纵论：我国高新技术纤维材料的现状及发展

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10月15日，2012高新技术纤维材料产业创新论坛在京举办。论坛上，来自科研院所、高校及企业的代表就我国高新技术纤维材料产业市场现状、需求、发展战略及新技术、新产品的开发等问题进行了研讨。

产业基础有待系统性夯实

产品水平经受市场化筛选

张定金（中国复合材料集团有限公司董事长）：

对全线亏损现状对症下药

由于我国碳纤维产业化发展较晚，对核心技术及相关装备设计的专利覆盖面非常窄，进入国际市场竞争缺乏优势。生产开发碳纤维的企业都是比较年轻的企业，缺乏化纤生产的技术沉淀及人才培养。除此之外，我国的碳纤维企业面临多重问题：缺乏专业的碳纤维（高性能纤维）生产线装备设计及制造企业；技术优势企业难以得到国内碳纤维相关的研发资金，研究院所与企业争抢研发资金，研究院所与企业共赢的优势得不到发挥；产品的稳定性不强，批内、批间的波动仍然较大；低水平重复的研发与生产建设非常严重，造成资金等资源的浪费；对大丝束的预氧化和碳化缺乏工艺经验，缺乏生产线的低成本运营经验；产品、技术、工艺路线单一，生产经营还不能适应市场的要求。所以，国产碳纤维价格低于国际平均水平，同时也低于其生产成本，基本处于全线亏损的境地。

目前我国碳纤维产业在国际市场没有话语权。如果生产技术、产品质量都能达到国际主流水平，我们的产品自然而然就会有市场话语权。而对于成本问题，不仅要从丙烯腈到碳纤维的系统中去解决，更需要从碳纤维到复合材料构件的系统中去解决，要从先进材料的综合使用效能上去解决。

产业工程化研究目前还较为肤浅。在碳纤维领域，对比国内外专利就能明显看出其工作细致性的差距，工程化的研究基本都是由企业结合生产实际来实现或完成，因此，要鼓励更多的科技人员走向企业一线，从事一些基础、单调而有意义的工作。

杨建行、欧阳琴（中科院宁波材料技术与工程研究所）：

各级碳纤维都有相应市场

T300、T700、T800级碳纤维的应用领域各有侧重，不存在谁取代谁的问题。其中T300的历史最为悠久，生产质量也稳定可靠。T700主要用于压力容器、休闲用品的制造，其生产具有速度快、成本比较低等优点，有效地解决了成本问题，满足了工业化与大量使用的需求。标准模量碳纤维目前的市场份额为80%～90%，剩下的市场份额由高强中模碳纤维占据。

高强高模碳纤维是由高强中模碳纤维经过石墨化而制成。高强中模碳纤维的研制工作，从其自身水平、应用领域来讲都至关重要。高强中模碳纤维没有明确需求牵引，所以更需要企业自身的创新推动。国内的企业大都停留在实验室阶段或工程化研究阶段，很难实现规模化稳定生产。

李建新（天津工业大学教授）：

膜材料产业正在努力追赶

人工肾是中空纤维膜材料产业最早被应用的领域，这一市场一直由日本企业主导，国内企业正在努力追赶。现在的膜产业已被广泛应用到水处理、制药的分离纯化、啤酒的生产等诸多领域。中空纤维膜材料的使用具有多种优势。中空纤维材料的装填率非常大，而料液的压差最小，使过滤过程的压力也比较小，价格比较低。但是由于中空纤维是单丝功能纤维，它的强度也是个关键的性能参数。

“十二五”规划中中空纤维膜发展方向为高强度PVDF等中空纤维膜及大型膜组器（MBR）装置、水处理中空纤维复合纳滤膜规模化制备技术、气体分离中空纤维复合膜技术。

目前全球高性能膜材料的发展呈现以下几方面特点：一是膜材料产业向高性能、低成本及绿色化方向发展。二是膜材料市场快速发展，与上下游产业结合日趋紧密。三是膜技术对节能减排、产业结构升级的推动作用日趋明显。四是膜技术对保障饮水安全、减少环境污染的作用显著增强。高性能膜材料在这些领域的应用呈发展趋势。

