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文檔簡介

1、高性能纖維發展趨勢東華大學材料科學與工程學院東華大學化纖工程研究中心東華大學紡織產業創新協同中心王華平12月26日,鹽城第1頁匯報提要一、發展現實狀況二、發展趨勢三、問題&提議第2頁國外出口管制,嚴重影響武器裝備研制,國產化迫在眉睫:碳纖維、芳綸、高溫透波陶瓷纖維等過 去未 來現 在國家科技實力象征之一新型戰略武器空天開發經濟建設科技發展不可替換作用交通運輸新能源建筑物增強提升機械制造業水平低碳經濟迫切需要輕量化材料高性能纖維及應用是新材料主要組成部分,是戰略新材料發展主要方向。一、發展現實狀況-高性能纖維定位與戰略意義第3頁航空航天: “神舟系列”、“天宮”系列;航天器、飛機戰略武器:超高聲

2、速飛行器、戰略導彈、戰術導彈、航母、掃雷艇我國關鍵高性能纖維與制品與技術從更跑階段,自主研發、實現國產化安全防護:個體防護(防彈防刺、消防戰斗服、航天服、作戰服)、裝備防護(裝甲防護、空間防護)、核防護航空航天、戰略武器與安全防護關鍵材料一、發展現實狀況-高性能纖維定位與戰略意義第4頁有機高分子纖維柔性及半剛性鏈:PE纖維、芳綸1313、PEN、PTFE剛性鏈:芳綸1414、 PBO、PI、聚芳酯、PEEK、M5無機纖維(有機前驅體聚合物)碳纖維:PAN基、粘膠基、瀝青基、CNTs、石墨烯碳化硅纖維 :SiC氮化物纖維:SiBN、BN、SiN、SiCN、SiBNC氧化物纖維:ZrO2、玻璃、玄

3、武巖、Al2O3、SiO2、結構/功效一體化高性能纖維 抗燒蝕 抗高溫氧化 高導熱性 吸波結構材料用高性能纖維 高強度 高摸量 高抗壓強度 耐高溫高性能纖維含有高強高模、耐高溫、抗腐蝕等優異性能,是不可或缺戰略物資,高端高品質品種國產化任務艱巨。一、發展現實狀況-主要品種第5頁 代表性企業及進展代表性企業代表性品種(產能)中復神鷹 SYT45(3K、12K、24K)5000 SYT49(12K、24K) SYM30(12K) SYT55(12K)恒神股份HF10、HF20、HF30、HF40、HF30S、HF40S(3K、6K、12K)5000中安信T700、T800、T900、T1000級和

4、M系列5000吉林化纖1K、3K、6K、12K、12S、24K、48K一、發展現實狀況-主要品種數據起源于網絡,中復神鷹完成了大約2000噸碳纖維銷售,企業在市場首次實現盈利,為中國碳纖維探索出道路與前景,含有里程碑意義。恒神股份也完成1.95億元銷售業績,與眾多應用單位建立合作開發復合材料構建合作協議。打通產業鏈目標在步步靠近。光威年實現上市,打造軍工產品。第6頁煙臺泰和芳綸1414纖維實現凈利潤萬;一、發展現實狀況-主要品種代表性企業代表性品種(產能)煙臺泰和間位芳綸6000煙臺泰和對位芳綸1500中藍晨光院間位芳綸10000揚農化工對位芳綸500儀征化纖對位芳綸500(3000)數據起源

5、于網絡代表性企業及進展第7頁一、發展現實狀況-主要品種代表性企業代表性品種(產能)江蘇奧神聚酰亞胺長絲、短纖長春高崎聚酰亞胺短纖1000江蘇神鶴超高分子量聚乙烯纖維400湖南中泰超高分子量聚乙烯纖維1500儀征化纖超高分子量聚乙烯纖維2300鏘尼瑪超高分子量聚乙烯纖維1000山東愛地超高分子量聚乙烯纖維5000江蘇九九久超高分子量聚乙烯纖維3000寧波大成超高分子量聚乙烯纖維1800北京同益中超高分子量聚乙烯纖維北京威亞超高分子量聚乙烯纖維1000數據起源于網絡第8頁應用領域航天航空15200170001930022800體育休閑6900720078008200船舶應用118012201290

