高性能纤维发展概述101027.ppt

高性能纤维发展概述,二一年十月,内容,一、高性能纤维概述二、国外高性能纤维发展动态三、国内高性能纤维发展动态四、国内发展问题分析与研究五、国内加快发展的政策建议,一、高性能纤维概述,1、以缺陷控制为主线，提高聚丙烯腈碳纤维质量稳定性2、以结构调控为主线，开发高等级聚丙烯腈碳纤维原丝3、预氧化、碳化结构演变机理、表征及控制4、高模量中间相沥青基碳纤维5、异形截面聚丙烯腈碳纤维制备技术,1.碳纤维,1、芳纶规模化关键装备及技术开发2、高强高模PE纤维改性技术3、PBO聚合、挤出、液晶纺丝一体化技术4、新型有机高性能纤维技术开发5、新型有机耐热纤维技术开发,2.有机高性能纤维,4.高性能纤维应用技术-国防,4.高性能纤维应用技术-航空,空客飞机复合材料应用发展历程,4.高性能纤维应用技术-航空,4.高性能纤维应用技术-航空,复合材料层合板,4.高性能纤维应用技术-航空,4.高性能纤维应用技术-汽车,CFRP用作汽车结构材料底盘-50公斤，车顶-10公斤行李箱盖-10公斤，传动轴-5公斤发动机罩-12公斤，防撞梁-3公斤尾气收集器-10公斤用后效果减轻车重：省汽油，少排放可提高抗冲击性：由于CFRP用作传动轴可提高车速：由于减少阻尼可提高汽车安全性：由于材料抗疲劳性好,4.高性能纤维应用技术-汽车,4.高性能纤维应用技术-能源,据中国气象科学研究院预测的风能储量我国陆地风能理论储量：32.3亿kw可开发利用储量：2.53亿kw近海可利用风能储量：7亿kw可利用风能储量合计：10亿kw居世界前列国家发改委风力发电规划：2010年，建成500万kw2020年，建成3000万kw,4.高性能纤维应用技术-能源,每座海洋石油钻井平台约需要14T碳纤维，可以替代80T钢材。,4.高性能纤维应用技术-能源,碳纤维在海洋石油工程装备上的应用随着深海钻井技术的发展，海洋石油钻井平台使用碳纤维，可提高安全性和生产效率，据测算，一个平台，需用14吨碳纤维，可代替80吨钢材我国已建成1000米以下的石油钻井平台50座以上，还几乎都没采用碳纤维。采油专家普遍认为，只要解决供货和价格问题，使用碳纤维更为轻质高强，且耐腐蚀，今后一定要应用。,4.高性能纤维应用技术-能源,补强与结构材料,4.高性能纤维应用技术-建筑,补强与结构材料,4.高性能纤维应用技术-建筑,体育休闲运动产品,4.高性能纤维应用技术-运动休闲,电子信息产品、医疗设备和通用工业设备,4.高性能纤维应用技术-其他应用,电子信息产品、医疗设备和通用工业设备,4.高性能纤维应用技术-其他应用,二、国外高性能纤维发展动态,（一）国外高性能纤维产业近年来发展迅速,碳纤维：2005年全世界总产能是3.5万吨，而2007年是5.1万吨，增长了46。芳纶：2005年全世界总产能是4.6万吨，而2007年则达到了5.4万吨，增长了39。高强高模聚乙烯纤维：2005年全世界总产能是6500吨，2007年达到了1.1万吨，增长了69（已含我国）。现全世界高性能纤维的总产能约20万吨，虽然只占化纤总产能的0.5%，但它的战略意义、重要性和经济效益都是极大的。,（二）发展迅速的主要原因,1.政治和军事方面。中东战乱及国际形势在一些地方趋于紧张，有关各国纷纷战备，使高性能纤维材料的需求量激增，用于作战飞机、火箭、导弹、装甲防护材料等领域。2.在工业应用方面。对新材料需求增加，高性能纤维的复合材料在飞机、能源、建筑、环保、海洋产业等的应用迅速增长。在运动休闲器材方面也在增加。,高性能纤维质量轻，强力大，模量高，耐冲击，耐高温，耐腐蚀，是战略性高新材料。,高性能纤维在国防领域的应用(导弹、火箭、卫星、士兵防护、装甲防护、战斗机、舰艇等）,高性能纤维在国民经济领域的应用（航空、风能发电、汽车轻量、海洋产业、环保、建筑、工业器材等）,高性能纤维在国防上的战略作用,高性能纤维是火箭、导弹、战斗机、作战装甲、海军舰艇等尖端武器装备的基础材料。如：洲际弹道导弹再入大气层的温度高到6600，只有碳/碳复合材料，不会熔融。