國產(chǎn)高性能纖維檢測標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及分析

邱星翔，梁 燕，王發(fā)陽，胡偉偉，尚 斌

（1.江蘇省高性能纖維產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，江蘇 連云港 222047；2.連云港市紡織工程學(xué)會，江蘇 連云港 222000）

高性能纖維是指對外部的力、熱、光、電等物理作用和酸、堿、氧化劑等化學(xué)作用具有特殊耐受能力的一種纖維材料，具備高強度、高模量、耐高溫、阻燃、耐腐蝕等特性。高性能纖維由于具有比普通纖維更高的機械強度和彈性模量，更好的熱穩(wěn)定性、耐酸堿性及耐候性，廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、艦船車輛、新能源、健康產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等重要領(lǐng)域[1]，逐漸成為強國強軍的重要支撐和戰(zhàn)略性新材料。

當(dāng)前，主要的高性能纖維產(chǎn)品有：碳纖維、超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維、芳綸纖維、聚酰亞胺纖維、芳砜綸纖維、聚苯硫醚纖維、聚醚醚酮纖維、聚對苯撐苯并二噁唑纖維、玄武巖纖維等。

高性能纖維的全球產(chǎn)業(yè)以日本、美國、歐盟為優(yōu)勢主體，其中，日本在碳纖維領(lǐng)域擁有絕對優(yōu)勢，東麗、帝人以及三菱麗陽（現(xiàn)三菱化學(xué)）貢獻了全球碳纖維產(chǎn)能的一半；美國則擁有芳綸產(chǎn)業(yè)的制霸企業(yè)杜邦公司，壟斷高端產(chǎn)品技術(shù)的同時還能對低端產(chǎn)品形成價格控制；歐洲則在超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維領(lǐng)域擁有處于優(yōu)勢地位的荷蘭帝斯曼公司，到目前為止仍然是全球超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的主要供應(yīng)商，產(chǎn)能倍超其他優(yōu)勢企業(yè)。

“十一五”之前，我國高性能纖維多數(shù)品種處于試驗階段，產(chǎn)業(yè)化進程緩慢。“十一五”期間，國家大力推進高性能纖維材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在國家發(fā)改委、工信部、科技部等部門的支持和行業(yè)協(xié)會積極推進下，取得了前所未有的產(chǎn)業(yè)化突破。進入“十二五”以后，高性能纖維產(chǎn)業(yè)成為我國《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出的6個重點發(fā)展的產(chǎn)品之一，也是我國《紡織工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中4個重點發(fā)展領(lǐng)域之一，不僅受到舉國上下的高度關(guān)注，更是步入了快速發(fā)展階段。國務(wù)院在《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中指出，要強化重點領(lǐng)域關(guān)鍵環(huán)節(jié)的重大技術(shù)開發(fā)，發(fā)展高性能纖維及復(fù)合材料等先進結(jié)構(gòu)材料。工業(yè)和信息化部制定的《石化和化學(xué)工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》中，將高性能纖維作為化工新材料創(chuàng)新發(fā)展工程之一。《化纖工業(yè)“十三五”發(fā)展指導(dǎo)意見》中也提出將進一步提升與突破高性能纖維重點品種關(guān)鍵生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)，拓展高性能纖維作為戰(zhàn)略性新興材料在先進軌道交通、新能源汽車、航天裝備、海洋工程和電力等領(lǐng)域的應(yīng)用[2]。一系列良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策為緩解高性能纖維產(chǎn)業(yè)供需矛盾、突破產(chǎn)業(yè)技術(shù)瓶頸、加速推進高性能纖維產(chǎn)業(yè)健康良好穩(wěn)定的發(fā)展給予了有力支持，提供了良好的發(fā)展氛圍和發(fā)展空間，國產(chǎn)高性能纖維產(chǎn)業(yè)已步入快速發(fā)展的軌道。

1 國產(chǎn)高性能纖維相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

1.1 國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不斷建立和完善

隨著高性能纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量意識及標(biāo)準(zhǔn)意識不斷增強，國產(chǎn)高性能纖維產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不斷完善，一批新制（修）訂的高性能纖維產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及檢測方法標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)運而生。

