1.3　高性能纖維簡(jiǎn)要發(fā)展歷程

1.3.1　國(guó)外高性能纖維發(fā)展歷程與現(xiàn)狀[33～38]

美國(guó)一直是全球高性能纖維的開(kāi)發(fā)先鋒，并將其作為重要的技術(shù)支撐，特別是在20世紀(jì)50～80年代，以杜邦公司為首的美國(guó)企業(yè)研制過(guò)上百種特種纖維，并探索出有效促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化的道路。50年代重點(diǎn)發(fā)展含氟纖維，如聚四氟乙烯纖維在1953年由杜邦公司開(kāi)發(fā)，1957年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。美國(guó)Wright-Patterson空軍基地開(kāi)始研制黏膠基碳纖維；1959年美國(guó)UCC公司生產(chǎn)低模量黏膠基碳纖維Thornel-25。隨后，杜邦公司最早研制成功芳綸1313，并于1967年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，商品名為Nomex，開(kāi)創(chuàng)了耐高溫纖維的新紀(jì)元。1971年，杜邦公司采用干噴濕紡的液晶紡絲新技術(shù)試制成功聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（即芳綸1414），芳綸1414具有高強(qiáng)度高模量性能，商品名為Kevlar，并于1981年開(kāi)始規(guī)模化生產(chǎn)。美國(guó)先后研發(fā)了聚芳噁二唑纖維、聚苯硫醚纖維、酚醛纖維、聚芳酯纖維、聚苯撐苯并二噁唑纖、聚苯并雙噻唑纖維、四氟乙烯-六氟丙烯纖維以及一系列無(wú)機(jī)纖維和大絲束碳纖維等，從而奠定了美國(guó)在世界高性能纖維領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。由于在航空航天、先進(jìn)武器、防衛(wèi)防護(hù)等方面相關(guān)的高性能纖維需求與規(guī)模大，目前美國(guó)的戰(zhàn)略重點(diǎn)在于高性能復(fù)合材料方面，其在高性能纖維的技術(shù)加工能力、制品應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力及產(chǎn)業(yè)鏈方面仍處于世界領(lǐng)先水平。

20世紀(jì)60年代日本科學(xué)家相繼發(fā)明了聚丙烯腈基碳纖維和瀝青基碳纖維，所以日本在碳纖維產(chǎn)業(yè)方面無(wú)論是技術(shù)還是產(chǎn)量均處于世界領(lǐng)先水平。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，日本通過(guò)與美國(guó)、歐洲企業(yè)合作開(kāi)發(fā)，以及兼并收購(gòu)國(guó)外優(yōu)勢(shì)品種等方式，全力扶持發(fā)展高性能纖維產(chǎn)業(yè)，使其很快提升到世界先進(jìn)水平。例如，群榮化學(xué)公司兼并了美國(guó)開(kāi)發(fā)的酚醛纖維，成為唯一生產(chǎn)商；可樂(lè)麗公司將美國(guó)塞拉尼斯開(kāi)發(fā)的聚芳酯纖維實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；東洋紡公司投產(chǎn)了PBO纖維Zylon；帝人公司于2000年收購(gòu)了荷蘭阿克蘇·諾貝爾公司的芳綸1414纖維Twaron事業(yè)部；東麗公司則先后兼并了杜邦的聚四氟乙烯纖維事業(yè)部和菲利浦公司的聚苯硫醚纖維事業(yè)部而形成絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品。作為產(chǎn)品系列化、精細(xì)化發(fā)展的代表，日本已經(jīng)成為世界高性能纖維的頭號(hào)生產(chǎn)國(guó)。由于日本企業(yè)在高性能纖維產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面擁有豐富的實(shí)例，因此許多歐美公司將其研發(fā)的新纖維品種轉(zhuǎn)移到日本來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。目前，日本不僅擁有最多的高性能纖維產(chǎn)品，而且擁有一批如聚芳酯纖維、含鈦的碳化硅纖維、雜環(huán)類(lèi)纖維等世界上獨(dú)有的品種。