战略导弹固体火箭发动机重减公斤，射程可增16公里；弹头重量减1公斤，可增射程20公里。又如：每艘DDG“伯克”级驱逐舰就使用了约70吨对位芳纶kevlar提供弹道防护。又如：士兵和装甲的防弹，需用大量芳纶和高强高模聚乙烯。,高性能纤维在现代工业上的战略作用,A380和B787大飞机，每架需用23吨碳纤维，可节油20，提高安全性和总装效率。汽车的结构材料部分改用碳纤维，减重100公斤，可省油，少排放，抗冲击，提车速。碳纤维是功率在5MW以上的风力发电机叶片的结构材料，每个叶片需用超过500kg碳纤维。每座海洋石油钻井平台约需要14T碳纤维，可以替代80T钢材。用于袋式除尘用环保过滤材料的耐高温纤维国内每年需求量将达到2000吨，对改善大气环境有重要作用。,（三）日、美高性能纤维产业发展的战略和特征,1.将高性能纤维作为战略性产业和材料，西方国家和企业都对我国严格封锁技术，控制高端产品出口.战略性的含义首先在于高性能纤维的用途：航天（火箭、导弹、宇航）、防弹装备、大飞机、风能、海上采油、汽车轻量、高温尾气处理、现代建筑、渔业和海军专用绳缆等。我国必须自力更生，自主建设。,（四）日、美高性能纤维产业发展的战略和特征,2.高性能纤维产业技术难度高，专业跨度大，是复杂的系统工程和高度的集成创新。高性能纤维产业涉及石油化工、材料工程、化纤工程、精密机械制造、电子信息、自动化控制、工程集成等，多学科、多专业的相互融合和前后衔接。,（四）日、美高性能纤维产业发展的战略和特征,3.国外高性能纤维产业正值快速发展期，技术和产品不断升级，应用领域日益拓展，科技创新和市场应用相互推进。碳纤维从T300T700，800，1000；从MJ35MJ70芳纶从kevlar2949129149,（四）日、美高性能纤维产业发展的战略和特征,4.主要集中在少数专业相关的大企业手里，其优势在于：有远见、有财力、有人力、有魄力；善于创建新兴产业。如：日本东丽、东邦、三菱三家企业的碳纤维产能即占全世界的70；全世界芳纶1414产能的95，集中在美国杜邦和日本帝人两家公司。,（四）日、美高性能纤维产业发展的战略和特征,5.发展高性能纤维是企业产业结构调整升级的必然.如：日本东丽的碳纤维产值虽然仅占公司总产值的4，而利润所占比例却达13，是一般化纤利润率的5.9倍。又如：美国杜邦把常规化纤，包括氨纶在内都已脱手，着力发展芳纶、M5、PTT等高新纤维。在杜邦的五个效益版块中，“先进材料”的效益占总效益的24。,（四）日、美高性能纤维产业发展的战略和特征,6.高性能纤维从基础性研发到工程化试验、到工业化，不断改进成熟，需要时间较长（5年、10年、20年），投入相当大。不同阶段资金投入比例：基础研发工程化试验工业化110100,（四）日、美高性能纤维产业发展的战略和特征,7.产业扩大的方式主要是在海外办子公司或合资公司，使用统一的技术和商标牌号。如：日本东丽（碳纤）法（Sofica）,美(TorayCarbon)美国杜邦（芳纶）日（东丽Kevlar），英（杜邦Kevlar）,（四）日、美高性能纤维产业发展的战略和特征,8.国家从政策上、项目上、投资上、产品应用上进行支持。对于国防需用的高性能纤维及其复合材料实施国防采办法（从研发到产品采购全程支持）。如：现美国对M5纤维的研发和工程化，军方、政府和国会都专项支持。,三、国内高性能纤维发展动态,（一）已实现工业化的高性能纤维,1、粘胶基碳纤维,东华大学以棉短绒为原料，粘胶帘子线为原丝，成功地实现了粘胶基碳纤维工业化，成为继美国、俄罗斯之后第三个掌握这项技术的国家。现实现工业化生产有两家，一是东华大学，年产3吨；二是山西煤化所，也拥有吨级规模。总产能已能基本满足需求。其耐高温性能优异，用作导弹隔热部件，能减轻重量，增加射程。,2、高强高模聚乙烯纤维,由东华大学开发成功，是我国自有知识产权。这项技术先后在宁波大成、湖南中泰和北京中纺投资三个单位工业化，总产能约3000吨，纤维已用于我军单兵防弹装备，并部分出口。国产纤维性能指标基本可以，唯CV值偏高。现又有多家企业在建厂，已出现小而散的局面。该纤维在舰船绳缆方面的应用潜力很大，现还基本空白。