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1、纤维技术lF i b e rT e c h n o l o g y ，I r 一文简述了近半个世纪以来美日在高性能纤维领域的竞争情况以及今后中日两国间将出现的 译竞争态势重点介绍了日本今后的技术研发方向，同时还论述了不同种类的高性能纤维在 某些重要应用领域内的相互竞争。世界高性能纤维行业的激烈竞争将迫使各公司不断加大研发 创新的投入，帮助用户进入“最体裁衣”的时代。 I nr e c e n th a l fc e n t u r y ，t h ec o m p e t i t i o nb e t w e e nU Sa n dJ a p a ni nh i g h p e r f o r
2、m a n c ef i b e rw a si n t e n s e T h i sa r t i c l ei l l u s t r a t e dt h ec o m p e t i t i o na m o n gs e v e r a lc o u n t r i e sa sw e l la sd i f f e r e n tk i n d so ff i b e r i n s o m ei m p o r t a n ta p p l i c a t i o nf i e l d s ，a n df o c u s e do nt h et e c h n i q u e
3、r e s e a r c ht r e n do fJ a p a n B a s e do n a n a l y s i s ，t h ea u t h o rp o i n t e dO U tt h a tt h ec o m p e t i t i o nw o u l df o r c eh i g h p e r f o r m a n c ef i b e re n t e r p r i s e st o i n c r e a s ei n v e s t m e n to nr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t ，S Oa
4、st os u p p l yt a i l o r - m a d ep r o d u c t st oc u s t o m e r s 世界高性能纤维竞争格局分析 A n a l y s i s0 nC O m n e I n i o nP a t t e r n0 fG l o b a IH i g h - p e r f o r m a n c eF i b e rI n d u s t r y 2 0 世纪后5 0 年，美国为确保其军事、尖端科学和支柱 产业在全球的领先地位，_ 直是世界高性能纤维的开发先 锋，并将其作为重要的技术支撑严格掌控。8 0 年代后，特别 是迈入2 1
5、世纪以来，日本靠不断壮大具有世界领先水平的 碳纤维产业，将美国新开发的高性能纤维在日本实现了产业 化，并兼并国外优势品种的事业部，使日本的弱势品种迅速 提升到世界先进水平，从而确立了现今在世界高性能纤维 领域的领先地位。无论是产品的种类、系列化开发、性能指 标还是生产成本，日本的高性能纤维产业均具有领先优势。 随着以中国为首的新兴国家的崛起，以及2 0 0 8 年世界金融 危机和经济不景气的影响，日本开始预感到未来的发展危 机，从而制订了一系列政策措施以保持其优势地位。除了国 与国之间的竞争外，同类产品间以及重要应用领域内不同类 产品间的市场竞争也愈加激烈，而不同公司在同一产品上 的竞争则不言
6、而喻了o 1 主要生产国之间的竞争 1 1 美国与日本 美国自1 9 5 5 年开发聚四氟乙烯( P T F E ) 纤维后，便拉 开了开发高性能纤维的序幕，其中D u P o n t ( 杜邦) 的P R D 研究室先后开发出了聚间苯二甲酰间苯二胺( P M I A ) 、 I 作者简介：罗益锋，男。1 9 3 7 年生，教授级高工，北京，1 0 0 0 2 8 。 I 作者单位：全国特种合成纤维信息中心。 文罗益峰 聚酰亚胺( P I M ) 、聚对苯二甲酰对苯二胺( P P T A ) 、聚 嚼二唑( P O D Z ) 、聚酰胺酰肼( X 一5 0 0 ) 、聚苯并双噻唑 ( P B