例如，隨著碳纖維的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，碳纖維的品種也不斷增加，如高強型碳纖維從T300發(fā)展到T700、T800和T1000，高模型碳纖維從M40發(fā)展到MJ型，碳纖維的根數(shù)從1 k、3 k增加到6 k、12 k和24 k等，這些都給碳纖維的力學(xué)性能測試造成許多新的問題。GB/T 3362—2017《碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗方法》[3]替代了GB/T 3362—2005《碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗方法》[4]，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗方法的儀器和設(shè)備、試樣、試驗條件、試驗步驟、試驗結(jié)果計算和試驗報告。

對于超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維，新制定的GB/T 29554—2013《超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維》[5]于2013年7月19日發(fā)布，2014年3月1日正式實施。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的的分類和標(biāo)記、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運輸和貯存等，適用于線密度范圍在55～6 650 dtex的超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維，線密度低于55 dtex或高于6 650 dtex的超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維可參照使用。

對于聚酰亞胺纖維，由江蘇省高性能纖維產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心牽頭，江蘇奧神新材料有限公司、東華大學(xué)、長春高琦聚酰亞胺材料有限公司共同參與制訂的GB/T 33617—2017《聚酰亞胺短纖維》[6]國家標(biāo)準(zhǔn)，為首個聚酰亞胺纖維國家標(biāo)準(zhǔn)，于2017年12月1日實施。根據(jù)國產(chǎn)高性能纖維產(chǎn)品種類，表1列出了現(xiàn)行的相關(guān)產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 國產(chǎn)高性能纖維產(chǎn)品相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編號、名稱及實施日期

1.2 基礎(chǔ)性能指標(biāo)檢測方法標(biāo)準(zhǔn)延續(xù)普通化學(xué)纖維相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

目前，國內(nèi)對于高性能纖維的檢測，除了碳纖維等無機纖維和特殊性能檢測以外，其他高性能有機纖維的基礎(chǔ)性能檢測指標(biāo)還是延續(xù)了普通化學(xué)纖維檢測方法，主要包括國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的化學(xué)短纖維和化學(xué)纖維長絲標(biāo)準(zhǔn)等檢測方法。表2列出了現(xiàn)行的國產(chǎn)高性能纖維部分基礎(chǔ)性能指標(biāo)檢測方法。

表2 國產(chǎn)高性能纖維部分基礎(chǔ)性能指標(biāo)檢測方法

1.3 為滿足特殊性能指標(biāo)檢測需求，制定相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

近年來，高性能纖維產(chǎn)品方面的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂數(shù)量顯著提升，但是從目前高性能纖維生產(chǎn)企業(yè)對標(biāo)準(zhǔn)的使用和執(zhí)行情況來看，國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)仍然滯后于產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)展需要，標(biāo)準(zhǔn)對企業(yè)的適用性有待提高。

以碳纖維為例，GB/T 3362—2017《碳纖維復(fù)絲拉伸性能》標(biāo)準(zhǔn)只適用于1～24 k碳纖維復(fù)絲拉伸的性能測定，對于48 k以上的大絲束碳纖維并不完全適用，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26752—2020《聚丙烯腈基碳纖維》[7]中也沒有關(guān)于大絲束碳纖維產(chǎn)品性能指標(biāo)的規(guī)定。超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維產(chǎn)品也是目前在生產(chǎn)和市場應(yīng)用方面都相對成熟的一種高性能纖維，我國在該產(chǎn)品上具有一定的國際競爭力。根據(jù)市場上相關(guān)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)比對，國產(chǎn)高強型超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維在綜合性能上相當(dāng)于荷蘭帝斯曼公司的SK7系列產(chǎn)品，基本滿足了防彈、防爆、防切割等應(yīng)用需求。我國超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維行業(yè)已經(jīng)在積極開展耐熱及抗蠕變性能產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)，但現(xiàn)行超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對產(chǎn)品的耐熱或抗蠕變性能指標(biāo)都未作出相關(guān)規(guī)定。

因此，根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品特點，部分高性能纖維企業(yè)參考使用了國外的檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)和公開的科學(xué)技術(shù)文獻，也有一些企業(yè)根據(jù)自身檢測需要和檢測條件而開發(fā)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測方法，制定了相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)。

2 國產(chǎn)高性能纖維檢測標(biāo)準(zhǔn)存在問題

通過對現(xiàn)行國產(chǎn)高性能纖維檢測標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀的分析，主要發(fā)現(xiàn)以下問題。

2.1 部分現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)滯后于行業(yè)發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)適用性和企業(yè)采用度不高