歐洲在高性能纖維的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化方面也具有獨(dú)特的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，并且保留了一批獨(dú)有的產(chǎn)品。俄羅斯是高技術(shù)纖維的發(fā)源地之一，最早研發(fā)了高強(qiáng)度高模量纖維類(lèi)的雜環(huán)芳綸SVM、Armos以及連續(xù)玄武巖纖維等，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，處于領(lǐng)先水平。20世紀(jì)80年代，荷蘭帝斯曼（DSM）公司開(kāi)發(fā)了低成本、高濃度的超高分子量聚乙烯纖維干法凝膠紡絲新工藝，最早實(shí)現(xiàn)了纖維的商業(yè)化，打開(kāi)了柔性鏈高聚物制備高強(qiáng)高模纖維領(lǐng)域的大門(mén)，目前在超高分子量聚乙烯纖維的產(chǎn)品性能與產(chǎn)量方面仍處于領(lǐng)導(dǎo)地位。聚酰胺-酰亞胺纖維于20世紀(jì)60年代由法國(guó)Rh?ne Poulenc公司研究開(kāi)發(fā)，1992年該公司和Amoco織物與纖維公司共同成立Kermel公司，將該纖維正式定名為Kermel；Kermel公司是歐洲耐高溫及阻燃纖維市場(chǎng)上的領(lǐng)先企業(yè)，生產(chǎn)的面料廣泛應(yīng)用于消防、軍隊(duì)、警察等職業(yè)防護(hù)服。20世紀(jì)80年代，奧地利Lenzing AG公司推出了耐高溫的聚酰亞胺纖維P84，現(xiàn)為德國(guó)贏創(chuàng)集團(tuán)（EVONIK）下屬的Inspec Fibres GmbH公司所有。德國(guó)巴斯夫（BASF）公司于20世紀(jì)90年代采用離心紡絲或干法紡絲、熱空氣干燥固化的工藝成功開(kāi)發(fā)了三聚氰胺纖維，在德國(guó)西部建成世界上第一家示范工廠，商品名為Basofil纖維。德國(guó)西格里集團(tuán)（SGL）則在大絲束PAN基碳纖維方面占有一席之地。

表1-4所示為國(guó)外高性能纖維主要品種的發(fā)展歷程。

續(xù)表

1.3.2　我國(guó)高性能纖維發(fā)展歷程與現(xiàn)狀[39～43]

我國(guó)高性能纖維的基礎(chǔ)研究工作起步于20世紀(jì)60年代，對(duì)大多數(shù)國(guó)外已有的品種都做過(guò)不同程度的研究。例如，上海合成纖維研究所1969年就完成了聚四氟乙烯纖維的小試研究工作，還采用干法紡絲工藝小批量生產(chǎn)聚酰亞胺纖維，70年代相繼對(duì)芳綸1313、芳綸1414、碳纖維、氮化硼纖維、聚苯并咪唑纖維等進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)；吉林應(yīng)用化學(xué)研究所60年代初著手研究PAN基碳纖維，到70年代初已完成連續(xù)化中試裝置。到20世紀(jì)80年代，在國(guó)家財(cái)政的投入下又開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)，包括超高分子量聚乙烯纖維、芳綸1414、PAN基碳纖維等的小試和中試生產(chǎn)，如芳綸1414在“六五”計(jì)劃期間主要進(jìn)行工業(yè)化小試，“七五”計(jì)劃期間進(jìn)行中試，但由于產(chǎn)、學(xué)、研有一定程度的脫節(jié)，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展較為緩慢。

“十五”計(jì)劃期間，黏膠基碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維、芳綸1313、芳砜綸、聚苯硫醚纖維等高技術(shù)纖維的產(chǎn)業(yè)化取得了初步成果。中國(guó)紡織大學(xué)（現(xiàn)東華大學(xué)）形成了雙螺桿紡絲、連續(xù)萃取、多級(jí)多段拉伸的全套超高分子量聚乙烯纖維的產(chǎn)業(yè)化工藝，從1994年開(kāi)始，先后在中紡?fù)顿Y公司、湖南升鑫高新材料股份有限公司、寧波大成化纖集團(tuán)等三家企業(yè)實(shí)現(xiàn)了200～300t/a的規(guī)模化生產(chǎn)，這一項(xiàng)目的成功使我國(guó)成為繼美國(guó)、荷蘭、日本之后，世界上第四個(gè)能夠生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維的國(guó)家，而煙臺(tái)氨綸則建成了產(chǎn)能為500t/a的間位芳綸一期工程生產(chǎn)線。2002年上海紡織控股（集團(tuán)）公司整合優(yōu)勢(shì)力量，結(jié)合產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，完成千噸級(jí)的我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的耐高溫纖維芳砜綸產(chǎn)業(yè)化工程關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)。四川得陽(yáng)公司在中國(guó)紡織科學(xué)研究院研究成果基礎(chǔ)上，成功完成了聚苯硫醚纖維紡絲關(guān)鍵設(shè)備與成套技術(shù)的開(kāi)發(fā)。這一階段，我國(guó)高性能纖維的工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模較小，而且在核心技術(shù)的掌握、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模以及產(chǎn)品應(yīng)用開(kāi)發(fā)上落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。

2006年以來(lái)，國(guó)家高度重視高性能纖維發(fā)展，政府的推動(dòng)力度明顯加大，行業(yè)協(xié)會(huì)的管理協(xié)調(diào)顯著加強(qiáng)，一批國(guó)家級(jí)骨干企業(yè)和民營(yíng)高新技術(shù)企業(yè)積極參與，真正成為技術(shù)創(chuàng)新的主體，使得我國(guó)高性能纖維技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展取得了重大進(jìn)步，PAN基碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚苯硫醚纖維、玄武巖纖維、聚酰亞胺纖維、聚四氟乙烯纖維等品種的自主化技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)取得一定突破，相關(guān)的工藝技術(shù)、配套裝備、產(chǎn)品應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)等也取得較好進(jìn)展。我國(guó)高性能纖維年增長(zhǎng)率達(dá)到30％以上，超過(guò)常規(guī)化纖增長(zhǎng)率約10倍，高性能纖維產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了初具規(guī)模、初上水平。