7、T Z ) 、聚苯并双恶唑( P B O ) 、聚芳酯( L C P ) 、聚丙烯 腈( P A N ) 、粘胶和沥青基碳纤维、聚酚醛( P P A ) 、四氟乙 烯一六氟丙烯( F 4 6 ) 、乙烯一三氟氯乙烯( E T F C E ) 、乙 烯一四氟乙烯( E T F E ) 、P M I A 热处理纤维( H T 一4 ) 、蜜 胺( M L A ) 、聚苯硫醚( P P S ) 及一系列无机纤维和大丝束碳 纤维等。同时引进本国缺乏的品种如超高相对分子质量聚 乙烯( U H M W P E ) 纤维并加以创新和发展，从而奠定了美国 在世界高性能纤维领域的领导地位。 然而，f 1 8 0
8、 年代起日本开始把投资重点由常规合纤转 向高科技纤维，通过扶持大阪工业试验所和九州工业试验 所先后开发的高性能P A N 基和沥青基碳纤维( P C F ) 逐渐 强大，形成了二战后日本居世界领先水平的十大支柱产业 之。 其次，日本将一些美国公司开发的新品种以合作为名 在日本实现产业化，最后发展成日本独有的产品，如美国金 刚砂公司开发的酚醛纤维K | y n o l 转至日本K y n o l 公司生产后， 被日本最大的酚醛纤维生产企业群荣化学公司兼并，成了产 能达8 0 0t a 的世界唯一生产商 又如聚芳酯纤维V e c t r a n 。， 由美国C e l a n e s e ( 塞拉
9、尼斯) 公司开发后移送到日本可乐丽 公司实现产业化，随后美国公司退出；再如P B o 纤维z y l o n 。， 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 最早由美国空军实验室委托两家大学进行基础研究，随后 由杜邦公司和D o wC h e m i c a l ( 陶氏化学) 进行中试，最后却转 至东洋纺投产，产能为3 0 0t a 。还如杜邦所生产的P
10、P l A 纤维 K c v l a r 雪，当时日本属空白，东丽公司率先于1 9 9 4 年与杜邦达成 合资协议，成立了东丽杜邦K e v l a r 公司，产能为25 0 0t a 。 此外，东洋纺还与荷兰D S M 公司达成合作协议，利用D S M 的 U H M W P E 树脂进行凝胶纺丝试验，成功后分别在两国建 r 目前在荷兰和日本的产能分别为45 0 0t a 年l l16 0 0t a ， 而东洋纺先后又开发了通过于法纺丝将重均相对分子质量 为5 0 万的P E 制成高性能P E 纤维，以及用熔纺法制高强P E 纤维的新品种，大大提高了生产效率，且后者的耐切割性超 过了D y
11、n e e m a 和K e v l a r 。，现总产能已达30 0 0t a ，而其专利 所发表的u H M W P E 纤维的最高强度达到了5 3c N d t e x 。 除了合作开发以外，日本还通过兼并、收购国外优势品 种等手段，使其弱势品种很快提升到世界先进水平。三菱人 造丝公司于1 9 9 3 年兼并了英国C o u r t a u l d s ( 考陶尔兹) 在美 国的P A N 基碳纤维( P A N C F ) 企业H y s o lG r a f i l 公司，随后 又委托英国R K 碳纤维公司生产小丝束P A N C F ，使之在日 美欧均有生产基地，并使总产能突破万吨
12、大关，保持了世界 第三大碳纤维生产商的地位。帝人公司于2 0 0 0 年收购了荷 _ - - U - A K Z ON O B E L ( 阿克苏诺贝尔) 的P P T A 纤维T w a r o n 事 业部，并投资14 0 0 亿日元将其产能扩至1 8 5 万妇，2 0 0 8 和 2 0 0 9 年又先后扩至2 3 5 万t 斫口2 6 5 万忱，加上其T e c h n o r a 共聚纤维的产能30 0 0t a ，形成了唯j 可与K e v l a r 相竞争的 产品。东丽公司= J 。2 0 0 2 年1 月兼并了美国A T Y 公司的P P S 纤维 事业部，使自身的P P S
13、 纤维总产能达到l6 0 0t a ，一跃成为 当时世界最大的P P S 纤维生产商，这样日本4 家公司的总产 能已超过70 0 0t a ，保持了世界领先水平，其中有约2 0 的 产品输入我国。总之，美日间经过近4 0 年的竞争，到2 0 0 8 年 日本已明显占据优势。 1 2 日本与中国 至2 0 0 8 年，我国已实现主要高性能纤维基本品种的产 业化，参与P A N C F 产业化的厂家不下1 5 个，其中威海拓 展纤维有限公司与中复神鹰碳纤维股份有限公司已实现了 10 0 0t a 的产业化，纤维强度约3 6 3 8G P a ，预期2 0 1 0 年全国将有百吨级以上的生产厂家1