6、1330土木工程3200350038504300汽車1380015800175002壓力容器3500380042504650風電葉片900010000114000總計52780585206599077280需求依然集中在航空航天、工業用和體育休閑三大應用市場,需求量到達52000噸。預計需求增加最快領域是汽車工業,到年將到達22000噸,應用規模與航天航空相當;資料起源:中國化學纖維工業協會主要領域碳纖維需求情況預測單位:噸聚丙烯腈基碳纖維一、發展現實狀況-應用需求第9頁對位芳綸最大應用市場是防彈和摩擦密封材料,其次是光纜補強材料、橡膠制品和輪胎簾子布,新興應用領域是增強熱塑性樹脂制品,包含混

7、雜風電葉片、箱包、手機殼等。消費總量將達90000噸,主要包含個體防護、增強材料、摩擦密封材料和體育休閑用具4個方面。對位芳綸主要領域碳纖維需求情況預測單位:噸應用領域個體防護32500357003920043000增強材料21100229002480026900摩擦密封材料32100350003820041700體育休閑5200570062006700總計9090099300108400118300一、發展現實狀況-應用需求資料起源:中國化學纖維工業協會第10頁間位芳綸全球間位芳綸需求量將保持5%-6%年增加率,需求主要分布在電氣絕緣紙、防護材料和高溫濾料,到,間位芳綸產量將達59000萬噸

8、。應用領域過濾織物9560908086308200防護服17800192002067022270電子設備4190445047305030芳綸紙22900251002753030100增強材料及其它5010546059406460總計59460632906750072060主要領域碳纖維需求情況預測單位:噸一、發展現實狀況-應用需求資料起源:中國化學纖維工業協會第11頁超高分子量聚乙烯纖維一、發展現實狀況-應用需求全球市場對超高分子量聚乙烯纖維需求,除軍事方面對防彈材料需求劇增外,特種繩索市場應用發展快速,直接推進了產業高速發展。歐美主要用于防彈衣和武器裝備,占比可到達60%70%,其次為繩纜占

9、20%,漁網等占5%,勞動防護占5%。在工藝深入成熟,成本深入降低基礎上,超高分子量聚乙烯纖維將更多地應用于遠洋漁網、海洋養殖網箱、體育用具和醫用材料等民用領域。第12頁碳纖維、間位芳綸、聚苯硫醚纖維和連續玄武巖纖維等實現快速發展,產能突破萬噸。對位芳綸、聚酰亞胺纖維、聚四氟乙烯纖維等實現千噸級產業化生產,填補國內空白,山打破國外壟斷。聚芳醚酮纖維、碳化硅纖維等攻克關鍵技術,為實現產業化奠定基礎。形成了江蘇、吉林、東等產業集聚地,具備了一定區域發展基礎我國高性能纖維穩步發展,已成為全球生產品種覆蓋面最廣國家,產能規模已居世界前列一、發展現實狀況-國產化水平第13頁匯報提要一、發展現實狀況二、發

10、展趨勢三、問題&提議第14頁高性能纖維定位:為二十一世紀人類提供解決方案方案紡織工業環境健康安全拓展新領域新內涵纖維新設計技術服裝裝飾可穿戴汽車軍工航空航天能源建筑水處理過濾土工保健組織工程器官修復反恐防護安全新價值創造引領國際化競爭產品品牌化重視生態環境產品可設計:舒適性、功效性、生態性;資源可再生、可回收技術可調控:專業化智能化;高品質、高性能化;綠色生態一、高性能纖維發展趨勢第15頁二、高性能纖維發展趨勢德國工業4.0Future TEX計劃歐盟Horizion計劃美國革命性纖維和紡織品計劃法國Up-tex基地日本高技術纖維高端纖維制品資源利用和循環經濟以用戶為中心柔性價值鏈未來新型紡織