“十二五”期間，我國(guó)高性能纖維生產(chǎn)全面開(kāi)花，其研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得突破性進(jìn)展。聚丙烯腈基碳纖維突破了干噴濕法原絲紡絲關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)，碳纖維產(chǎn)品已覆蓋高強(qiáng)、高強(qiáng)中模、高強(qiáng)高模等多個(gè)系列，T700級(jí)碳纖維實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，已具備較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，中復(fù)神鷹碳纖維有限公司的國(guó)內(nèi)首條千噸級(jí)T800原絲生產(chǎn)線成功投產(chǎn)，所有的核心設(shè)備和技術(shù)都是自主研發(fā)，性能基本與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品一致。間位芳綸產(chǎn)業(yè)化規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大并批量供應(yīng)市場(chǎng)，產(chǎn)品品質(zhì)接近國(guó)際先進(jìn)水平，品種結(jié)構(gòu)包括長(zhǎng)絲、短纖維和芳綸紙三大類(lèi)；對(duì)位芳綸則已實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)型、高模型產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化，建成了千噸級(jí)液晶紡?fù)ㄓ眉?jí)、高模量級(jí)對(duì)位芳綸生產(chǎn)線。超高分子量聚乙烯纖維已形成干法和濕法兩種生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到荷蘭DSM公司SK75水平，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模不斷擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率已達(dá)90％以上，出口數(shù)量和品種也進(jìn)一步增加，應(yīng)用領(lǐng)域逐步拓展。突破了聚苯硫醚纖維級(jí)樹(shù)脂合成與純化成套技術(shù)，開(kāi)發(fā)了納米復(fù)合改性聚苯硫醚纖維，提高了產(chǎn)品的氧化誘導(dǎo)溫度，并逐漸向細(xì)旦化發(fā)展。分別實(shí)現(xiàn)了千噸級(jí)濕法和干法紡聚酰亞胺纖維、膜裂法聚四氟乙烯纖維、百?lài)嵓?jí)聚醚醚酮纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，還有聚芳酯纖維、聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑纖維等品種正在產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)階段。同時(shí)，我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)基本上完成了區(qū)域布局，碳纖維及其復(fù)合材料以江蘇、山東、吉林為主要的產(chǎn)業(yè)集聚地，芳綸以山東和江蘇為主，聚苯硫醚纖維主要分布在四川和江蘇兩地，超高分子量聚乙烯纖維以江蘇、浙江和湖南為重點(diǎn)，聚酰亞胺纖維集中在吉林和江蘇，連續(xù)玄武巖纖維以浙江和四川為主。

我國(guó)的高性能纖維產(chǎn)業(yè)用不到十年時(shí)間縮短了與發(fā)達(dá)國(guó)家30年的差距，目前已成為全球范圍內(nèi)高性能纖維生產(chǎn)品種覆蓋面最廣的國(guó)家，品種齊步發(fā)展，產(chǎn)品幾乎覆蓋所有品種，生產(chǎn)能力僅次于歐美日，部分品種質(zhì)量達(dá)到國(guó)際中等以上水平。打破了國(guó)外的壟斷和封鎖，大幅度降低了成本，為下游用戶(hù)創(chuàng)造了難得的戰(zhàn)略性發(fā)展機(jī)遇，不僅能初步滿(mǎn)足航空、航天等領(lǐng)域的急需，而且有效地推動(dòng)了能源環(huán)保、體育休閑、交通運(yùn)輸?shù)葒?guó)民經(jīng)濟(jì)重大產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展，創(chuàng)造了良好的產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟(jì)效益。

但相對(duì)高速發(fā)展的國(guó)民經(jīng)濟(jì)與國(guó)防建設(shè)，我國(guó)高性能纖維及其復(fù)合材料理論研究和產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)相對(duì)薄弱；碳纖維、芳綸及其復(fù)合材料高效制備與廣泛應(yīng)用等領(lǐng)域中的一系列關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題還沒(méi)有完全突破；成本高、質(zhì)量波動(dòng)大、品種差別化水平較低、應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)滯后；行業(yè)自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)。和世界先進(jìn)水平相比，我國(guó)的高性能纖維無(wú)論在產(chǎn)品質(zhì)量、品種，還是在生產(chǎn)規(guī)模等方面和世界先進(jìn)國(guó)家相比還有著相當(dāng)大的差距，綜合實(shí)力排在歐美日之后。未來(lái)5～10年，依舊是高性能纖維發(fā)展的上升期，具有廣闊的空間。

表1-5所示為我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)化品種及主要生產(chǎn)廠家。

續(xù)表