14、0 家，最大的可望达 到30 0 0t a ，现小试已可制得强度分别为4 9 和5 5G P a 的 P A N C F ，届时有望实现不同规模的产业化；P P T A 纤维约 有7 家公司正推进产业化，至l J 2 0 1 0 年产能大都为千吨级水 平，U H M W P E 纤维自1 9 9 9 年由宁波大成新材料公司实现产 业化后，现有l O 多家百吨级以上的生产厂家，其中上海斯瑞 F b e rT e c h n d 。g YI 纤维技术- 三誓亚蚕j i ；誓i 聚合体科技有限公司的产能据称已达到30 0 0t a 的水平，预 计到2 0 1 0 年将有7 家工厂达到千吨级的生产规模
15、；在P M I A 纤维方面，现有3 家千吨级的生产企业，其中烟台氨纶股份 有限公司的产能已扩至34 0 0t a ，预期至U 2 0 1 0 年我国自行开 发的芳砜纶也将达到10 0 0t a 的水平；P P S 纤维有数家公司 生产，其中四川德阳科技股份有限公司已建成5 0 0t a 的产 能，其他有一些是利用V C4 0 5 的涤纶短纤生产装置来转产 P P S 纤维；在玄武岩( B S ) 纤维方面，目前至少有4 家百吨 级的生产工S , 至U 2 0 1 0 年至少有2 家可望达到千吨级规模。 上述纤维生产企业大都有自己的专利，包括目前尚处于研 制阶段的P B O ； n 蜜胺共混纤
16、维等，都有自己的技术特色。 针对以中国为首的新型国家的崛起，日本媒体预测，今 后世界高性能纤维领域的竞争将进一步激化。为此，日本经 济产业省修订了“2 0 0 6 年日本下一代技术战略图”并出台了 。2 0 0 7 技术战略图”，在2 5 个领域中都追加了高新技术纤 维的内容，目的是维持日本在高科技纤维领域的优势地位。 以下内容仅将战略图中涉及高性能纤维的部分加以简述，供 参考。战略图首先提出了评价重点课题的主轴线( 相当于指 南) ，然后提出在材料和安全方面的重点课题、碳纤维重点 课题、建筑、I T ( 信息技术) 和生活资材领域的重点课题，以 及3 个基础技术领域的技术路线。 1 2 1
17、重点课题的评价轴线( 纤维领域) ( 1 ) 应对社会需求的技术 应对资源( 包括替代石油) 和能源的技术l 应对安心和安全度的相关技术； 提高功能性和便利性的相关技术， 基于其它政策要求的技术。 ( 2 ) 技术优越性 技术的难易度( 高风险技术) ， 技术本身的先进性和进步性( 未来的高技术) 具有国际领先性的技术( 与国际研究水平比较) I 与其它材料相比较，可发挥纤维材料优越性的技术， 能带来新功能或大幅度提高性能的技术。 ( 3 ) 市场影响力 与开创或扩大市场相关的技术， 涉及到多领域且效果大的技术( 不仅涉及直接开发 对象的制品和部件，还包括可望应用于汽车和I T 等其它领 域的
18、技术) ， 能在产业界形成共同基础( 包括评价技术) 的核心 技术，以及可望广泛应用的技术， 成本竞争时所不可缺的技术。 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纤维技术IF i b e rT e c h n o l o g y 1 2 2 碳纤维重点课题( 表1 ) 表1 碳纤维重点课题 建筑领域的重点课题，还包括高强度纤维与基体的粘 合技术以及高强度纤
19、维的高效和低成本制造技术高韧性 混凝土与纤维相配合基体的最佳化等。在基础技术领域的 研发课题还包括：( 1 ) 纳米复合纤维的研发，如通过碳纳米 管增强纤维技术的开发，实现通用纤维的高性能化，包括 超高韧性和强度的平衡、高强纤维的低模量化技术、纤维 非晶领域的分子结构控制技术；( 2 ) 纳米混杂聚合物的设 计、纺丝与碳化技术，包括高强聚酰胺和聚酯纤维的工业化 技术开发，高强芳酰胺纤维的工业化技术开发、超高相对分 子质量化及其拉伸技术开发，( 3 ) 由天然原料开发碳纤维原 丝、超高强度纤维素纤维的开发，( 4 ) 创新的碳纤维，包括 熔纺碳纤维原丝的开发、聚合物的设计与合成、纺丝与碳化 技术