,（一）已实现工业化的高性能纤维,3、芳纶1313,第一家实现芳纶1313工业化的企业是烟台氨纶，它花了一百多万美元从哈萨克斯坦购买基础技术。在工程化试验的基础上实现了产业化，现有产能2600吨/年。它与有实力的纺机厂和有经验的工程设计院合作，工业化水平较高。还有新会和吴江两家公司也已工业化。我们现有总产能约4000吨/年，产品一半出口。国内现主要用作高温除尘滤材和军民防护服。,（一）已实现工业化的高性能纤维,4、芳砜纶,由上海纺织科学研究院研发成功，有自主知识产权。现已建成年产1000吨的生产线。芳砜纶的耐热性优于Nomex，但投资和成本较高。可作为高端品种，用于特定领域。,（一）已实现工业化的高性能纤维,5、项目成功的基本经验基于芳纶1313和高强高模聚乙烯纤维6家企业（大部分为民营企业）共同的成功要素分析,企业主要领导对项目看好，专业上有关联，有前瞻性，有资金实力，敢决策。抓好工程化实验是关键，经历多次失败改进才能成功，但却是工业化成功之母。对工程建设有经验，有较强的组织、集成能力。企业本身有技术专家，又善于与学、研合作。企业对技术人才的贡献有激励机制。企业有生产运作和市场销售的经验。企业取得了政府的支持。,（一）已实现工业化的高性能纤维,6、我国芳纶1313和高强高模聚乙烯的成功工业化，引起了国外大公司的关注，他们曾和我方企业谈过合资或收购问题，因其目的在保持垄断和控制，技术和市场不能互通共赢，已遭到我方拒绝。,（一）已实现工业化的高性能纤维,7、未来发展需把握的要点,拓展纤维国内外应用和市场。（如芳纶1313用在环保上还大有空间）继续提高技术和产品水平。（国产纤维现在处在中等偏下水平）要防止低水平重复建设，盲目发展。（如高强聚乙烯纤维厂又新增了多个）,（一）已实现工业化的高性能纤维,（二）正在进行工程化试验、筹建工业化的高性能纤维主要项目,1、碳纤维,碳纤维在我国经历了40年的研究开发，国家投入已超过5亿，有24个单位先后参与。后由“十五”863计划以产学研结合，企业为主体，T300得以进入工程化。,1、碳纤维,现有9家企业开展的碳纤维工程技术研发平台和产业化建设项目得到了政府的支持。其中，山东威海拓展、扬州惠通联科、中石油吉林化工、北京化工大学等单位已经在工程技术上取得了可喜的突破，小批量生产的标准模量和高模型碳纤维已达到日本东丽公司T300和MJ40上世纪90年代初的水平，可基本满足军工急需，现正积极开展产业化建设。其他进行工程化研发和产业化建设的企业有：山西恒天、连云港中复神鹰、上海金山石化、吉林化纤、安徽华皖、东华大学等。,（二）正在进行工程化试验、筹建工业化的高性能纤维主要项目,2、芳纶1414纤维,芳纶1414纤维在我国有10多年研发历史。其工程化的难点在聚合反应快，粘度大，生产线材质要求耐酸；溶剂回收不能含水，技术要求苛刻。目前进行工程化试验的单位有：四川晨光、河南神马、烟台氨纶、新会彩艳、仪征化纤、东华大学。预计部分项目可于2010年开始工业化。,（二）正在进行工程化试验、筹建工业化的高性能纤维主要项目,3、聚苯硫醚（PPS）纤维,主要由四川得阳华拓公司工业化生产，产能为6000吨树脂，其中5000吨为纤维级。企业有化工基础和实力，但是还需和化纤工业相结合。PPS纤维主要用作高温工业尾气的环保过滤，需求空间大。,（二）正在进行工程化试验、筹建工业化的高性能纤维主要项目,4、玄武岩纤维,我国山东有优质玄武岩。该纤维耐温高，成本低，制造技术为玻璃纤维与合成纤维的融合。国内主要有两家生产单位，一家是成都航天城的拓鑫公司，属于哈工大技术；另一家是上海俄金玄武岩公司。两家技术差不多，正处于工程化试验阶段。可视应用需求，适度发展。,（二）正在进行工程化试验、筹建工业化的高性能纤维主要项目,（三）我国碳纤维和芳纶1414的进口情况根据我国海关进出口数据分析,1、碳纤维,我国2007年进口碳纤维约8000吨（2000年进口2100吨），已占世界产量的1/4，但绝大部分为加工后再出口（主要是运动器材和工业制品），国内消费仅约200300吨。