纖維新材料：全球價(jià)值鏈的制高點(diǎn)

長(zhǎng)期以來(lái)，日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷了纖維新材料的研發(fā)與市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)雖在不同品種上有個(gè)別突破，但總體處于中低端水平

纖維新材料是國(guó)家戰(zhàn)略性材料，其中高性能纖維和生物基纖維材料是重中之重，關(guān)乎我國(guó)工業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升和可持續(xù)發(fā)展，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全和國(guó)防安全的重要保障，是全球競(jìng)相發(fā)展的重點(diǎn)。

在國(guó)際金融危機(jī)后，紡織強(qiáng)國(guó)正在纖維材料領(lǐng)域加快布局，美國(guó)宣布成立國(guó)家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（NNMI）中的最新一家——革命性纖維與織物制造研究中心（RFT MII），德國(guó)確立了名為“未來(lái)紡織”（futureTEX）的國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略，將其和工業(yè)4.0進(jìn)程緊密結(jié)合在一起，以鞏固強(qiáng)國(guó)地位，搶占價(jià)值鏈制高點(diǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)高性能纖維生產(chǎn)品種覆蓋面廣，形成江蘇、吉林、山東等產(chǎn)業(yè)集聚地；總產(chǎn)能近10萬(wàn)噸，產(chǎn)能規(guī)模已居世界前列；高性能纖維碳纖維、芳綸1313、聚苯硫醚纖維和連續(xù)玄武巖纖維等產(chǎn)能突破萬(wàn)噸級(jí)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；芳綸1414、聚酰亞胺纖維、聚四氟乙烯纖維等實(shí)現(xiàn)千噸級(jí)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；聚芳醚酮纖維、碳化硅纖維等攻克關(guān)鍵技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。

同時(shí)，生物基化學(xué)纖維關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破、初步形成了產(chǎn)業(yè)規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)體系初步建立、應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬。如萊賽爾（Lyocell）、竹漿、麻漿、聚對(duì)苯二甲酸混二醇酯（PDT）、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚乳酸（PLA）、殼聚糖、蛋白復(fù)合等生物基纖維實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，海藻纖維等主要品種已突破了產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，并已廣泛應(yīng)用于貼身內(nèi)衣、襯衫、襪子、休閑運(yùn)動(dòng)等服裝領(lǐng)域，床品、窗簾等家紡領(lǐng)域，以及面膜、嬰兒尿不濕等產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域。

根據(jù)“十三五”規(guī)劃，我國(guó)將突破一批高性能纖維制備和應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高性能纖維的低成本和高附加值，成為世界上自主掌握高新技術(shù)的主要國(guó)家之一。同時(shí)，將把“三個(gè)替代”（原料替代、過(guò)程替代、產(chǎn)品替代）、“三個(gè)結(jié)合”（與生物化工產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，與節(jié)能環(huán)保、廢舊利用相結(jié)合，與功能改進(jìn)和推廣應(yīng)用相結(jié)合）和“三個(gè)重點(diǎn)”（重點(diǎn)攻克Lyocell纖維國(guó)產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)與裝備、重點(diǎn)攻克聚乳酸纖維原料制備及纖維應(yīng)用技術(shù)、重點(diǎn)攻克海洋生物基纖維原料多元化及規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)）作為發(fā)展生物基化學(xué)纖維的重要任務(wù)。

表1 我國(guó)主要高性能纖維產(chǎn)能情況

高性能纖維：整體處于中低端水平

碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維并稱為世界三大高性能纖維，是衡量一個(gè)國(guó)家尖端材料水平的重要標(biāo)志。長(zhǎng)期以來(lái)，日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷了高新技術(shù)纖維的研發(fā)與市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)雖在不同品種上有個(gè)別突破，但總體處于中低端水平，與國(guó)際差距明顯，只能初步滿足國(guó)防軍工、航空航天、醫(yī)療健康、環(huán)保過(guò)濾等行業(yè)發(fā)展需要。高新技術(shù)纖維材料的高性能化、多元化、纖維功能復(fù)合化以及纖維材料生態(tài)化水平亟待提升。部分高性能纖維關(guān)鍵技術(shù)和裝備尚需突破，對(duì)位芳綸、碳纖維等材料進(jìn)口依存度過(guò)高。