刘兆峰（苏州兆达特纤科技有限公司总经理）：

发展芳纶产业顺应历史进程

有观点认为，化学纤维发展史有两个里程碑，第一个里程碑是化纤部分取代天然纤维，第二个里程碑是高技术纤维材料部分取代钢铁、塑料。芳纶是高技术纤维的代表，由此可见对位芳纶产业的重要性。目前，国外对位芳纶的生产企业主要有美国杜邦公司、日本帝人公司、韩国可隆公司及晓星公司。

胡显奇（浙江石金玄武岩纤维有限公司总经理）：

持续创新才能抢占先机

连续玄武岩纤维（ContinuousBasaltFiber，简称CBF）是以火山岩为原料经1450℃～1500℃高温熔融后快速拉制而成的连续纤维。它的耐烧蚀性与碳纤维、高硅氧相当，隔热性能比碳纤维优越，价格却只有碳纤维的1/8到1/5。高强高模的玄武岩纤维可用于树脂基复合材料的增强，对武器装备的高性能化和轻量化有直接的贡献。国内外CBF的产业尚处于初级阶段，无论是基础研究、还是市场的应用研究，或是规模生产的工艺技术及装备等方面都有很多的技术瓶颈需要攻克。因此，CBF产业的技术创新之路任重而道远。我国生产玄武岩纤维具有自主知识产权，对外依存度为零，其生产技术在世界处于领先地位，为我国新型武器装备的制造提供新材料的支撑。

CBF产业既需要国家的大力扶植，也需要企业加强技术攻关。CBF是“烧钱”的高技术产业，因此，必须引进产业资本，要从CBF性能优势出发，要通过产学研结合的方式加强应用研究，有重点地寻找量大面广的领域，大力开展应用研究，引导和撬动市场需求，促进产业迅速发展。高技术产业都是大投入大产出，干小了等于白干、干慢了等于自杀。只有持续创新才能在与传统产业的竞争中抢占先机，进一步实施可实现价值创新的“蓝海战略”，迎来企业快速增长和持续赢利的春天。

杨年慈（湖南中泰特种装备有限责任公司研究所所长）：

PE纤维产品还需开拓与细化

个体防护装备是现代战争、反恐和维稳中减少伤亡、提高战斗力的重要保障。个体防护装备随武器的发展而不断提升，目前已成为一个重要产业。枪击和刀刺是对人体伤害的两大威胁，目前单独的防弹服和防刺服走向防弹防刺（双防）将成为必然趋势。兼有防弹防刺功能的材料攻关难点在于两种防御机理间的悬殊差异，需要同时满足三种贯穿相矛盾的材料制备。此项研究起步较晚，在国际上尚无防弹防刺服的标准。

近十年来，我国PE纤维取得了迅猛发展，纤维品质有待进一步提高。我们仍需在后加工产品方面努力开拓与细化，提升产品附加值，使产业步入良性循环，最终实现由纤维生产国向纤维产业国的转变。

袁其朋（北京化工大学生命科学与技术学院院长）：

化工多元醇市场尚未成熟

化工多元醇广泛应用于化工、制药、材料与食品等领域。我国的化工多元醇产业直接年生产总值超过700亿元，与之相关的产业超过7000亿元。目前，国内多元醇生物炼制工业面临成本与技术的双重挑战。首先是粮食原料来源受限，而非粮生物质组分复杂，利用率低；菌种（催化剂）催化效率低、选择性差；现有的生产工艺能耗高、污染严重；生产规模小，下游产业开发不足，诸多原因造成国内多元醇生物炼制工业成本高、技术不成熟、缺乏市场竞争力。

研发投入须从实际需求出发

技术升级要与工程一线结合

张定金（中国复合材料集团有限公司董事长）：

技术合作要与自主研发相结合

面对我国高性能纤维（包含碳纤维）相关生产技术基础薄弱的问题：一方面要多渠道积极吸收并消化国外的相关技术，加强相关领域的技术合作；另一方面，在化纤相关领域不可一味引进与复制国外生产线，要加强自主研发，从国家层面进行相关技术的整合与共享，集中优势力量解决主要矛盾。