20、，高速纺丝技术，低温碳化技术等。 最近，帝人公司在荷兰兴建了喷射纺丝法生产新型 T w a r o n 。浆粕的中试r 它具有稳定的高温粘合性，可用于 制造具有高化学和热稳定性的工业用纸。可乐丽则在将 V e c t r a n 。纤维的产能扩充至l0 0 0t a 的同时，在2 0 0 8 年北 美T e c h t e x t i l ( 亚特兰大) 上推出了溶液染色的V e c t r a n 。H T 新品种，有蓝、绿、橘红等色泽，其抗紫外光性、色牢度和强 度较好，同时还导入了细旦丝产品。静冈大学采用超临界醇 新技术，将C F R P 中的热固性和热塑性树脂分解使碳纤维 无损地分离回收
21、，而且也可将回收的树脂再利用。此外，据 日本近1 2 年的专利统计，在1 9 9 6 年4 月1 日一2 0 0 0 年3 月3 1 日，2 0 0 0 年4 ) 1 1 日一2 0 0 4 年3 月3 1 日、2 0 0 4 年4 月1 日一2 0 0 8 年3 月3 1 目3 个阶段所发表的高强纤维及提高纤维强度方面 的专利数，分别为1 6 4 、2 5 6 和1 9 4 篇，合计为6 1 4 篇# 提高 耐热性方面的分别为3 3 0 、3 7 6 和4 1 0 篇，合计为l1 1 6 篇； 提高难燃性和防火性的m 分别为2 3 0 、3 4 6 和2 8 4 篇，合计 为8 6 0 篇，
22、可见日本在高性能纤维的技术创新上下了较大的 工夫。 2 相同应用领域内不同品种间的竞争 表2 列出了5 种主要高强高模有机纤维在各应用领域 适用性上的对比情况，可以看出，不少领域是5 种纤维都适 用的，其竞争取决于几者之间的性价比及所需性能的高低。 例如在防弹衣和防弹板领域，在防弹性能相差较小时，对 部队装备来说就希望采用轻量的U H M W P E 纤维复合材料 而当需要耐高温时，则选择P P T A ，若需要轻量而又隐蔽的 材料，则选用更高强度的P B O 纤维等。 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 9 高性能纤维不断帮助人类
23、突破极限 ( I ) 用I I H M w P E 纤维制成的渔网重量轻 而强度超高；( 图片来源：D S M 公司) ( 2 ) 风力发电叶片中使用碳纤维后能 耗比普通玻纤降低4 0 以上 3 ) P P S 等纤维在防护工作服上的应 用使人们免受高温腐蚀性气体等的 伤害。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 注：寿与水有关。 F i b e rT e c h n o l o g yI 纤维技术 表2主要高强高模有机纤维在各种应用领域的适用性评价 万
24、方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纤维技术IF i b e rT e c h n o l o g y 同样，在耐高温纤维和抗燃纤维方面，特别是在高温 烟气的粉尘滤袋及防护服等方面，P M I A ，芳砜纶、P O D Z 、 P P S 、P A I ，P 8 4 和蜜胺纤维等，都存在竞争。经过多年的分 析研究和实践结果，业界普遍认为作为高温粉尘滤材P P S 和P 8 4 的效果较好，而作为消防战斗服蜜胺纤维是最理想 的材料，作为军服P A I (
25、K e r m e l ) 纤维的综合性能较好，穿 着舒适性也好。当然，在实际应用中除了要考虑纤维性能， 还要考虑性价比和当地的资源情况等。总之，各种高性能纤 维相互竞争，进入“量体裁衣”的时代，同时应明确今后的 发展方向是改进在主要应用领域存在的不足，从而增强竞 争力。 3 同一品种的同行间竞争 3 1 研发初期的特点 在市场经济的条件下，同行间的竞争是贯穿始终的。对 某些重要的高性能纤维品种而言，在研发阶段往往出现相对 “无序”的竞争态势，例如美国的P A N C F ，在2 0 世纪8 0 年 代从事研发的公司就有杜邦、美国氰胺、塞拉尼斯、K e n n e t h 、 W i l l
26、k i n g s o n 等，形成生产厂的有H e r c u l e s 、U C C 、H i t c o 、 S t a c k p o l e 、大湖碳素等公司，最小的产能只有1 0 0t a 。日本自 2 0 世纪8 0 年代初由九州工业试验所开发成功“预中间相”和 “潜在中间相”高性能沥青基碳纤维技术后，曾出现竞相开 发的局面，研发单位有十几家，涉及化纤、纺织、汽车、钢铁、 煤气、石墨、化工、石油等诸多行业，颇有取代P A N C F 之 势，这种现象也影响了我国，约有十几家高校科研院所和 企业竞相研发，然而经过短短几年的市场考验，这股热潮一 下消失了，我国也几乎全军覆没，如今只
