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世界高性能纤维的发展特点和新形势_2_

世界高性能纤维的发展特点和新形势(2)

罗益锋

(全国特种合成纤维信息中心,北京 100028)

摘 要:列举了14?种主要高性能纤维的国内外发展特点和新形势,其中有机耐高温纤维和高强高模纤维的年需求量将各以5?%和10?%~16?%的速度增长,并列举了未来将支撑其发展的新应用领域。我国的主要高性能纤维预期到2010年将全面挤身世界生产大国行列,而且向品种系列化和工艺技术多样化的方向发展。关键词:高性能纤维;需求量;产能;新用途

中图分类号: TQ342.7 文献标识码: A 文章编号: 1007-9815(2009)01-0018-04

收稿日期:?2008-11-15稿源说明: ’2008高新技术纤维研讨会论文专稿。

作者简介: 罗益锋(1937-),男,浙江宁波人,教授级高工,主任,长期从事高科技纤维的信息技术研究,(电话)010-********(电子信箱)luojian@http://www.wendangku.net/doc/3ee0c7c3bb4cf7ec4afed0de.html 。

The?New?Situation?and?Developing?Feature?of

World’s?High?Performance?Fibers (2)

LUO?Yi-feng

(National?Specialty?Synthetic?Fiber?Information?Center, Beijing 100028 China)

Abstract: New situation and developing feature of the 14 sorts of high performance fibers all over the world are illustrated, in which the annual demands of heat resistant organic fibers and high strength high modulus fibers will increase in a rate?of?5%?and?10%~16%?respectively.?New?applications?which?will?support?their?development?in?the?future?are?also enumerated.?It?is?predicted?that?China?will?become?one?of?the?world’s?main?production?countries?of?main?high?performance?fibers by 2010 and, the Chinese technologies will be developed toward the serialization and diversification.Key words: high perormance fiber; demand; production capacity; new application

V ol.34 No.1Feb. 2009

高科技纤维与应用

Hi-Tech?Fiber?&?Application

第34卷 第1期2009年2月

4 超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维

4.1 国内外UHMWPE 纤维均步入高速发展的轨道

表4示出国外3?家公司的产能急增情况,这是因为它在防弹服领域的需求,将以每年15?%的速度增长。此外,在防弹头盔、防切割手套、船舶系留绳、渔网、隧道和桥梁加固方面的需求也在快速增长。

据不完全统计,我国的UHMWPE 纤维生产厂家已发展至20?家左右,2008年的总产能约为6×103?t/a 按各自的发展计划统计,到2010年总产能将达到1.7×104?t/a ,若都能预期实现,我国的总产能将超过国外的总产能,但产量预期小于国外。4.2 工艺技术和新产品不断涌现

日本东洋纺继开发高浓度UHMWPE 溶液的

干法纺丝技术后,最近成功地开发出熔纺法制高强PE 纤维的新工艺和新技术,自2008年7月起已在2×102?t/a 的装置上开始商业化生产,商品名为“ツヌガ(刺尤佳)TM ”,其耐切割性优良,可与Dyneema 纤维相匹敌,并高于对位芳酰胺纤维,相当于涤纶或锦纶的2倍以上,若以该公司独自制定的耐切割性指数相比较,“刺尤佳”为8.2,Dyneema 为7.9,对位芳酰胺纤维为6.4,它可进行自由着色,对水、光和各种药品的耐久性优良,但纤维强度只有14.0?cN/dtex ,不及Dyneema 和PPTA 纤维,可应用于防切割手套、食品等行业的工作服、汽车和半导体行业的作业手套等。此外,该公司研制出了强度高达53?cN/dtex 的UHMWPE 纤维。

我国的UHMWPE纤维生产技术也突破了以往大体类同的局面,开始出现干法纺丝的新工艺以及纺丝过程在纤维中加入纳米碳纤维的新技术和新产品,后者可使其软化点提高至73?℃,耐蠕变性和对树脂的粘合性均有所改善。此外,北京同益中、上海斯瑞等公司大幅度提高了其单线生产能力,后者可望在全国率先达到3×103?t/a的总产能。