刘兆峰（苏州兆达特纤科技有限公司总经理）：

核心技术需要理论联系实际

企业想发展，单靠资金和技术人才不掌握关键的核心技术是不行的。而关键的核心技术必须在小试、中试过程中理论联系实际，进行艰苦实践才能得到。而仅掌握关键的核心技术，缺乏资金支撑，发展会很艰难，不成气候。因此，我们呼吁二者结合，希望几年后中国可以出现和杜邦、帝人相匹敌的芳纶企业。国内目前有6家企业从事对位芳纶产业化，4家央企或大型国企，2家民企。其中有3家宣布已建成千吨级产能。苏州兆达公司是常熟市以范建刚为首的一批民营企业家以自然人身份集资成立的公司。公司以企业为主体，实行产、学、研三结合，由东华大学退休教师及东华大学毕业的博士、硕士组成技术团队，由总后装备研究所等单位参加后续产品的研发。

施楣梧（总后勤部军需装备研究所博士）：

遮蔽性研究推动多学科发展

服装最基本的功能是御寒和蔽体。虽然现代服装面料的设计更多考虑的是美观，但仍然要重视服装的防透视性能，加强浅色服装的遮蔽效果。我国海军的87式、04式水兵服都采用了有衬里设计，而07式海军服不加衬里，使得加强遮蔽效果变得尤为重要。

除了保证海军官兵穿着白色夏季服装后拥有庄重威武的外观且兼具舒适性之外，遮蔽性的研究还可以使穿着夏季轻薄服装的人群避免内衣和体肤暴露的尴尬，有关视觉遮蔽理论研究也可推动光学理论的发展，指导其他遮障物的设计，对气象学、烟幕学等学科的发展具有推动作用，具有重大的学术意义。

要达到视觉遮蔽效果，可以从染整环节的涂层、泡沫整理，到纺制细支高密纱线，设计多层结构、强反光的组织结构，再到细旦、多孔、中空、粗糙化、异型纤维的生产等多方面入手。日本在此方面的研究成果最多，水平也较高。总后装备研究所使用的是增强光散射的方法来实现纤维的防透视效果和织物的视觉遮蔽效果。

徐坚（中国科学院化学研究所研究员）：

产业建设中技术薄弱成问题

经过多年的持续努力，我国高性能纤维制备与应用技术取得了重大突破，初步建立起国产高性能纤维制备技术研发、工程实践和产业建设的较完整体系，产品质量不断提高，产学研用格局初步形成，基本解决了国产高性能纤维制备与应用的“有无”问题，有效缓解了国民经济和国防建设对国产高性能纤维的迫切需求。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基础和产业化基础仍相对薄弱。碳纤维制备、芳纶纤维制备和复合材料高效制备与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，行业自主创新能力不强，部分高性能纤维及其复合材料制件仍依赖于进口，处于受制于人的局面。

朱美芳（东华大学材料科学与工程学院院长）：

纳米杂化材料超越传统材料限制

纳米杂化材料结合了有机及无机基团的性质和功能，与单一的有机物或无机物相比，其在力学、光学、电磁学、耐热性和生物医学功能等方面具有明显的性能优势，而且容易通过结构设计、方法选择合理控制各种反应参数（如反应温度、时间、无机组分的相对含量等）来实现功能调控和优化。

将无机纳米粒子分散在聚合物基体中制备高聚物基纳米复合材料，已被广泛地应用于聚合物的性能改善和功能化。因为这类纳米复合材料可以综合无机纳米材料与聚合物的优点，对高聚物基体的力学性能、热性能等产生特殊的影响或增加新的物理性能，极大改善材料的稳定性和可加工性，对开发高性能、有特殊功能的复合材料具有重要意义。从物理和化学两方面改进PHAs结构，克服其上述结构与性能缺陷，全面提高其物理机械性能是本领域前沿和热点研究问题。课题组及其国内外同行运用纳米材料和技术改性PHAs的研究进展。通过与纳米粒子的复合，PHAs基复合材料的力学性能、热性能和可加工性等得到显著提高，且有新的特殊物理性能产生，对开发高性能、多功能的PHAs具有指导意义。大力发展PHAs材料产业链，既能够减少对石油等不可再生资源的依赖，又可以降低污染物排放。