27、剩下一家由美国阿 什兰石油公司引进的低性能P C F 厂( 鞍山塞诺达2 0 0t a ) ， 日本则保留了高、低两种性能各2 家P C F 生产厂：三菱树 脂5 0 0t a ，日本石墨纤维1 8 0t a ( 高性能) ；大阪瓦斯化学 6 0 0t a ，吴羽11 0 0t a ( 低性能) 。我国目前的高性能纤维开 发形势，又复现了当年美、日的情景，特别是P A N C F ，全国 的研制和生产厂家总计达3 0 多家，而U H M W P E 纤维也有 2 0 余家，现总产能已明显过剩，造成了产能大而产量小的局 面，突显了我国宏观调控能力的薄弱，显然不符合科学发展 的要求。 3 2 优胜
28、劣汰和整合是今后发展的必然 美国的碳纤维厂家经过多年的优胜劣汰和兼并重组， 现已形成两家颇具竞争力的高性能P A N C F 生产r 而且 形成了从原丝、碳化、预浸料及织物、直到复合材料制品的 一条龙生产体系，其d f l H e x c e l 和C y t e x 两家公舌】2 0 0 9 年的产 能将分别达到72 0 0 和70 0 0t a 大丝束P A N C F 生产商 Z o l t e k ，产能将达1 0 8 万t a ；而P P T A , g P M I A 纤维只有杜 邦生产，并在美、欧、日都有生产和销售据点，2 0 0 9 年其产 能将分别达到2 7 5 万和2 4
29、万t a lU H M W P E 纤维也只有 H o n e y W e l l 独家生产，2 0 0 9 年其产能为15 0 0t a ，2 0 1 0 年 将翻番。 日本的3 家P A N C F 生产厂家一直稳居世界前三名， 2 0 0 9 年东丽、东邦T e n a x 和三菱人造丝三大集团的总产能分 别为1 7 9 万、1 2 2 万和1 0 8 57 j t a ，并已形成从原丝、碳纤 维、预浸料至复合材料制品的一体化生产体制，唯独P P S 纤 维现至少有4 家生产商，2 0 0 9 年东洋纺、东丽和吴羽的产 能预计将分别达到30 0 0 ，30 0 0 和4 0 0t a 的
30、规模。 我国的高性能纤维产业今后该怎样发展? 这是值得思 考的问题，笔者认为今后出现联合、兼并、重组、转产和倒 闭都有可能，但由于我国市场潜力大，随着国民经济整体水 平的提高，必将成为高性能纤维的需求大国，为此形成各有 特色的多家企业集团也是可能的。 3 3 新兴国家不断打破垄断 迈入2 l 世纪后，以我国为首的新兴发展国家纷纷冲 破少数发达国家在高性能纤维领域的垄断和掌控，建立 了自己的生产厂有些品种已具有较强的国际竞争力，如中 国台湾台塑公司生产的P A N C F ，2 0 0 9 年的产能将扩至 87 5 0t a 韩国K o l o n 公司的P P T A 纤维“H e r a c
31、 r o n ”，产能 为l0 0 0t a ，其浆粕生产工艺具有自己的特色；土耳其正 在兴建30 0 0t a 的P A N C F 生产线，原丝由原腈纶线改 造而成，2 0 1 0 年可望投产；沙特基础工业公司( S A B I C ) 于 2 0 0 8 年收购了美国G E 公司生产聚醚酰亚胺( P E I ) 等纤维 的U l t e m ；f l l V a l o x 纤维事业部，并从美国H i l l s ( 希尔) 公司购 买并安装了高温熔纺生产线，现已纺出单丝纤度为2 2 6 6d t e x 的P E I 和E x t e m 纤维等。此外，印度、巴西、韩国和以 色列皆设有
32、P A N C F 工厂。 4 结束语 竞争是推动高性能纤维发展的动力，而不断创新是提 高竞争力的有力武器，在当前竞争日益激化的新形势下，加 强信息研究和发展战略研究是当务之急，日本的前瞻性研 究计划值得我国借鉴，特别是由可再生资源开发高性能纤 维、节能减排和高效生产工艺的开发、C F R P S f 品的回收再 生、以及碳纳米管增强纤维和高性能纳米纤维的发展等，都 是今后的重要研发方向。圆 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark