但這種壟斷局面正被亞洲新興國家打破。如韓國可隆和曉星兩家公司的產能均為2 000 t/a,且在干噴-濕紡等工藝技術上形成了自己的專利。

我國目前已有 3 家產能為1 000 t/a的企業,分別為中藍晨光、煙臺泰和和蘇州兆達特種纖維有限公司,另外還有 3家產能在300 ~ 600 t/a的公司。我國的P-ARF總產能雖然只有千噸左右,但在“一帶一路”和“海上絲綢之路”發展戰略的指導下,將迎來良好的發展機遇。全球第 2 條海底光纜正開始鋪設,印尼將建設主要島嶼間的海底光纜,而我國的光纜和P-ARF補強技術已基本過關,可以承接國際大工程項目和滿足國內海島建設的需求。

晨光化工研究院有限公司與四川省紡織研究院共同成立了“高技術有機纖維四川省重點實驗室”,并與四川魯晨新材料有限公司協作開發P-ARF防彈制品,而其上級公司“中國化工集團公司”收購了世界三大輪胎企業之一的意大利公司,有望在芳綸子午胎方面找到國際市場,為此計劃在“十三五”期間將P-ARF的產能擴大至5 000 t/a。煙臺泰和新材料和河北硅谷化工也計劃擴產至3 000 t/a。

目前國際油價的下跌和P-ARF原料的降價,有利于擴大其應用領域,而亞洲的需求又將引領世界需求的增長,據預測到2016 — 2017年其供應量將出現緊俏,為此帝人公司計劃于2016年中期將Twaron和Technora纖維的產能提高20% ~ 30%。

為了搶占中國市場,帝人決定在上海成立亞太技術中心(TCA),而東麗-杜邦在日本新設了P-ARF的研發設施,以開展在輪胎和橡膠制品方面的特色化研發,這是為適應汽車輕量化和子午胎芳綸化所作的努力,主要研究方向為提高P-ARF與橡膠界面的粘合強度。據最新預測,目前P-ARF的世界需求量為6.1萬t/a,今后將以10%的年均速率發展。

在新市場開發方面,美國密執安大學(UM)利用P-ARF的耐熱和絕緣特性,研發了防止鋰離子電子滲漏和出現安全問題的電池隔膜,可快速釋放電能,預期將于2016年投放市場。

帝人針對市場對日本建筑物的新要求,集中研發了用PAN-CF和Twaron纖維混雜增強的次生木板,使剛性和高韌性相結合。

5、 超高相對分子質量聚乙烯纖維(UHMWPEF)

UHMWPEF纖維

在2015年3月的法國JEC展覽會上,荷蘭DSM(帝斯曼)公司的UHMWPEF獲得了 3 項大獎,這也確實反映了帝斯曼公司的科技成果達到世界領先水平。其一是采用Dyneema的威力倍增技術制得的SK99纖維產品,強度為45 cN/dtex,可使防彈背心減輕30%左右的重量;其二是在Dyneema MAX技術平臺上制取的極低蠕變纖維“DyneemaDM20”,在70 ℃和300 MPa(海中錨固的典型負荷)下對其進行加速蠕變試驗,10個月后該纖維的蠕變延長率僅為0.2%,相當于在常溫下放置25年左右的值;其三是超高防切割纖維,采用Dyneema Diamon技術生產,用其加工的防切割手套比以往產品薄得多且性能不變,按EN388標準測試可滿足 3 級切割等級,重量卻只有普通Dyneema或對位芳香族聚酰胺纖維的1/2。

據統計,我國現有30余家UHMWPEF生產廠,后起之秀靠生產細規格絲和加有石墨烯的特種產品參與國內外市場競爭。

6 、聚芳酯液晶纖維(LCPF)

目前全球有 2 家生產LCPF的企業,其中可樂麗產能為1 000 t/a,而日本KBセーン公司將于2016年將產能由目前的每年數十噸提高至100 t,商品名為“Zxion”

我國有數家高校和科研院所研制該纖維,其中浙江三星特種紡織股份有限公司利用東華大學的技術,擬興建100t/a的LCPF生產線,并準備于2015年在新三板掛牌上市。該纖維的最大特點是高強高模、低介電常數和體積膨脹性,強度為24 cN/dtex,是鋼絲的 7 倍,而密度只有其1/5,延伸率為3% ~ 4%,具有低吸濕率。KBセーン公司的產品主要應用于網球拍、高爾夫球桿、耳機線、釣魚線等體育休閑用品。PAN-CF和LCPF預浸料混雜使用新材料,可提高復合材料的抗沖擊強度。此外還可應用于印刷線路板和高頻部件等。

值得重視的是,可樂麗通過在熔紡原料中添加耦聯劑等措施縮短了生產流程,實現了節能和低成本,為擴大應用打開了廣闊天地。

7、 高強聚乙烯醇纖維(K II等)