,2、芳纶1414纤维,我国2007年进口芳纶1414约2500吨（2000年进口142吨），主要用于军警防护装备。,四、问题分析,（一）碳纤维为什么40年上不去？,我们广泛调研，听取意见后认为深层次的原因有三：,（1）科技、工程难度大从研发、技术、工程化到产业化，科技和工程交叉复杂，难度大，流程长，关键环节多,（一）碳纤维为什么40年上不去？,（2）关联的大企业未能及时成为技术创新、工程化、工业化的主体,基础研究、实验室小试、工程化试验攻关、工业化、产业化和下游应用之间缺乏衔接和交叉合作，未形成利益共同体；有关联、有实力的大企业未成为技术创新和工业化的主体，未能形成产学研的利益共同体.,（一）碳纤维为什么40年上不去？,（3）在政府管理层面上，完成工业化的责任主体缺位,对碳纤维项目虽有多头领导（如：国家计委、科委、国防科工委、自然科学基金会、总装、航空航天等部门），但各部门只关心自己管辖的范围，部门之间缺少衔接协调和优化整合。经费分散，研发单位多而重复，国家虽已投入几亿元，但使用效益低，实际成果小。,（二）比较共性的突出问题,以上分析表明，碳纤维产业化进展缓慢有着深层的体制和机制原因，这些问题不仅局限于碳纤维，在其他高性能纤维的产业化中也存在。以前影响我国高性能纤维产业发展的共性问题，主要有以下8个方面：,（二）比较共性的突出问题,1、对高性能纤维的重要性认识不足，没有放到战略高度（如：立项时，难以得到支持。），有时还曾因依赖进口，放松了资助研发和产业化。2、国家层面在宏观运行中虽有多头管理，但最终责任主体缺位。,（二）比较共性的突出问题,3、工程化试验及产业化经费投入不足，知识产权保护不力。易造成：（1）项目小而散，重复建设；（2）比较封闭，工程化水平不高（如：高强高模聚乙烯项目）4、国有大型化纤企业参与高性能纤维发展的动力不足，民营中小型企业积极性虽高，进入快，但企业素质不高，产业难以做大做强。,5、难于形成以企业为创新主体、产、学、研、装备工程相结合的工程化利益共同体。（比较考虑技术和利益扩散，不易优势互补，强强合作，高水平集成建设）6、关键装备仍要攻关，解决国产化（如：石墨炉需进口，受制于人）。7、高性能纤维及其制品的标准化工作要跟上，现用标准建立在进口纤维的基础上。（没有产品标准，就不便于应用如用于飞机）。8、要加强纤维的应用研究，拓展应用领域，从技术导向到市场需求导向。,（二）比较共性的突出问题,五、政策建议,1、将高性能纤维产业的发展上升到国家战略高度，自力更生、自主创新，坚决把武器发展和国防设施建设建立在国产材料基础上。2、建议工业与信息化部作为高性能纤维产业化的政府责任部门。负责产业发展规划，协调和整合研发、工程化、产业化资源，统筹安排资金，监督和评估项目实施效果。,政策建议,3、建立“一条龙”模式国防采办办法。尽早启动国防采办法的立法进程，发挥其所特有的“持续投入、研用结合、项目管理和技术升级”的机制优势，孵化高性能纤维技术和市场。（建议总装备部负责）4、国有大型化纤企业应当成为产业自主创新发展的主力军。建议国资委将在高性能纤维自主创新方面的贡献作为一项重要指标，以考核中石油、中石化和中化集团等国有大型企业的业绩。,政策建议,5、要对国产高性能纤维的应用给予强有力的政策引导和支持。建议工业与信息化部、科技部、发改委和总后、总装安排专项支持国产高性能纤维在各自领域中的应用研究，特别是航空航天器、汽车、燃料电池、电子屏蔽产品、风能发电机、海洋工程装备、绳缆、大型武器平台装甲和军警人员防护装备制造方面的应用研究。6、尽早开展国产高性能纤维产品和技术的标准化研究。建议科技部、标准委和总装安排专项标准研究项目和重大标准推进工程项目，组织制订相关的高性能纤维国家（军用）标准奠定基础。,政策建议,7、尽快开展高性能纤维制造所需关键技术装备的研制。建议发改委、科技部和工业与信息化部启动安排相关机电装备的专项研制项目，尽早实现高性能纤维制造装备的国产化。8、建设好高性能纤维基础研究、技术支撑和知识共享三个公共平台。建议明确发改委、科技部和工业与信息化部启动安排上述三个平台的建设。,政策建议,9、加强对重要高性能纤维的基础研