纖維新材料：全球價值鏈的制高點

纖維新材料：全球價值鏈的制高點

長期以來，日本、美國等發(fā)達國家壟斷了纖維新材料的研發(fā)與市場。國內(nèi)雖在不同品種上有個別突破，但總體處于中低端水平

纖維新材料是國家戰(zhàn)略性材料，其中高性能纖維和生物基纖維材料是重中之重，關(guān)乎我國工業(yè)核心競爭力的提升和可持續(xù)發(fā)展，是社會經(jīng)濟安全和國防安全的重要保障，是全球競相發(fā)展的重點。

在國際金融危機后，紡織強國正在纖維材料領(lǐng)域加快布局，美國宣布成立國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（NNMI）中的最新一家——革命性纖維與織物制造研究中心（RFT MII），德國確立了名為“未來紡織”（futureTEX）的國家級戰(zhàn)略，將其和工業(yè)4.0進程緊密結(jié)合在一起，以鞏固強國地位，搶占價值鏈制高點。

目前，國內(nèi)高性能纖維生產(chǎn)品種覆蓋面廣，形成江蘇、吉林、山東等產(chǎn)業(yè)集聚地；總產(chǎn)能近10萬噸，產(chǎn)能規(guī)模已居世界前列；高性能纖維碳纖維、芳綸1313、聚苯硫醚纖維和連續(xù)玄武巖纖維等產(chǎn)能突破萬噸級產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；芳綸1414、聚酰亞胺纖維、聚四氟乙烯纖維等實現(xiàn)千噸級產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；聚芳醚酮纖維、碳化硅纖維等攻克關(guān)鍵技術(shù)，為實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。

同時，生物基化學(xué)纖維關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破、初步形成了產(chǎn)業(yè)規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)體系初步建立、應(yīng)用領(lǐng)域進一步拓寬。如萊賽爾（Lyocell）、竹漿、麻漿、聚對苯二甲酸混二醇酯（PDT）、聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚乳酸（PLA）、殼聚糖、蛋白復(fù)合等生物基纖維實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，海藻纖維等主要品種已突破了產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，并已廣泛應(yīng)用于貼身內(nèi)衣、襯衫、襪子、休閑運動等服裝領(lǐng)域，床品、窗簾等家紡領(lǐng)域，以及面膜、嬰兒尿不濕等產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域。

根據(jù)“十三五”規(guī)劃，我國將突破一批高性能纖維制備和應(yīng)用技術(shù)，實現(xiàn)高性能纖維的低成本和高附加值，成為世界上自主掌握高新技術(shù)的主要國家之一。同時，將把“三個替代”（原料替代、過程替代、產(chǎn)品替代）、“三個結(jié)合”（與生物化工產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，與節(jié)能環(huán)保、廢舊利用相結(jié)合，與功能改進和推廣應(yīng)用相結(jié)合）和“三個重點”（重點攻克Lyocell纖維國產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)與裝備、重點攻克聚乳酸纖維原料制備及纖維應(yīng)用技術(shù)、重點攻克海洋生物基纖維原料多元化及規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)）作為發(fā)展生物基化學(xué)纖維的重要任務(wù)。

表1 我國主要高性能纖維產(chǎn)能情況

高性能纖維：整體處于中低端水平

碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維并稱為世界三大高性能纖維，是衡量一個國家尖端材料水平的重要標(biāo)志。長期以來，日本、美國等發(fā)達國家壟斷了高新技術(shù)纖維的研發(fā)與市場。國內(nèi)雖在不同品種上有個別突破，但總體處于中低端水平，與國際差距明顯，只能初步滿足國防軍工、航空航天、醫(yī)療健康、環(huán)保過濾等行業(yè)發(fā)展需要。高新技術(shù)纖維材料的高性能化、多元化、纖維功能復(fù)合化以及纖維材料生態(tài)化水平亟待提升。部分高性能纖維關(guān)鍵技術(shù)和裝備尚需突破，對位芳綸、碳纖維等材料進口依存度過高。

根據(jù)海關(guān)數(shù)據(jù)，2016年主要高性能纖維進口30696.44噸，同比增長7.31%，進口金額64205.18萬美元，同比增長1.33%。進口產(chǎn)品范圍包含碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維等高性能纖維。數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，中國對高性能纖維的需求將持續(xù)增加。到2025年高性能碳纖維每年需求量在3～4萬噸，間位芳綸纖維需求量在3萬噸 ，對位芳綸纖維需求量在4萬噸。