KII REC纖維

目前可樂麗公司生產的Kuralon KII REC纖維強度為12 cN/dtex,線密度有7、15、17和100 dtex等幾種,短纖維長度有 6 和12 mm兩種,主要用作加工高剛性非織造布等;Kuralon KⅡ EQ纖維的強度為 9 ~ 12 cN/dtex,線密度1.7 ~ 100 dtex,短纖維長度有51和76 mm兩種,主要用作加工高強干法非織造布。

Kuralon KⅡ WN則為水溶性纖維,在80 ℃左右溶于水,纖度有1.7和2.2 dtex兩種,短纖維長度有38和51 mm兩種,具有水解性和熱密封性,主要用途是干法非織造布和隧道等建筑物的堵漏水。

值得注意的是,2014年該公司開發了創新的聚乙烯醇(PVA)纖維制備工藝,通過優化原液、紡絲、拉伸和繞絲各工序,使生產線縮短至原來的1/5,從原料投入至成品其生產時間由原來的 1 h縮短至10 min,其中拉伸工序由原來的30 ~ 40 s縮短至幾秒,降低了生產成本,節省了空間,實現了節能,還提高了纖維的均一性。這對我國的維綸企業將是重大挑戰,一旦其大規模投產,勢必造成沖擊,因此應盡快采取措施,研發出相應的新技術加以抗衡,同時應開發添加納米陶瓷微粉的PVA纖維,以提高力學性能、耐磨性、耐熱性、保濕性、吸音和隔音性、阻燃性和耐化學腐蝕性。

(五)對我國高性能纖維行業“十三五”發展建議

1、 指導思想

國家應重點支持“一帶一路”和“海上絲綢之路”沿線所需的高科技纖維及其制品的開發和應用;支持海洋和海島開發與建設所需的特種纖維;支持節能減排特別是應對霧霾天氣所需的高新技術和高性能纖維;支持國防軍工所需的高端裝備及基本材料;支持與安全、耐震和維穩相關的新材料和新技術的開發。

2、 建議重點支持的纖維及其應用領域

建議國家在“十三五”期間重點支持以下纖維材料及應用領域的開發。

光通信用的低損耗光纖和光纜及補強材料、光柵傳感器、中空纖維超濾膜高效凈水裝置、低成本保溫阻燃帳篷;UHMWPEF智能纜繩和網箱、海水淡化中空纖維膜及裝置、深海石油和天然氣鉆井平臺所配套的耐壓管道和長期使用的錨固繩纜、高速巡邏艇、高壓水龍頭;超高性能碳纖維及其全新生產工藝、廉價CF和CFRP汽車和飛機輕量化部件、BSF及BFRP汽車部件、快速填海用復合材料制品、復合筋、飛機和汽車芳綸子午胎和抗燃內飾、高溫粉塵過濾所需高精度耐高溫纖維針刺濾袋、大型風電葉片、浮動式深海風電葉片、高性能動力電池材料、高壓氣瓶和儲罐、CFRP再生技術和設備;超高性能纖維及其復合材料、特種軍服、多功能軍服、航空航天、兵器、艦船等所需新型高性能纖維;高強輕質防彈材料、消防服、各種抗燃紡織品、超高壓水龍頭、各種有益于健康的功能紡織品,等。

(六) 結語

高性能纖維的低成本化和超高性能纖維的研發是今后的重要發展方向。目前國內一些尚未實現產業化的高性能纖維基本品種,有望在“十三五”期間實現突破。預計到2020年我國將基本配齊所需的高性能纖維和功能性纖維,某些品種將具有國際競爭力,但PAN-CF和P-ARF等少數品種與國外產品仍將存在較大差距,需業界共同努力。

——國內首家新材料產業規模最大的生態平臺,集聚極采、搶單、科研創新、金融服務、物流服務、產業資訊等服務版塊,聯合高等院校、科研機構、金融機構服務于新材料產業相關上下游企業,旨在運用“互聯網思維”解決企業交易難、推廣難、融資難以及科研成果轉化率低等問題,幫助企業降低銷售、采購成本,提升效率,拓展全球市場。


       佛山市華大紡機有限公司是一家致力于各種行業特殊(高性能纖維化纖)纏繞機(收卷機、卷繞機)的專業設計,開發及生產的公司。本公司擁有各類加工設備30余臺(套),員工50余人,其中專業技術人員10余人。 長期為用戶提供專業信息、設備技改、生產技術咨詢等多方面業務。本公司擁有豐富的經驗,以及資深的工程師,為設計每一個新設備與技改配件奠定了基礎。公司技術開發處通過不斷改進創新,成功地開發出變頻調速電子恒張力纏繞機 ,產品投入市場后得到了用戶高度評價。

上一篇:成功的模式來自于對互聯網思維以及行業的深入思考下一篇:沒有了
广东36选7最新开奖查询结果