1.3　高性能纤维简要发展历程

1.3.1　国外高性能纤维发展历程与现状[33～38]

美国一直是全球高性能纤维的开发先锋，并将其作为重要的技术支撑，特别是在20世纪50～80年代，以杜邦公司为首的美国企业研制过上百种特种纤维，并探索出有效促进其产业化的道路。50年代重点发展含氟纤维，如聚四氟乙烯纤维在1953年由杜邦公司开发，1957年实现工业化生产。美国Wright-Patterson空军基地开始研制黏胶基碳纤维；1959年美国UCC公司生产低模量黏胶基碳纤维Thornel-25。随后，杜邦公司最早研制成功芳纶1313，并于1967年实现了工业化生产，商品名为Nomex，开创了耐高温纤维的新纪元。1971年，杜邦公司采用干喷湿纺的液晶纺丝新技术试制成功聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（即芳纶1414），芳纶1414具有高强度高模量性能，商品名为Kevlar，并于1981年开始规模化生产。美国先后研发了聚芳噁二唑纤维、聚苯硫醚纤维、酚醛纤维、聚芳酯纤维、聚苯撑苯并二噁唑纤、聚苯并双噻唑纤维、四氟乙烯-六氟丙烯纤维以及一系列无机纤维和大丝束碳纤维等，从而奠定了美国在世界高性能纤维领域的领导地位。由于在航空航天、先进武器、防卫防护等方面相关的高性能纤维需求与规模大，目前美国的战略重点在于高性能复合材料方面，其在高性能纤维的技术加工能力、制品应用开发能力及产业链方面仍处于世界领先水平。

20世纪60年代日本科学家相继发明了聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，所以日本在碳纤维产业方面无论是技术还是产量均处于世界领先水平。进入20世纪90年代后，日本通过与美国、欧洲企业合作开发，以及兼并收购国外优势品种等方式，全力扶持发展高性能纤维产业，使其很快提升到世界先进水平。例如，群荣化学公司兼并了美国开发的酚醛纤维，成为唯一生产商；可乐丽公司将美国塞拉尼斯开发的聚芳酯纤维实现产业化；东洋纺公司投产了PBO纤维Zylon；帝人公司于2000年收购了荷兰阿克苏·诺贝尔公司的芳纶1414纤维Twaron事业部；东丽公司则先后兼并了杜邦的聚四氟乙烯纤维事业部和菲利浦公司的聚苯硫醚纤维事业部而形成绝对优势的产品。作为产品系列化、精细化发展的代表，日本已经成为世界高性能纤维的头号生产国。由于日本企业在高性能纤维产业化技术方面拥有丰富的实例，因此许多欧美公司将其研发的新纤维品种转移到日本来实现产业化。目前，日本不仅拥有最多的高性能纤维产品，而且拥有一批如聚芳酯纤维、含钛的碳化硅纤维、杂环类纤维等世界上独有的品种。

欧洲在高性能纤维的研发与产业化方面也具有独特的发展优势，并且保留了一批独有的产品。俄罗斯是高技术纤维的发源地之一，最早研发了高强度高模量纤维类的杂环芳纶SVM、Armos以及连续玄武岩纤维等，并实现了工业化生产，处于领先水平。20世纪80年代，荷兰帝斯曼（DSM）公司开发了低成本、高浓度的超高分子量聚乙烯纤维干法凝胶纺丝新工艺，最早实现了纤维的商业化，打开了柔性链高聚物制备高强高模纤维领域的大门，目前在超高分子量聚乙烯纤维的产品性能与产量方面仍处于领导地位。聚酰胺-酰亚胺纤维于20世纪60年代由法国Rhône Poulenc公司研究开发，1992年该公司和Amoco织物与纤维公司共同成立Kermel公司，将该纤维正式定名为Kermel；Kermel公司是欧洲耐高温及阻燃纤维市场上的领先企业，生产的面料广泛应用于消防、军队、警察等职业防护服。20世纪80年代，奥地利Lenzing AG公司推出了耐高温的聚酰亚胺纤维P84，现为德国赢创集团（EVONIK）下属的Inspec Fibres GmbH公司所有。德国巴斯夫（BASF）公司于20世纪90年代采用离心纺丝或干法纺丝、热空气干燥固化的工艺成功开发了三聚氰胺纤维，在德国西部建成世界上第一家示范工厂，商品名为Basofil纤维。德国西格里集团（SGL）则在大丝束PAN基碳纤维方面占有一席之地。

表1-4所示为国外高性能纤维主要品种的发展历程。

续表

1.3.2　我国高性能纤维发展历程与现状[39～43]

我国高性能纤维的基础研究工作起步于20世纪60年代，对大多数国外已有的品种都做过不同程度的研究。例如，上海合成纤维研究所1969年就完成了聚四氟乙烯纤维的小试研究工作，还采用干法纺丝工艺小批量生产聚酰亚胺纤维，70年代相继对芳纶1313、芳纶1414、碳纤维、氮化硼纤维、聚苯并咪唑纤维等进行研究开发；吉林应用化学研究所60年代初着手研究PAN基碳纤维，到70年代初已完成连续化中试装置。到20世纪80年代，在国家财政的投入下又开始研究开发，包括超高分子量聚乙烯纤维、芳纶1414、PAN基碳纤维等的小试和中试生产，如芳纶1414在“六五”计划期间主要进行工业化小试，“七五”计划期间进行中试，但由于产、学、研有一定程度的脱节，产业化进展较为缓慢。