11、材料圍繞產業競爭力配置資源;整合國家最高水平資源;建立需求導向制造理念,實現面向消費者快速響應體系;跟蹤創新重點突破系統集成發達國家集中在高性能、功效性、智能纖維,明確應用需求,形成了關鍵競爭力東南亞:產業轉移第16頁 產品高性能化、專業化、結構功效一體化圍繞汽車、高鐵、海洋工程、環境保護等重大應用領域需求,設計研發高強高模、防裂、耐高溫,使用壽命長與高可靠性等新型專業化高性能纖維品種。結構功效一體化品種:含有輕質、高強、防熱、抗氧化燒蝕、抗蠕變、高溫透波、高溫吸波等材料為未來戰略武器主要基礎材料。高強輕質防裂抗氧化燒蝕耐高溫抗蠕變使用壽命長高溫透波圍繞應用需求1、汽車2、高鐵4、環境保護結構

12、功效一體化二、高性能纖維發展趨勢3、海洋第17頁 加工技術高效穩定化結合工程原理,研發高效高濃度等規模化、專業化技術與裝置,實現產品低成本化、高穩定化。提升產品性能一致性、穩定性和可靠性;單體高效合成與提純技術高效高轉化率聚合及其穩定化控制技術高濃度超高分子量PE紡絲原液高效連續制備與低降解技術高粘度紡絲溶液快速脫泡與高均質化技術 高濃度高壓高密度擠出、高速干噴濕紡、蒸汽牽伸技術剛性/半剛性鏈液晶紡絲工程與纖維性能調控技術 可控、均質高效預氧化及碳化、節能減排、低成本技術二、高性能纖維發展趨勢第18頁 全生命周期綠色化研發綠色溶劑、萃取劑、助劑等技術,推進原料體系綠色化開發高效溶解、高濃度高密

13、度高壓擠出、高速紡絲等高性能纖維高效制備關鍵技術;開發全封閉高密封連續生產裝置,節能減排,加工過程綠色化研制機械高效增發等溶劑及助劑高效分離、回收利用技術,降低溶劑等消耗。開發高性能纖維應用輕量化、減量化技術、原液著色技術開發高性能纖維產品循環回收、梯度利用技術。 二、高性能纖維發展趨勢原材料產品應用產品回收制造工藝高效化品質化工程化綠色化推進高性能纖維生產、開發與應用第19頁加工體系智能化二、高性能纖維發展趨勢發展生產流程信息化、智能化及產品可追溯性,推廣智能工廠、智能車間示范應用,提升高性能纖維制備效率與品質,降低勞動強度,保障安全。第20頁 原料體系專業化配套定制碳纖維、高強高模聚乙烯、

14、聚酰亞胺纖維等生產單體、溶劑、上漿劑等實現專業化標準化定制。開發與高性能纖維相匹配紡絲油劑、上漿劑和纖維評價表征技術,提升產品適用性,實現規模化生產。單體溶劑萃取劑 增塑劑上漿劑穩定劑紡絲油劑生產加工技術技術指標、應用指標固定化評價表征技術應用領域專業化二、高性能纖維發展趨勢第21頁 應用領域不停拓展,需求進入快速發展期二、高性能纖維發展趨勢國防軍工用交通運輸裝備用第22頁二、高性能纖維發展趨勢碳纖維重大需求關鍵科學問題創新戰略主要難點粘膠基碳纖維:低熱導率、耐燒蝕PAN基碳纖維:高強高模、耐高溫、耐腐蝕,是航天航空急需戰略物資高純度、低缺點,低不勻率大分子化學組成、序列結構及分子量調控紡絲與