根據(jù)海關(guān)數(shù)據(jù)，2016年主要高性能纖維進(jìn)口30696.44噸，同比增長(zhǎng)7.31%，進(jìn)口金額64205.18萬(wàn)美元，同比增長(zhǎng)1.33%。進(jìn)口產(chǎn)品范圍包含碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維等高性能纖維。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，中國(guó)對(duì)高性能纖維的需求將持續(xù)增加。到2025年高性能碳纖維每年需求量在3～4萬(wàn)噸，間位芳綸纖維需求量在3萬(wàn)噸 ，對(duì)位芳綸纖維需求量在4萬(wàn)噸。

表2 中國(guó)高性能纖維發(fā)展需求

碳纖維：美國(guó)日本產(chǎn)能約占70%

美國(guó)、日本是兩個(gè)碳纖維技術(shù)前沿國(guó)家，產(chǎn)能約占世界總產(chǎn)能的70%，主要應(yīng)用于航空航天軍工（尤其是飛機(jī)制造業(yè)）、風(fēng)電葉片、汽車(chē)及壓力容器。目前，碳纖維復(fù)合材料在小型商務(wù)飛機(jī)和直升飛機(jī)上的使用量已占70%-80%，在軍用飛機(jī)上占30%-40%，在大型客機(jī)上占15%-50%。國(guó)外在大型民機(jī)上，T800等碳纖維逐步取代T300級(jí)碳纖維，波音B777和波音B787則大量采用T800和中模系列高強(qiáng)度碳纖維。碳纖維巨頭均計(jì)劃擴(kuò)大生產(chǎn)能力，并在技術(shù)上更新?lián)Q代，研發(fā)更高強(qiáng)度、更高模量的碳纖維，如日本東麗開(kāi)發(fā)了T1000G碳纖維，并重點(diǎn)發(fā)展低成本大絲束碳纖維。

國(guó)內(nèi)目前碳纖維產(chǎn)能為2.38萬(wàn)噸/年，產(chǎn)量為4000噸/年，T300級(jí)碳纖維進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定生產(chǎn)，單線產(chǎn)能提高到1200噸/年；中復(fù)神鷹實(shí)現(xiàn)了千噸級(jí)T800碳纖維產(chǎn)業(yè)化。然而，我國(guó)碳纖維低水平重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重，技術(shù)裝備與產(chǎn)品處于中低端水平，主要產(chǎn)品只能應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、體育器材、建筑補(bǔ)強(qiáng)等領(lǐng)域。國(guó)防軍工、航空航天等領(lǐng)域急需的碳纖維復(fù)合材料高度依賴進(jìn)口日本、美國(guó)，2016年碳纖維及制品進(jìn)口量為15960.47噸。

芳綸：我國(guó)不具備規(guī)?；?jìng)爭(zhēng)能力

芳綸纖維僅美國(guó)、日本、俄羅斯和中國(guó)等少數(shù)國(guó)家實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，全球芳綸產(chǎn)能超過(guò)10萬(wàn)噸/年。其中，芳綸1414（對(duì)位芳綸）被美國(guó)杜邦和日本帝人壟斷，芳綸1313（間位芳綸）主要供應(yīng)商依次為美國(guó)杜邦、中國(guó)煙臺(tái)泰和新材、日本帝人。煙臺(tái)泰和新材的芳綸1313產(chǎn)品性能指標(biāo)和差別化程度與美國(guó)杜邦比較接近。國(guó)際對(duì)位芳綸發(fā)展特點(diǎn)是以技術(shù)先進(jìn)性推進(jìn)產(chǎn)品換代升級(jí)，如杜邦公司開(kāi)發(fā)了系列芳綸新產(chǎn)品，超高強(qiáng)型Kevlar129、超高模量型Kevlar149、中等模量型Kevlar68、高黏結(jié)型Kevlar-Ha、抗疲勞型Kevlar等。