5 聚苯并双恶唑(PBO)纤维

东洋纺生产的P B O纤维尽管其强度和模量相当于Kevlar纤维的2倍,热分解温度高100?℃,LOI值68,综合性能极佳,但耐光性和储存稳定性稍差,自其防弹背心在美国2个州发生2名执法人员被击毙而被告上法庭后,产能一直保持在400?t/a左右,直至2008年三方才达成和解协议,目前主要应用于产业领域。

我国目前有4家单位研制PBO纤维,其中上海交大和晨光化工研究院已投入中试,即将实现小批量生产。

6 连续玄武岩(CBS)纤维

目前国外约有10个国家研制和生产C B S纤维,总产能约2.8×103?t/a,其中乌克兰占1×103?t/a左右,俄罗斯约600?t/a。我国则是后起之秀,现已形成生产装置的有4家,总产能约2.4×103?t/a,其中最大的是浙江石金玄武岩纤维有限公司,产能约为1×103?t/a,此外尚有几家公司正在筹建之中。

该纤维的最大特点是耐热性和模量优于玻璃纤维,强度介于S玻纤和E玻纤之间,但玄武岩的组成和原料的稳定性,对熔纺的顺利进行和纤维性能影响较大,因此各国的研究重点之一就是探索最佳组成和控制技术,同时开展各种应用研究。我国在应用研究和市场开发方面进行了卓有成效的工作,特别是在高速列车和无碴轨道板和CA碴浆掺合材料方面,已有突破性进展,若能在有关部门的支持下具体实用于该工程,势必会大大推动该纤维的发展。近年来,越来越多的公司之所以重视该纤维的研发,是因为其潜在的发展前景广阔。

7 碳化硅(SiC)类纤维

SiC类纤维包括晶须、长丝、钨芯SiC纤维、碳芯SiC纤维和含钛SiC纤维,这些纤维我国都有小量生产或研制,其中矿业大学、上海硅酸盐研究所早有小批量供应SiC晶须,山西煤化所和沈阳金属所曾提供W芯和C芯SiC纤维,而SiC长丝现主要由苏州赛力菲陶纤有限公司和国防科技大学等批量生产,至于含钛SiC纤维,只有国防科技大学研制过。在国外,美、日等国都有这类纤维生产,其中日本宇部兴产独家生产的含钛SiC纤维“チテノ(吉拉诺)”,由于其极高的耐热等级,现在航空航天、半导体工业及柴油汽车废气的净化材料等方面,在欧美日受到重视,今后有望作为战略材料加以培育。

8 间位芳酰胺(PMIA)纤维

8.1 世界需求量以5 %的年增长率发展

聚间苯二甲酰间苯二胺(P M I A)纤维在4大应用领域的需求皆有稳步增长,即防护服(易燃易爆工厂工作服、消防服等)、过滤材料(高温粉尘滤袋及耐热和耐腐蚀性液体滤材等)、电绝缘材料及蜂窝结构材料,主要是满足新一代飞机、环保、安全、化工和机电工业等日益增长的需求,此外喇叭纸盆的市场也看好。在我国最大的应

罗益锋:世界高性能纤维的发展特点和新形势(2)

第1期-?19?-

表?4 荷、美、日三国UHMWPE纤维的产能扩大情况

年 份DSM(荷、美)Dyneema东洋纺(日)Dyneema Honeywell(美)Spectra合计

2008 4.5 1.6 1.0 7.1

2010 6.0 3.2 3.012.2

备注投入4.5亿美元投资50亿日元

×103?t/a

用领域莫过于高温粉尘的针刺滤袋,在江苏阜宁市形成规模较大的产业集群,今后,随着我国大型飞机的制造、炼铁炼钢、石油石化等作业服档次的提高,以及电机耐热等级的不断提高,我国PIMA纤维的年需求量将以19?%左右的速度增长。

8.2 产能自2006年起扩充较快

为适应市场需求的增长,杜邦公司自2006年起投入1亿美元,将Nomex纤维及其绝缘纸的产能提高约10?%,2008年建成投产,这样Nomex纤维在美国的产能达到了近2×104?t/a,而日本帝人的Conex纤维产能多年来并无增长,仍保持在2.7×103?t/a的水平。杜邦在西班牙Asturios的Nomex 厂,2007年便由原4×103?t/a扩大至5.2×103?t/a。