朱波（山东大学材料科学与工程学院教授）：

碳纤维生产也要科学降耗

在碳纤维制备过程中，主要能耗环节包括原料精制、原液制备、原液保温、牵伸浴槽加热、蒸汽牵伸加热、原丝干燥烘干、预氧化炉、低温碳化炉、高温碳化炉、碳纤维制备烘干、溶剂回收、单体回收、氮气制备、废气焚烧、车间空调、冷却循环等。以年产1000吨12K碳纤维设施为例，需要消耗蒸汽约20吨/小时，电力约4200千瓦时。如果我们使用科学的方法优化设计，可以大幅降低碳纤维制备过程中的能耗，促进碳纤维生产技术的进步。

原料精制采用多效精馏，利用余热预热需要精制的原料、需要回收的废液、需要汽化的液氮，综合可以节省蒸汽约2吨/小时；加强浴槽保温，加强原液保温，优化烘干设备，密闭烘干设施，可以减少约1.5吨/小时蒸汽损耗，同时可减少车间空调能耗；优化蒸汽牵伸机的设计，减少蒸汽流失量，可以减少约1.5吨/小时蒸汽损耗，同时可减少车间空调能耗。

利用废气焚烧炉余热预热进入燃烧室的废气，利用烟气预热预氧化炉的新鲜空气，每小时可节约煤气约200立方米，节省预氧化炉电力消耗约1000千瓦时。低温碳化炉采用出口预热冷氮气，可有效利用碳纤维余热，同时可减少出口水冷消耗，可节省电力约50千瓦时。高温碳化炉采用复合保温设计，取消炉壁水冷，可减少装机容量500千伏/安～700千伏/安，减少冷却水带走热量能耗约200千瓦时，同时可减少备用电源及安全设备投入，减少冷却水循环量及消耗量。优化设计烘干设备，采取远红外加热，可提高加热效率，预计在碳纤维制备流程中可节省电力约500千瓦时。

设备折旧一直是导致影响碳纤维成本的一个重要因素，如果全部采用进口设备，生产每公斤碳纤维（12K）设备折旧约30元～35元，国产设备每公斤碳纤维（12K）设备折旧约8元～10元。通过合理的节能措施和能源再利用，可以节省能耗30%左右，通过设备国产化，每公斤碳纤维（12K）可降低成本20元～30元。综合考虑，每公斤碳纤维（12K）生产成本可降低30元～40元，规模越大，相对经济效益越发突出。

袁其朋（北京化工大学生命科学与技术学院院长）：

生物质化工多元醇关键技术待突破

利用可再生的生物质原料生产化工多元醇产品已在技术上可行，并成为石油资源替代的有效途径之一。从产品的替代方式来看，能源的替代方式是多元化，如风能、太阳能，而生物质是碳基化学品的唯一来源。所以采用生物资源生产高附加值化学品（如化工多元醇）比用做生物燃料具有更高的经济价值。

目前研究虽已取得重要进展，但仍有关键技术需要突破。秸秆等原料的预处理技术需要突破，以控制混合糖成本。在合成生物学技术中，如何选择菌种，构建1，4-丁二醇等合成的新途径。在化工多元醇提取技术方面，采用机械再压缩蒸发（MVR）工艺代替传统的多效蒸发，实现水的重复利用和能耗的降低，蒸发每吨水仅需耗电20度。针对多元醇发酵产物浓度低，提取工艺能耗高、回收率低、污水排放量大等问题，开发新型浓缩精馏工艺，可以实现废水的零排放和高回收率（提取率达97%以上，产品纯度达99.5%以上）。

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