我國(guó)芳綸纖維產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的20%左右，間位芳綸1313產(chǎn)能已突破萬(wàn)噸級(jí)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。但產(chǎn)品種類少、性能低、穩(wěn)定性不高，產(chǎn)品應(yīng)用仍以過(guò)濾材料和防火防護(hù)材料為主，還不具備規(guī)?；?jìng)爭(zhēng)能力。國(guó)防防彈裝甲用芳綸1414（對(duì)位芳綸）纖維發(fā)展滯后，需要從美國(guó)、荷蘭等國(guó)進(jìn)口。2016年我國(guó)芳綸纖維共計(jì)進(jìn)口10236.06噸，同比增長(zhǎng)11.28%。進(jìn)口的對(duì)位芳綸主要應(yīng)用在安全防護(hù)材料、汽車(chē)用材料和光纜增強(qiáng)材料三大領(lǐng)域；間位芳綸多用于制成芳綸無(wú)緯布、防彈布、安全防護(hù)用品如防割手套等。

超高分子量聚乙烯纖維：國(guó)內(nèi)需求40%自給

國(guó)際三巨頭為荷蘭帝斯曼、日本東洋紡、美國(guó)霍尼韋爾，前兩家采用干法紡絲技術(shù)，代表品牌為Dyneema?，產(chǎn)品占據(jù)3/4的市場(chǎng)份額；后一家采用濕法紡絲技術(shù)，代表品牌為Spectra?。超高分子量聚乙烯纖維主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榉缽椧潞臀淦餮b備,占比60%-70%，其次為繩纜占比20%，漁網(wǎng)等占比5%。

國(guó)內(nèi)目前產(chǎn)能為1.5萬(wàn)噸/年，產(chǎn)量為9000噸/年。由中國(guó)紡織科學(xué)研究院先后與南化集團(tuán)研究院和中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司合作，打破了國(guó)外高性能聚乙烯纖維干法紡絲的獨(dú)家技術(shù)壟斷，產(chǎn)品約占國(guó)內(nèi)需求量的40%左右，并出口到韓國(guó)、歐美等國(guó)外公司，產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到國(guó)際水平。2016年我國(guó)超高分子量聚乙烯纖維進(jìn)口量為338.29噸，同比增長(zhǎng)75.52%，以日本和韓國(guó)為主。

身披碳纖維特殊涂裝的空客A350。

聚苯硫醚纖維：基本應(yīng)用于燃煤電廠除塵，覆蓋率30%

聚苯硫醚纖維是耐高溫、耐強(qiáng)腐蝕的代表，但是目前主要的用途僅為燃煤電廠的除塵領(lǐng)域。這主要是其自身的抗氧化抗紫外性能差、遇火發(fā)生熔滴以及介電性能良好等因素造成的。

國(guó)外在聚苯硫醚樹(shù)脂和聚苯硫醚纖維的生產(chǎn)上非常集中。其中樹(shù)脂基本上只有日本的東麗、吳羽，美國(guó)的Philips、Ticona（技術(shù)來(lái)源于吳羽）等幾家，纖維生產(chǎn)也只有日本的東麗、東洋紡，韓國(guó)的匯維仕等。

我國(guó)對(duì)于聚苯硫醚樹(shù)脂和纖維的開(kāi)發(fā)開(kāi)始于20世紀(jì)60年代，目前都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，但生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的綜合性能仍不能和進(jìn)口產(chǎn)品形成真正的競(jìng)爭(zhēng)。主要問(wèn)題在于，對(duì)于聚苯硫醚樹(shù)脂原料的合成工藝雖有比較深刻的研究，但是對(duì)聚合工程技術(shù)并未形成包括聚合原料精制、聚合條件控制、工程設(shè)備設(shè)計(jì)等關(guān)鍵因素的綜合開(kāi)發(fā)體系。