我国的PMIA纤维国产化进程神速,迄今为止已有3家千t/a的生产企业,目前产能最大的是烟台氨纶股份有限公司,产能为4?300?t/a,而后来居上的圣欧(苏州)防护材料有限公司,产能为2×103?t/a,其下游产品开发和市场接轨较好,已开发出电绝缘纸、各种防护服和滤袋等。第三家为广东彩艳股份有限公司,其产能将由1×103?t/a扩大至1.5×103?t/a。此外,海南欣龙控投集团股份有限公司则生产该纤维的无纺布。另外,上海特安纶纤维有限公司生产芳砜纶,其产能将达到1×103?t/a,因此今后市场竞争趋势将激化。

9 聚苯硫醚(PPS)纤维

9.1 市场需求旺盛

PPS纤维因属热塑性的耐热纤维,具有优于PMIA纤维的耐腐蚀性等,特别是在酸性气体的露点温度以下不会遭腐蚀,而其树脂作为工程塑料在电气、电子部件、办公自动化机器部件和各种汽车部件有广泛的用途,因此有利于推动该纤维的发展。据日本方面的统计,2007年世界PPS树脂的需求量为7.5×104?t/a,而同年纤维的需求量据推定为3×103?t/a,2008年和2009年将各增长至3.5×103?t/a和4×103?t/a左右。在日本Biomass锅炉方面的需求占一大半,年需求量约为3×103?t/a,而在中国市场烧煤的火力发电厂需求最大,2008年的需求量突破2×103?t/a。目前东洋纺的PPS纤维的销量已占世界的50?%以上,其次是东丽公司,可乐丽公司则用该纤维制作耐高温塔扣,用于消防服、焊接服和熔矿炉的工作服,初年度销售额为1?亿日元,3?年后预期将达到3×109?日元。

9.2 产能不断翻番

表5示出国外PPS纤维生产厂家的产能情况,东洋纺居世界第一位,其次是东丽,近年来,我国的PPS纤维进入了大规模产业化的时代,目前已有5~6?家生产厂,其中四川德阳科技股份有限公司的产能,2009年可望达到5×103?t/a,计划到2010年扩大至1×104?t/a,成为世界最大生产厂。

9.3 新品种不断开发投产

东洋纺为了提高该纤维的集尘性能,增长使用寿命和节能,新开发了两种细纤度(1.7?dtex,以往为2.2?dtex)的圆截面和异形(三角形)截面的新产品,目的是在日益激烈的市场竞争中取胜。荷兰Diolen公司则开发生产强为5.2~5.4?cN/ dtex的高强丝,现最高可制得7.5?cN/dtex的高韧性复丝。Fortron工业公司则开发可耐极端高温,同时耐久性、韧性和耐药性高的PPS纤维。此外,还有熔喷法的PPS无纺布。

10 我国尚处于空缺的高性能纤维

10.1 聚酮纤维

由乙烯和一氧化碳在催化剂存在下进行气相

高科技纤维与应用

-?20?-第34卷

表?5 国外PPS纤维生产厂家的产能扩大情况

年 份东洋纺(日)Pulcon东丽(日)Torcon吴羽(日)可乐丽(日)Diolen工业纤维(荷)

Rortron

Fortron?Industries(德)

Diofort

Nexis?Fibre(德)

Nexylene

20070.64 1.500.40 2008 3.00 2.000.40 2009 3.00 3.000.40

备注PPS树脂产能

1.4×104?t/a短纤维、无纺布

×103?t/a

注:Fortron工业公司系Ticona工程聚合物公司与吴羽化学工业的合资公司。

反应制得聚酮树脂,接着在金属盐的水溶液中进

行湿纺和多段热拉伸而制得,它具有高强、高

模、耐腐蚀和高尺寸稳定性,与橡胶的粘合性

好,因此可用于轮胎帘子线、高压软管、防护手

套、密封材料、电池隔膜、复合材料等,目前旭

化成公司只有20?t/a的中试线,计划于2009年扩大

到1×103?t/a,其首要目标是取代粘胶帘子线应用于扁平子午胎中,其市场规模为7×104?t/a,若能取代10?%,就有7×103?t/a的市场,今后计划进一步扩大至1×104?t/a的产能,年总销售额将达到10?bn日元(96?mn美元),因此颇有发展前景。