高性能纖維產(chǎn)品不同于傳統(tǒng)纖維產(chǎn)品，其應(yīng)用領(lǐng)域和下游產(chǎn)品涉及面更廣，因此，不同行業(yè)、客戶對于產(chǎn)品的性能需求也不相同。國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)只對基礎(chǔ)性能指標(biāo)進行規(guī)定和考核，無法兼顧到各領(lǐng)域需求，并且這種需求還在不斷地更新。

目前，高性能纖維產(chǎn)品相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)滯后于產(chǎn)品質(zhì)量的提升和發(fā)展需要，相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對于企業(yè)的適用性不強，且有很多標(biāo)準(zhǔn)還在修訂和完善中。另外，國家標(biāo)準(zhǔn)中適用的產(chǎn)品范圍比較寬泛，而企業(yè)針對固定單一產(chǎn)品制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)則更具有產(chǎn)品針對性，同時，根據(jù)下游客戶需求以及產(chǎn)品用途，企業(yè)對于國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的性能指標(biāo)會有所取舍，松緊程度也會有所調(diào)整，有的指標(biāo)嚴(yán)于國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有的指標(biāo)低于國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

例如，超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 29554—2013《超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維》和FZ/T 54027—2010《超高分子質(zhì)量聚乙烯長絲》[8]，上述兩個標(biāo)準(zhǔn)中僅規(guī)定了產(chǎn)品的通用命名規(guī)則和力學(xué)性能要求。經(jīng)過多年的行業(yè)發(fā)展，超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的力學(xué)性能已經(jīng)有了顯著的提升，上述兩個標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量考核指標(biāo)已經(jīng)明顯不適用于現(xiàn)今超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的實際生產(chǎn)和使用要求。由于生產(chǎn)能力和水平不同，各企業(yè)對于產(chǎn)品的性能分級和命名使用也不同，因此，對于高性能纖維產(chǎn)業(yè)來說，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團體標(biāo)準(zhǔn)由于制訂、修訂的方式更靈活，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布周期更短，也更適用于企業(yè)實際生產(chǎn)。

2.2 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)格分類和質(zhì)量指標(biāo)等要素需要完善，某些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺少關(guān)鍵性能指標(biāo)

國際標(biāo)準(zhǔn)是必須遵守的最低標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)一般都高于國際標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求一般高于國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，而企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求更高且各有特色。為了保證高性能纖維、新功能纖維的品質(zhì)及纖維品質(zhì)的穩(wěn)定性和一致性，在國際標(biāo)準(zhǔn)及國家標(biāo)準(zhǔn)層面對纖維性能的控制及測試提高了要求并增加了檢測項目，但這是有限的，在企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面可以大幅度提高檢測項目及檢測分析要求[9]。

從目前高性能纖維生產(chǎn)企業(yè)對于標(biāo)準(zhǔn)的使用和執(zhí)行情況來看，大多數(shù)企業(yè)更傾向于采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)生產(chǎn)。但是，部分高性能纖維產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定不完善，標(biāo)準(zhǔn)中要求的檢驗項目少，對產(chǎn)品本身的重要特殊性能（如PE的抗拉伸蠕變性、芳綸纖維的阻燃性和熱穩(wěn)定性等）沒有考核依據(jù)，缺少一些必需的引領(lǐng)性關(guān)鍵指標(biāo)。

3 結(jié)語

綜上所述，國產(chǎn)高性能纖維的產(chǎn)品規(guī)格和種類還比較單一，面對不同下游行業(yè)的需求，沒有形成具體、統(tǒng)一、完善的標(biāo)準(zhǔn)化體系，產(chǎn)品市場分類各自為政，不便于質(zhì)量性能指標(biāo)的統(tǒng)一比較和下游企業(yè)的應(yīng)用。與國際先進企業(yè)相比，國產(chǎn)高性能纖維在產(chǎn)品規(guī)格化、系列化方面還存在一定的差距，封閉式的質(zhì)量競爭環(huán)境不利于高性能纖維行業(yè)整體發(fā)展利益。因此，需要政府標(biāo)準(zhǔn)化管理部門、技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會（聯(lián)盟）和相關(guān)企業(yè)共同努力，借鑒國外的行業(yè)發(fā)展經(jīng)驗，盡快形成符合我國國情、有利于下游產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和發(fā)展的國產(chǎn)高性能纖維產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化體系。