“十五”计划期间，黏胶基碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶1313、芳砜纶、聚苯硫醚纤维等高技术纤维的产业化取得了初步成果。中国纺织大学（现东华大学）形成了双螺杆纺丝、连续萃取、多级多段拉伸的全套超高分子量聚乙烯纤维的产业化工艺，从1994年开始，先后在中纺投资公司、湖南升鑫高新材料股份有限公司、宁波大成化纤集团等三家企业实现了200～300t/a的规模化生产，这一项目的成功使我国成为继美国、荷兰、日本之后，世界上第四个能够生产超高分子量聚乙烯纤维的国家，而烟台氨纶则建成了产能为500t/a的间位芳纶一期工程生产线。2002年上海纺织控股（集团）公司整合优势力量，结合产学研联合攻关，完成千吨级的我国具有自主知识产权的耐高温纤维芳砜纶产业化工程关键技术的开发。四川得阳公司在中国纺织科学研究院研究成果基础上，成功完成了聚苯硫醚纤维纺丝关键设备与成套技术的开发。这一阶段，我国高性能纤维的工业化生产规模较小，而且在核心技术的掌握、产业化规模以及产品应用开发上落后于发达国家。

2006年以来，国家高度重视高性能纤维发展，政府的推动力度明显加大，行业协会的管理协调显著加强，一批国家级骨干企业和民营高新技术企业积极参与，真正成为技术创新的主体，使得我国高性能纤维技术水平和产业化发展取得了重大进步，PAN基碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维、玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维等品种的自主化技术及产业化生产取得一定突破，相关的工艺技术、配套装备、产品应用、标准法规等也取得较好进展。我国高性能纤维年增长率达到30％以上，超过常规化纤增长率约10倍，高性能纤维产业实现了初具规模、初上水平。

“十二五”期间，我国高性能纤维生产全面开花，其研发和产业化取得突破性进展。聚丙烯腈基碳纤维突破了干喷湿法原丝纺丝关键技术，实现了产业化、规模化生产，碳纤维产品已覆盖高强、高强中模、高强高模等多个系列，T700级碳纤维实现稳定生产，已具备较强市场竞争力，中复神鹰碳纤维有限公司的国内首条千吨级T800原丝生产线成功投产，所有的核心设备和技术都是自主研发，性能基本与国外同类产品一致。间位芳纶产业化规模继续扩大并批量供应市场，产品品质接近国际先进水平，品种结构包括长丝、短纤维和芳纶纸三大类；对位芳纶则已实现高强型、高模型产品国产化，建成了千吨级液晶纺通用级、高模量级对位芳纶生产线。超高分子量聚乙烯纤维已形成干法和湿法两种生产工艺，产品质量达到荷兰DSM公司SK75水平，产业化规模不断扩大，国内市场占有率已达90％以上，出口数量和品种也进一步增加，应用领域逐步拓展。突破了聚苯硫醚纤维级树脂合成与纯化成套技术，开发了纳米复合改性聚苯硫醚纤维，提高了产品的氧化诱导温度，并逐渐向细旦化发展。分别实现了千吨级湿法和干法纺聚酰亚胺纤维、膜裂法聚四氟乙烯纤维、百吨级聚醚醚酮纤维产业化生产规模，还有聚芳酯纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维等品种正在产业化攻关阶段。同时，我国高性能纤维产业基本上完成了区域布局，碳纤维及其复合材料以江苏、山东、吉林为主要的产业集聚地，芳纶以山东和江苏为主，聚苯硫醚纤维主要分布在四川和江苏两地，超高分子量聚乙烯纤维以江苏、浙江和湖南为重点，聚酰亚胺纤维集中在吉林和江苏，连续玄武岩纤维以浙江和四川为主。

我国的高性能纤维产业用不到十年时间缩短了与发达国家30年的差距，目前已成为全球范围内高性能纤维生产品种覆盖面最广的国家，品种齐步发展，产品几乎覆盖所有品种，生产能力仅次于欧美日，部分品种质量达到国际中等以上水平。打破了国外的垄断和封锁，大幅度降低了成本，为下游用户创造了难得的战略性发展机遇，不仅能初步满足航空、航天等领域的急需，而且有效地推动了能源环保、体育休闲、交通运输等国民经济重大产业的创新和发展，创造了良好的产业链经济效益。

但相对高速发展的国民经济与国防建设，我国高性能纤维及其复合材料理论研究和产业化基础相对薄弱；碳纤维、芳纶及其复合材料高效制备与广泛应用等领域中的一系列关键科学技术问题还没有完全突破；成本高、质量波动大、品种差别化水平较低、应用技术开发滞后；行业自主创新能力不强。和世界先进水平相比，我国的高性能纤维无论在产品质量、品种，还是在生产规模等方面和世界先进国家相比还有着相当大的差距，综合实力排在欧美日之后。未来5～10年，依旧是高性能纤维发展的上升期，具有广阔的空间。

表1-5所示为我国高性能纤维产业化品种及主要生产厂家。

续表