表2 中國高性能纖維發(fā)展需求

碳纖維：美國日本產(chǎn)能約占70%

美國、日本是兩個碳纖維技術(shù)前沿國家，產(chǎn)能約占世界總產(chǎn)能的70%，主要應(yīng)用于航空航天軍工（尤其是飛機制造業(yè)）、風(fēng)電葉片、汽車及壓力容器。目前，碳纖維復(fù)合材料在小型商務(wù)飛機和直升飛機上的使用量已占70%-80%，在軍用飛機上占30%-40%，在大型客機上占15%-50%。國外在大型民機上，T800等碳纖維逐步取代T300級碳纖維，波音B777和波音B787則大量采用T800和中模系列高強度碳纖維。碳纖維巨頭均計劃擴大生產(chǎn)能力，并在技術(shù)上更新?lián)Q代，研發(fā)更高強度、更高模量的碳纖維，如日本東麗開發(fā)了T1000G碳纖維，并重點發(fā)展低成本大絲束碳纖維。

國內(nèi)目前碳纖維產(chǎn)能為2.38萬噸/年，產(chǎn)量為4000噸/年，T300級碳纖維進一步實現(xiàn)了穩(wěn)定生產(chǎn)，單線產(chǎn)能提高到1200噸/年；中復(fù)神鷹實現(xiàn)了千噸級T800碳纖維產(chǎn)業(yè)化。然而，我國碳纖維低水平重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重，技術(shù)裝備與產(chǎn)品處于中低端水平，主要產(chǎn)品只能應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、體育器材、建筑補強等領(lǐng)域。國防軍工、航空航天等領(lǐng)域急需的碳纖維復(fù)合材料高度依賴進口日本、美國，2016年碳纖維及制品進口量為15960.47噸。

芳綸：我國不具備規(guī)模化競爭能力

芳綸纖維僅美國、日本、俄羅斯和中國等少數(shù)國家實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，全球芳綸產(chǎn)能超過10萬噸/年。其中，芳綸1414（對位芳綸）被美國杜邦和日本帝人壟斷，芳綸1313（間位芳綸）主要供應(yīng)商依次為美國杜邦、中國煙臺泰和新材、日本帝人。煙臺泰和新材的芳綸1313產(chǎn)品性能指標(biāo)和差別化程度與美國杜邦比較接近。國際對位芳綸發(fā)展特點是以技術(shù)先進性推進產(chǎn)品換代升級，如杜邦公司開發(fā)了系列芳綸新產(chǎn)品，超高強型Kevlar129、超高模量型Kevlar149、中等模量型Kevlar68、高黏結(jié)型Kevlar-Ha、抗疲勞型Kevlar等。

我國芳綸纖維產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的20%左右，間位芳綸1313產(chǎn)能已突破萬噸級產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。但產(chǎn)品種類少、性能低、穩(wěn)定性不高，產(chǎn)品應(yīng)用仍以過濾材料和防火防護材料為主，還不具備規(guī)模化競爭能力。國防防彈裝甲用芳綸1414（對位芳綸）纖維發(fā)展滯后，需要從美國、荷蘭等國進口。2016年我國芳綸纖維共計進口10236.06噸，同比增長11.28%。進口的對位芳綸主要應(yīng)用在安全防護材料、汽車用材料和光纜增強材料三大領(lǐng)域；間位芳綸多用于制成芳綸無緯布、防彈布、安全防護用品如防割手套等。

超高分子量聚乙烯纖維：國內(nèi)需求40%自給

國際三巨頭為荷蘭帝斯曼、日本東洋紡、美國霍尼韋爾，前兩家采用干法紡絲技術(shù)，代表品牌為Dyneema?，產(chǎn)品占據(jù)3/4的市場份額；后一家采用濕法紡絲技術(shù)，代表品牌為Spectra?。超高分子量聚乙烯纖維主要應(yīng)用領(lǐng)域為防彈衣和武器裝備,占比60%-70%，其次為繩纜占比20%，漁網(wǎng)等占比5%。