15、牽伸動力學及結構演變有機無機轉化機理及缺點控制大飛機東風巨浪空間站以均勻性穩定性工程控制為根本第23頁二、高性能纖維發展趨勢聚酰亞胺纖維重大需求關鍵科學問題創新戰略主要難點民用:高溫過濾、特種防護國防:熱、核及空間防護低成本化、工程化、產業化、綠色化初生纖維化學穩定性控制、纖維凝聚態結構同時調控構建聚合與成形新體系高溫過濾耐高溫消防戰斗服戰術導彈內絕熱層第24頁二、高性能纖維發展趨勢芳綸重大需求關鍵科學問題創新戰略主要難點對位芳綸國產化、間位芳綸差異化、雜環芳綸低成本化高分子量PPTA和高模量對位芳綸制備間位芳綸染色,雜化芳綸工程化高活性高粘度非均相縮聚反應過程中聚合物微區效應控制液晶紡絲過程

16、凝聚態與微缺點控制高分子量PPTA聚合與干噴濕紡原液著色技術及初生纖維在線著色技術單體合成國產化巡航導彈裝甲防護天空飛行器與飛船對接士兵防護第25頁二、高性能纖維發展趨勢紡織復合材料重大需求科學問題創新戰略技術難點紡織復合材料比現有鋪層復合材料含有顯著優勢復合材料沖擊動力學及多尺度設計功效、設計、制備一體化以構建多尺度細觀結構與通用紡織單胞模型為基礎,提升設計水平以大型編織復合材料機自動化及特種編織裝備產業化為突破口,形成制備體系航天單兵防護航空第26頁匯報提要一、發展現實狀況二、發展趨勢三、問題&提議第27頁總體設計和關鍵裝備制造能力不足,各家設備千差萬別,無法組織統一攻關,國產化裝備總體水

17、平較低,尤其是在智能化、清潔化、穩定化等方面有待加強。關鍵原材料、溶劑、催化劑、萃取劑等質量穩定性較低,造成生產品種與輔料匹配性不強,關鍵樹脂、上漿劑等輔料仍依賴進口。產品規格少,尤其是高性能品種與規格缺乏。自主創新與知識產權較弱,國內現有主要生產廠家專利技術缺乏,市場拓展有法律風險。三、發展中問題&提議-問題制造體系總體水平較低,競爭力較弱第28頁創新要素分散:高校、科研基地、平臺、企業等創新資源各自開展研究,整體集聚度較低,協同合作不夠。基礎研究、技術開發與產業化發展不一樣時。 213564高校機理研究政府政策支持企業裝備研發放大生產科研平臺基礎研究科研院所基礎研究小試科研基地小試、中試三

18、、發展中問題&提議-問題第29頁產業鏈脫節,應用水平低,市場開發慢:高性能纖維生產企業普遍缺乏中間材料、復合材料設計和生產能力,與下游用戶聯絡脫節,造成下游用戶應用難度和風險較大,規模化應用進展慢。產品與應用標準化體系建設進度慢,行業標準、產品標準和工藝標準不匹配,應用驗證數據缺失,標準和數據體系欠缺,嚴重推進開發與應用。三、發展中問題&提議-問題基礎原材料企業纖維企業下游應用企業缺乏不匹配第30頁加強與國內關鍵裝備制造、原料制備、纖維生產、下游應用企業合作。結合生產工藝與應用需求,參加原料設計與裝備設計方案制訂,提升國產裝備精細化、自動化程度。加大單體、溶劑、樹脂、浸潤劑、模具開發能力,全方面提升高性能纖維制備及復合材料應用水平。集中處理我國高性能纖維普遍存在“小而散”問題。進行資本整合,加緊推進企業吞并重組,形成一批區域性行業龍頭企業,提升產業集中度。 加強原料、助劑、設備自主化開發與國產化三、發展中問題&提議-提議第31頁 強化后道應用對接,推進專業化、規模化定制加大重點高性能纖維標準制修訂力度。完善與細化碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維、玄武巖纖維等高性能纖維及產品、檢測

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