介紹8種高科技纖維性能用途及其發(fā)展趨勢。
1、聚丙烯腈(PAN)碳纖維
主要用途:碳纖維復合材料廣泛應用于國防型號、大型客機及風電葉片等高端工業(yè)領域,占比達80%。
產(chǎn)量預測:2014年全球產(chǎn)能已達12.3萬噸,預計到2020年全球碳纖維需求將達到14萬噸。汽車將成為碳纖維應用新的領域,2020年汽車用需求將達到約1.69萬噸,應用規(guī)模將與飛機相當。
2、芳香族聚酰胺纖維
領先企業(yè):世界對位芳綸領域形成了以美國杜邦和日本帝人為核心的產(chǎn)業(yè)格局,兩家企業(yè)的產(chǎn)能占全世界產(chǎn)能的85%左右,高等級的對位芳綸產(chǎn)品幾乎全部由這兩家企業(yè)生產(chǎn)。
產(chǎn)量:2014年全球芳綸產(chǎn)能共計12.02萬噸,其中對位芳綸產(chǎn)能7.68萬噸,間位芳綸產(chǎn)能4.34萬噸,預計到2020年世界芳綸纖維需求將達到22萬噸。消費區(qū)域主要集中在北美、歐洲、日本和中國。
國際需求:主要分布在車用摩擦材料、防彈材料和光學材料,分別占到30%、30%和15%。從國際消費結構看,汽車相關對位芳綸需求量占比達到45%。
應用領域:國產(chǎn)間位芳綸已實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn),目前應用仍以過濾材料為主,比例可達到60%以上;在安全防護領域的用量逐年增加。
國產(chǎn)通用型對位芳綸應用領域主要集中在室內(nèi)光纜、摩擦密封和橡膠領域,比例可達到90%;高端防護和復合材料領域比例約為10%。
高強型對位芳綸已小批量生產(chǎn),并通過軍隊搜/排爆服等裝備應用的定型;高模型對位芳綸已突破關鍵技術。
3、聚酰亞胺(PI)纖維
領先企業(yè):20世紀60-70年代,美國的杜邦公司和前蘇聯(lián)的科研機構先后開展了聚酰亞胺纖維的研究。
性能:聚酰亞胺纖維與高強高模聚乙烯、聚苯硫醚等高性能纖維相比,具有更廣的耐溫性(-267-550℃);與芳綸相比,耐熱等級更高,阻燃更好,耐候性更佳。同時還具有獨特的紡織加工和人體親和性等綜合特性。
最新發(fā)展:奧地利Evonik公司商品名P84,產(chǎn)能為1000噸/年。
國內(nèi)長春高崎和江蘇奧神建成兩條千噸級生產(chǎn)線,形成濕法和干法兩種工藝路線。
浙江先諾新材料建成30噸/年生產(chǎn)線。
中科院長春應化所和東華大學正在研發(fā)高強高模型聚酰亞胺纖維,強度和模量可達到對位芳綸水平。
4、聚苯硫醚(PPS)纖維
各國研發(fā)現(xiàn)狀:歐美、日本等發(fā)達國家和地區(qū)燃煤電力、燃煤鍋爐行業(yè)對聚苯硫醚纖維的需求量一直保持25%左右的年增長率。
印度、巴西等國也開始大量采用袋式除塵技術,加大了全球對聚苯硫醚纖維的市場需求。
日本仍占據(jù)著全球聚酯硫醚纖維的主要份額,其中東麗產(chǎn)能為3000噸/年,東洋紡產(chǎn)能為4000噸/年。70%的產(chǎn)品出口到中國生產(chǎn)耐高溫過濾材料。
韓國政府相關政策支持,聚苯硫醚纖維出口日益增多。
國外新產(chǎn)品研發(fā):荷蘭:超高強度和超韌性纖復絲;日本:細纖度和圓與異形斷面絲;德國:PPS與PET的皮芯型復合纖維。
技術進步:成功開發(fā)出具有良好耐高溫、耐腐蝕性能的納米復合聚苯硫醚短纖維,氧化誘導溫度較純PPS纖維大大提高,在230℃下,纖維強度保持率依然大于90%,較好的解決了純聚苯硫醚纖維在高溫、高腐蝕工況下極易氧化的難題。
5、聚對苯撐苯并雙唑(PBO)纖維
主要品種:有低模量(AS)和高模量(HM)兩種,超高模量(HM+)纖維尚處于實驗階段,日本是目前世界上唯一能進行PBO纖維工業(yè)化生產(chǎn)的國家。
主要產(chǎn)能:目前東洋紡PBO的產(chǎn)能據(jù)稱在千噸能,實際產(chǎn)量每年400噸左右;纖維強度達到5.8GPa,模量180-270GPa,力學性能佳,但耐光性能較差,影響儲存穩(wěn)定性。
缺點:由于性價比不佳的原因,該纖維的應用受到較大限制,目前主要用于耐高溫消防戰(zhàn)斗服等。
6、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維
領先企業(yè):荷蘭帝斯曼(DSM)、美國霍尼韋爾(HONEYWELL)和日本東洋紡(TOYOBO)等3家,占全球總產(chǎn)能的50%左右。
新技術:干法紡絲技術的優(yōu)化,大幅提高生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本,更加環(huán)保節(jié)能。
新產(chǎn)品:通過在纖維中摻入硅鋁鈣鎂氧化物,提高纖維的耐切割性;將纖維與聚四氟乙烯纖維相結合,并包覆有交聯(lián)功能的有機硅聚合物以減少內(nèi)外摩擦損傷,可提高纜繩的抗彎壽命,適用于深水吊裝;美國Honeywell公司開發(fā)新品種,防彈性能比以往產(chǎn)品提高25%,而質(zhì)量輕30%。與對位芳綸或玻纖相組合的防切割手套系列產(chǎn)品,大幅提高耐切割性。
新興應用領域:醫(yī)療產(chǎn)品、車用混雜復合材料結構件等。
關鍵技術:突破著色技術且保證強力無損,目前已實現(xiàn)量產(chǎn),拓展了應用領域;細旦化技術穩(wěn)定,短纖紡紗技術已在研發(fā),為未來民品應用奠定了技術基礎。
市場應用:依然是防彈無緯布、防切割手套和繩纜三分天下,但繩纜市場比例有所擴大;防割手套和養(yǎng)殖圍網(wǎng)等民用應用領域獲得下游用戶肯定;近年來暴力恐怖事件、地區(qū)沖突有所加劇,防彈產(chǎn)品需求持續(xù)增長。
7、陶瓷纖維
各國發(fā)展現(xiàn)狀:
日本、美國和歐洲等先進發(fā)達國家在碳化硅、氮化硼、氧化鋁等新型陶瓷纖維領域也取得了巨大突破。
日本碳公司研發(fā)出Nicalon系列的三代產(chǎn)品,成為碳化硅纖維質(zhì)量的代表。
中國已突破碳化硅纖維技術。
應用領域:高性能陶瓷纖維的實際應用仍以軍工行業(yè)為主。
8、連續(xù)玄武巖纖維
技術進步:已突破1200孔漏板和一帶六 組合爐技術,可進一步擴大生產(chǎn)規(guī)模和降低生產(chǎn)成本,也為今后池窯化的大規(guī)模生產(chǎn)奠定了基礎。
應用領域:玄武巖纖維已成功應用汽車消音器、增強瀝青路面、外墻建筑節(jié)能保溫和體育休閑用品等方面,在汽車板簧、管材、阻燃織物等方面已取得實質(zhì)性進展。