國內(nèi)目前產(chǎn)能為1.5萬噸/年，產(chǎn)量為9000噸/年。由中國紡織科學(xué)研究院先后與南化集團研究院和中國石化儀征化纖股份有限公司合作，打破了國外高性能聚乙烯纖維干法紡絲的獨家技術(shù)壟斷，產(chǎn)品約占國內(nèi)需求量的40%左右，并出口到韓國、歐美等國外公司，產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品質(zhì)量已達到國際水平。2016年我國超高分子量聚乙烯纖維進口量為338.29噸，同比增長75.52%，以日本和韓國為主。

身披碳纖維特殊涂裝的空客A350。

聚苯硫醚纖維：基本應(yīng)用于燃煤電廠除塵，覆蓋率30%

聚苯硫醚纖維是耐高溫、耐強腐蝕的代表，但是目前主要的用途僅為燃煤電廠的除塵領(lǐng)域。這主要是其自身的抗氧化抗紫外性能差、遇火發(fā)生熔滴以及介電性能良好等因素造成的。

國外在聚苯硫醚樹脂和聚苯硫醚纖維的生產(chǎn)上非常集中。其中樹脂基本上只有日本的東麗、吳羽，美國的Philips、Ticona（技術(shù)來源于吳羽）等幾家，纖維生產(chǎn)也只有日本的東麗、東洋紡，韓國的匯維仕等。

我國對于聚苯硫醚樹脂和纖維的開發(fā)開始于20世紀(jì)60年代，目前都已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化，但生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的綜合性能仍不能和進口產(chǎn)品形成真正的競爭。主要問題在于，對于聚苯硫醚樹脂原料的合成工藝雖有比較深刻的研究，但是對聚合工程技術(shù)并未形成包括聚合原料精制、聚合條件控制、工程設(shè)備設(shè)計等關(guān)鍵因素的綜合開發(fā)體系。

受制于原料性能與供應(yīng)的不穩(wěn)定，我國聚苯硫醚纖維開發(fā)與生產(chǎn)在其下游行業(yè)——電力環(huán)保產(chǎn)業(yè)的“黃金時期”內(nèi)未能實現(xiàn)乘勢進步。由于濾料行業(yè)自身的原因以及我國燃煤發(fā)電用煤供應(yīng)多樣、發(fā)電運行管理的問題，袋式除塵技術(shù)在我國燃煤發(fā)電的煙塵治理中只占到30%，尚未發(fā)揮其應(yīng)有的作用。這也間接造成了我國以燃煤電廠為典型代表的工業(yè)煙塵治理中多項技術(shù)簡單疊加、投資重復(fù)、效率不高的問題。

生物質(zhì)纖維：不同品種有突破

《生物基化學(xué)纖維及原料“十三五”發(fā)展規(guī)劃研究》中指出，到2020年約實現(xiàn)生物基再生纖維產(chǎn)能50萬噸/年，生物基合成纖維產(chǎn)能40萬噸/年、海洋生物基纖維產(chǎn)能3.5萬噸/年，化學(xué)纖維原料替代率2.1%，比“十二五”提高1.4個百分點。

生物質(zhì)纖維可實現(xiàn)石油資源的替代，緩解我國原油對外高依存度，是綠色、可持續(xù)的新材料。包括：Lyocell纖維、生物基PTT纖維、PLA纖維、可降解PBS纖維等等。我國生物基纖維發(fā)展處于起步階段，無論研究隊伍、資金投入、工藝裝備、技術(shù)水平等方面均與國外存在一定差距，生產(chǎn)企業(yè)多以中小型科技企業(yè)為主。

Lyocell纖維：3家實現(xiàn)了萬噸級國產(chǎn)化

11月15日，中國紡織科學(xué)研究院牽頭承擔(dān)的國家重點研發(fā)計劃項目“再生纖維素纖維高效低耗規(guī)模化制備技術(shù)”項目啟動，14家單位參與其中。將形成具備自主知識產(chǎn)權(quán)的全國產(chǎn)化新溶劑法纖維素纖維制備與應(yīng)用示范，建立漿粕、溶劑等原輔料和產(chǎn)品的質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)體系，實現(xiàn)高水平規(guī)模化市場應(yīng)用。