10.2 聚芳酯纤维

目前只有可乐丽公司独家生产,商品名

“Vectran”,2006年产能为5×102~6×102?t/a,后来投资7×109?日元,于2007年扩大至1×103?t/a。该纤维具有低蠕变性、非吸湿性、耐热性、低温下

的耐磨性等特性,适用于复合材料增强体以及海

洋绳缆、同温层飞行飞艇的张力元件、特殊气囊

材料、绳索、防护手套、光缆补强件、土建材料

等,美国NASA用于火星探测器的软着陆气囊、

可耐120~150?℃的宇航服材料等。我国东华大学

多年前曾做过小试并通过技术鉴定,但未能产业

化。

10.3 M-5纤维

它系一种有吡啶环的芳酰胺纤维,其强度为5?GPa,模量3×102?GPa,最突出的特性是抗压缩强度为1.5?GPa,居高性能纤维之冠,而PPTA纤维

的强度和模量各为3?GPa和100?GPa,抗压缩强度

只有0.5?GPa,它最早由荷兰AKZO?NOBEL公司开

发,后来由杜邦和Magellan公司进一步研发,但

迄今为止未见有产业化报导,尚处于中试阶段。

我国有的单位准备研制。

10.4 聚酰胺-酰亚胺纤维

它系法国Kermel公司开发的,产能约为3×102?t/a,商品名“Kermel”,具有优良的防火性、耐热性、耐久性和舒适性,适用作军服、沙漠战斗

服、防护手套等,也可与阻燃粘胶纤维或Kermel

超细纤维混纺,现已用于法国陆军的制服,其它

多个国家也纷纷效仿,特别适用作伪装服。

该纤维的模量低,可进行原液染色,色牢

度、抗紫外光性能及洗涤牢度优良,能反射红外

线、其织物适合印染。10.5 酮酐类聚酰胺-酰亚胺纤维(P84)

最早由美国Upjon公司开发,后来转让给奥地利Lenzing公司生产,产能约为300?t/a,其最大特点是纤维截面呈近似中空形,质轻、耐热性、阻燃性和耐腐蚀性极好,不会在酸性气体的露点温度以下受腐蚀,因此广泛应用于高温粉尘滤袋,航天用绳索、军服等。北京合成纤维试验厂于1980年代初曾试纺过该纤维,纺丝液由Upjon公司购买。

11 小结

⑴?PA N基碳纤维已发展成高性能纤维中产能最大、应用领域和前景最广的重要战略材料,PPTA纤维次之,而UHMWPE纤维的年产能已突破万吨的大关,增速明显加快。

⑵?由于高性能纤维的品种和型号、规格逐渐系列化,现已进入“量体裁衣”的新时代。

⑶?我国的高性能纤维已具备大规模产业化的条件,预期碳纤维、对位和间位芳酰胺纤维、超强PE纤维、PPS纤维和玄武岩纤维将挤身世界产量大国行列,并向系列化产品发展,但产品质量稳定性仍有待改进。

⑷?在未开发的新品种中,聚酮纤维和M-5纤维值得我国关注。

⑸?建议有条件的厂家,逐步实现从上游原料到高性能纤维生产、直至下游某些制品的一体化生产,以利于提高竞争力。有些大企业计划同时生产碳纤维,PPTA纤维和UHMWPE纤维,这对开发下游复合产品有利。

罗益锋:世界高性能纤维的发展特点和新形势(2)

第1期-?21?-

参考文献:

[1] 尖端技术在世界上飞跃[J]. 化学工业日报, 2008,

(特刊):?27.

[2] 东丽成功开发采用碳纤维复合材料的汽车结构材料

的高速成形法[J]. 石油化学新报, 2008,?(4289):?11.

[3] 碳纤维扩建效应发酵,市场供需渐获纾解[J]. 强化

塑胶会讯, 2008,?(152):?5.

[4] 东丽碳纤维增产/强化名古屋开发据点[J]. 石油化学

新报, 2008,?(4266):?4.

[5] 日本碳素在白河厂新设碳纤维制品设备[J]. 石油化学

新报, 2008,?(4264):?5.

(下转第?33?页)

3 结论

⑴?用TDI 处理Technora 纤维,可以有效的改善纤维与树脂的界面性能。界面抗剪切强度最大可提高49.21 %。

⑵?处理后纤维力学性能没有下降,说明反应只发生在纤维表面,并没有对纤维的本体产生损害。

⑶?改性后纤维表面浸润性得到改善,使

尤志强,胡祖明,陈蕾,等:Technora 纤维的表面改性研究第1期

- 33 -

参考文献:

[1] 浦丽莉. 芳纶纤维表面改性技术对其界面性能的影响 [J]. 哈尔滨师范大学自然科学学报, 2006, 22(3): 81- 84.

[2] 刘丽, 张翔, 黄玉东, 等. 芳纶表面及界面改性技术的 研究现状及发展趋势[J]. 高科技纤维与应用, 2002, 27(4): 12-17.

[3] 王或婕. 介持阻挡放电等离子体改性芳纶纤维的界面 性质的研究[R]. 硕士论文.

[4] 宋晓雷, 刘立起, 于俊荣, 等. 聚对苯二甲酰对苯二胺 纤维的表面改性[J]. 高科技纤维与应用, 2008, 33(1): 19-23.

[5] 王斌, 丘哲明, 杨建奎, 等. F-12芳纶纤维表面处理对 复合材料剪切性能的影响[J]. 固体火箭技术, 1995, 18(1): 64-68.

[6] DAY R J, HEWSON K D, LOVELL P A. Surface modification and its effect on the interfacial properties of model aramid-fibre/epoxy composites[J]. Composites science and technology, 2001, 62(2002): 153-166.

图 4

世界高性能纤维的发展特点和新形势_2_

纤维处理前后纤维的浸润长度变化

1 %

2 %

3 %

4 %

24681012TDI 体积分数/ %

浸润长度/ c m

[6] Carbon fiber reinforces and heats turbine blade mold[J]. Composites brief, 2008, 32(3): 2.

[7] Airbus and boeing making greates use of composites[J]. The textile journal, 2008, 124(3): 7.

[8] 吴羽的沥青碳纤维销售额5年后倍增至120亿日元[J]. 石油化学新闻, 2008, (4597): 1.

[9] 三菱人造丝开发新型碳纤维[J]. JETI, 2008, 56(1): 121.[10] 东丽-杜邦深耕Kevlar 事业[J]. 石油化学新闻, 2008, (4596): 1.

[11] Ultrafine, heat-resistant filler developed using aramid fiber[J]. Japan chemical week, 2008-06-19: 2.

[12] 帝人Techno 向汽车领域发动攻势[J]. 石油化学新闻, 2008, (4614): 2.

[13] アキレス/帝健开发芳酰胺纤维基的耐高温耐火片材

[J]. 石油化学新报, 2008, (4264): 7.

[14] Nippon dyneema to up output of PE fiber[J]. Japan chemical week, 2008, 49(2476): 3.

[15] 宇部兴产扩大航空宇宙材料产业[J]. 化学工业日报, 2007, (21132): 1.

[16] 东洋纺的PPS 纤维占世界5成以上[J]. 石油化学新闻, 2008, (4601): 1.

[17] Kermel multi-purpose solutions for the military, law and order professionnals[J]. The textile journal, 2007, (123): 11.

[18] Asahi kasei to commercialize polyketone super fiber[J]. Japan chemical, 2008-05-15: 2.

[19] 可乐丽展开聚芳酯系超纤维的有色丝[J]. JETI, 2008, 56(4): 122.

Technora 纤维能够更好的应用到复合材料领域。

(上接第 21 页)

[M]. 北京:科学技术出版社, 2004.

[2] 沃西源, 等. 新型航天器太阳电池翼基板的研制[C]. 合肥:全国第十二届复合材料学术会议论文集, 2002.[3] 陈烈民. 航天器结构与机构[M]. 北京:中国科学技术 出版社, 2005.

[4] The development reports of solar array substrate[R]. Beijing institute of machine and electricity CASC, 1996.

均达到设计指标要求,且经受多次飞行试验考验,取得了令人满意的效果,表明我们的理论分析是合理可行的,采取的工艺措施是有效的,其研究成果对类似结构形式碳/环氧面板铝蜂窝结构平板的整板平面度控制具有一定的参考意义。

(上接第 29 页)

参考文献:

[1] 王汝敏, 郑永蓉, 郑亚萍. 聚合物基复合材料及工艺