受制于原料性能與供應(yīng)的不穩(wěn)定，我國(guó)聚苯硫醚纖維開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)在其下游行業(yè)——電力環(huán)保產(chǎn)業(yè)的“黃金時(shí)期”內(nèi)未能實(shí)現(xiàn)乘勢(shì)進(jìn)步。由于濾料行業(yè)自身的原因以及我國(guó)燃煤發(fā)電用煤供應(yīng)多樣、發(fā)電運(yùn)行管理的問(wèn)題，袋式除塵技術(shù)在我國(guó)燃煤發(fā)電的煙塵治理中只占到30%，尚未發(fā)揮其應(yīng)有的作用。這也間接造成了我國(guó)以燃煤電廠為典型代表的工業(yè)煙塵治理中多項(xiàng)技術(shù)簡(jiǎn)單疊加、投資重復(fù)、效率不高的問(wèn)題。

生物質(zhì)纖維：不同品種有突破

《生物基化學(xué)纖維及原料“十三五”發(fā)展規(guī)劃研究》中指出，到2020年約實(shí)現(xiàn)生物基再生纖維產(chǎn)能50萬(wàn)噸/年，生物基合成纖維產(chǎn)能40萬(wàn)噸/年、海洋生物基纖維產(chǎn)能3.5萬(wàn)噸/年，化學(xué)纖維原料替代率2.1%，比“十二五”提高1.4個(gè)百分點(diǎn)。

生物質(zhì)纖維可實(shí)現(xiàn)石油資源的替代，緩解我國(guó)原油對(duì)外高依存度，是綠色、可持續(xù)的新材料。包括：Lyocell纖維、生物基PTT纖維、PLA纖維、可降解PBS纖維等等。我國(guó)生物基纖維發(fā)展處于起步階段，無(wú)論研究隊(duì)伍、資金投入、工藝裝備、技術(shù)水平等方面均與國(guó)外存在一定差距，生產(chǎn)企業(yè)多以中小型科技企業(yè)為主。

Lyocell纖維：3家實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)噸級(jí)國(guó)產(chǎn)化

11月15日，中國(guó)紡織科學(xué)研究院牽頭承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“再生纖維素纖維高效低耗規(guī)?；苽浼夹g(shù)”項(xiàng)目啟動(dòng)，14家單位參與其中。將形成具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全國(guó)產(chǎn)化新溶劑法纖維素纖維制備與應(yīng)用示范，建立漿粕、溶劑等原輔料和產(chǎn)品的質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)高水平規(guī)?；袌?chǎng)應(yīng)用。

Lyocell纖維被譽(yù)為21世紀(jì)綠色纖維。在國(guó)際上，Lyocell纖維技術(shù)和市場(chǎng)長(zhǎng)期被奧地利蘭精公司壟斷，商品名為T(mén)encel（天絲），產(chǎn)能為22.2萬(wàn)噸/年，天絲品牌家喻戶曉。今年10月蘭精推出了長(zhǎng)絲產(chǎn)品TENCEL?Luxe，應(yīng)用于高端服裝領(lǐng)域。印度博拉(Birla)公司也在積極研究生產(chǎn)。

萊賽爾（Lyocell）纖維國(guó)內(nèi)目前共有3家實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)噸級(jí)產(chǎn)業(yè)化。其中，中國(guó)紡織科學(xué)研究院1.5萬(wàn)噸Lyocell纖維擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、全套裝備國(guó)產(chǎn)化。項(xiàng)目整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。不過(guò)，國(guó)內(nèi)Lyocell纖維在規(guī)模、成本、市場(chǎng)應(yīng)用上，均與蘭精公司存在很大差距，且原料主要依賴進(jìn)口，急需整合資源、集中力量擴(kuò)大規(guī)模，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化和產(chǎn)品品牌化。