Lyocell纖維被譽為21世紀(jì)綠色纖維。在國際上，Lyocell纖維技術(shù)和市場長期被奧地利蘭精公司壟斷，商品名為Tencel（天絲），產(chǎn)能為22.2萬噸/年，天絲品牌家喻戶曉。今年10月蘭精推出了長絲產(chǎn)品TENCEL?Luxe，應(yīng)用于高端服裝領(lǐng)域。印度博拉(Birla)公司也在積極研究生產(chǎn)。

萊賽爾（Lyocell）纖維國內(nèi)目前共有3家實現(xiàn)了萬噸級產(chǎn)業(yè)化。其中，中國紡織科學(xué)研究院1.5萬噸Lyocell纖維擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、全套裝備國產(chǎn)化。項目整體技術(shù)達到國際先進水平。不過，國內(nèi)Lyocell纖維在規(guī)模、成本、市場應(yīng)用上，均與蘭精公司存在很大差距，且原料主要依賴進口，急需整合資源、集中力量擴大規(guī)模，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化和產(chǎn)品品牌化。

中紡院自主研發(fā)的萊賽爾纖維。

聚乳酸（PLA）纖維：重要原料被國外壟斷

國家重點研發(fā)計劃“高品質(zhì)聚乳酸纖維及其紡織品制備技術(shù)”近日啟動。該項目由恒天纖維集團牽頭，16家單位共同申報，將實現(xiàn)具有低成本、高質(zhì)量、規(guī)模化的萬噸級乳酸-丙交酯-聚乳酸及其全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用生產(chǎn)線，建立國際領(lǐng)先的聚乳酸纖維低成本、大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)體系，實現(xiàn)聚乳酸纖維產(chǎn)品在多領(lǐng)域、高水平的應(yīng)用。

聚乳酸（PLA）纖維生產(chǎn)成本與石油基高分子材料大致相當(dāng)，是全球矚目的石油基高分子材料的替代品。在可吸收醫(yī)用手術(shù)縫合線、醫(yī)用無紡布、油井頁巖氣填充等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

國際上，PLA纖維被美國、日本壟斷，主要生產(chǎn)商為美國Natureworks、日本鐘紡公司、日本尤尼吉卡、日本可樂麗等，已廣泛應(yīng)用于高端醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。日本申請的PLA專利公開數(shù)量居全球之首，而在應(yīng)用領(lǐng)域的專利中日本占總量的91%。

我國PLA纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平與國外尚有較大差距：重要原料被國外壟斷，纖維生產(chǎn)剛剛產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品應(yīng)用比較成熟但應(yīng)用領(lǐng)域有限。央企恒天集團已將聚乳酸作為重點發(fā)展的新材料之一，正在聚乳酸全產(chǎn)業(yè)鏈布局，已建成并運營2000噸聚乳酸纖維生產(chǎn)線和第一條聚乳酸熱粘合無紡布生產(chǎn)線，近期將建成投產(chǎn)萬噸級聚乳酸纖維生產(chǎn)線。

生物基PTT纖維：培育成為化纖重要品種之一

生物基PTT纖維主要生產(chǎn)商為美國杜邦公司，目前產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于服裝用、家紡用和高端醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。國內(nèi)絕大部分依賴進口，每年需求量上百萬噸，有上千億元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

近日，在工業(yè)和信息化部公示的2017年入選綠色制造系統(tǒng)集成項目中，盛虹集團國望高科牽頭的項目《生物基PTT纖維綠色設(shè)計平臺》成功入選國家資金計劃。目前盛虹集團與華美公司分別建成投產(chǎn)2萬噸/年粗甘油生物發(fā)酵制備（1,3-丙二醇）產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。今年6月，張家港美景榮化學(xué)公司啟動了“20萬噸/年P(guān)TT聚合紡絲一體化”項目，公司表示目前能夠工業(yè)化生產(chǎn)生物基PDO。“十三五”期間，國內(nèi)將重點提高PTT聚合生產(chǎn)能力，實現(xiàn)PTT短纖維單線產(chǎn)能6萬噸，長絲單線產(chǎn)能10萬噸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，擴大其在多品種、多領(lǐng)域市場的應(yīng)用，使之成為化纖中重要的品種之一。

（感謝中紡院研發(fā)中心、中紡院生物源纖維制造技術(shù)國家重點實驗室專家，以及中國化纖工業(yè)協(xié)會為本文提供的寶貴資料。）