中紡院自主研發(fā)的萊賽爾纖維。

聚乳酸（PLA）纖維：重要原料被國(guó)外壟斷

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高品質(zhì)聚乳酸纖維及其紡織品制備技術(shù)”近日啟動(dòng)。該項(xiàng)目由恒天纖維集團(tuán)牽頭，16家單位共同申報(bào)，將實(shí)現(xiàn)具有低成本、高質(zhì)量、規(guī)?；娜f(wàn)噸級(jí)乳酸-丙交酯-聚乳酸及其全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用生產(chǎn)線，建立國(guó)際領(lǐng)先的聚乳酸纖維低成本、大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)聚乳酸纖維產(chǎn)品在多領(lǐng)域、高水平的應(yīng)用。

聚乳酸（PLA）纖維生產(chǎn)成本與石油基高分子材料大致相當(dāng)，是全球矚目的石油基高分子材料的替代品。在可吸收醫(yī)用手術(shù)縫合線、醫(yī)用無(wú)紡布、油井頁(yè)巖氣填充等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

國(guó)際上，PLA纖維被美國(guó)、日本壟斷，主要生產(chǎn)商為美國(guó)Natureworks、日本鐘紡公司、日本尤尼吉卡、日本可樂(lè)麗等，已廣泛應(yīng)用于高端醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。日本申請(qǐng)的PLA專利公開(kāi)數(shù)量居全球之首，而在應(yīng)用領(lǐng)域的專利中日本占總量的91%。

我國(guó)PLA纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平與國(guó)外尚有較大差距：重要原料被國(guó)外壟斷，纖維生產(chǎn)剛剛產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品應(yīng)用比較成熟但應(yīng)用領(lǐng)域有限。央企恒天集團(tuán)已將聚乳酸作為重點(diǎn)發(fā)展的新材料之一，正在聚乳酸全產(chǎn)業(yè)鏈布局，已建成并運(yùn)營(yíng)2000噸聚乳酸纖維生產(chǎn)線和第一條聚乳酸熱粘合無(wú)紡布生產(chǎn)線，近期將建成投產(chǎn)萬(wàn)噸級(jí)聚乳酸纖維生產(chǎn)線。

生物基PTT纖維：培育成為化纖重要品種之一

生物基PTT纖維主要生產(chǎn)商為美國(guó)杜邦公司，目前產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于服裝用、家紡用和高端醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)絕大部分依賴進(jìn)口，每年需求量上百萬(wàn)噸，有上千億元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

近日，在工業(yè)和信息化部公示的2017年入選綠色制造系統(tǒng)集成項(xiàng)目中，盛虹集團(tuán)國(guó)望高科牽頭的項(xiàng)目《生物基PTT纖維綠色設(shè)計(jì)平臺(tái)》成功入選國(guó)家資金計(jì)劃。目前盛虹集團(tuán)與華美公司分別建成投產(chǎn)2萬(wàn)噸/年粗甘油生物發(fā)酵制備（1,3-丙二醇）產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。今年6月，張家港美景榮化學(xué)公司啟動(dòng)了“20萬(wàn)噸/年P(guān)TT聚合紡絲一體化”項(xiàng)目，公司表示目前能夠工業(yè)化生產(chǎn)生物基PDO?！笆濉逼陂g，國(guó)內(nèi)將重點(diǎn)提高PTT聚合生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)PTT短纖維單線產(chǎn)能6萬(wàn)噸，長(zhǎng)絲單線產(chǎn)能10萬(wàn)噸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，擴(kuò)大其在多品種、多領(lǐng)域市場(chǎng)的應(yīng)用，使之成為化纖中重要的品種之一。

（感謝中紡院研發(fā)中心、中紡院生物源纖維制造技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專家，以及中國(guó)化纖工業(yè)協(xié)會(huì)為本文提供的寶貴資料。）