纖維新材料：全球價值鏈的制高點

纖維新材料：全球價值鏈的制高點

長期以來，日本、美國等發達國家壟斷了纖維新材料的研發與市場。國內雖在不同品種上有個別突破，但總體處于中低端水平

纖維新材料是國家戰略性材料，其中高性能纖維和生物基纖維材料是重中之重，關乎我國工業核心競爭力的提升和可持續發展，是社會經濟安全和國防安全的重要保障，是全球競相發展的重點。

在國際金融危機后，紡織強國正在纖維材料領域加快布局，美國宣布成立國家制造創新網絡（NNMI）中的最新一家——革命性纖維與織物制造研究中心（RFT MII），德國確立了名為“未來紡織”（futureTEX）的國家級戰略，將其和工業4.0進程緊密結合在一起，以鞏固強國地位，搶占價值鏈制高點。

目前，國內高性能纖維生產品種覆蓋面廣，形成江蘇、吉林、山東等產業集聚地；總產能近10萬噸，產能規模已居世界前列；高性能纖維碳纖維、芳綸1313、聚苯硫醚纖維和連續玄武巖纖維等產能突破萬噸級產業化生產；芳綸1414、聚酰亞胺纖維、聚四氟乙烯纖維等實現千噸級產業化生產；聚芳醚酮纖維、碳化硅纖維等攻克關鍵技術，為實現產業化奠定了基礎。

同時，生物基化學纖維關鍵技術取得重大突破、初步形成了產業規模、標準體系初步建立、應用領域進一步拓寬。如萊賽爾（Lyocell）、竹漿、麻漿、聚對苯二甲酸混二醇酯（PDT）、聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚乳酸（PLA）、殼聚糖、蛋白復合等生物基纖維實現了產業化，海藻纖維等主要品種已突破了產業化關鍵技術，并已廣泛應用于貼身內衣、襯衫、襪子、休閑運動等服裝領域，床品、窗簾等家紡領域，以及面膜、嬰兒尿不濕等產業用紡織品領域。

根據“十三五”規劃，我國將突破一批高性能纖維制備和應用技術，實現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的主要國家之一。同時，將把“三個替代”（原料替代、過程替代、產品替代）、“三個結合”（與生物化工產業相結合，與節能環保、廢舊利用相結合，與功能改進和推廣應用相結合）和“三個重點”（重點攻克Lyocell纖維國產化關鍵技術與裝備、重點攻克聚乳酸纖維原料制備及纖維應用技術、重點攻克海洋生物基纖維原料多元化及規模化生產技術）作為發展生物基化學纖維的重要任務。

表1 我國主要高性能纖維產能情況

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，是衡量一個國家尖端材料水平的重要標志。長期以來，日本、美國等發達國家壟斷了高新技術纖維的研發與市場。國內雖在不同品種上有個別突破，但總體處于中低端水平，與國際差距明顯，只能初步滿足國防軍工、航空航天、醫療健康、環保過濾等行業發展需要。高新技術纖維材料的高性能化、多元化、纖維功能復合化以及纖維材料生態化水平亟待提升。部分高性能纖維關鍵技術和裝備尚需突破，對位芳綸、碳纖維等材料進口依存度過高。

根據海關數據，2016年主要高性能纖維進口30696.44噸，同比增長7.31%，進口金額64205.18萬美元，同比增長1.33%。進口產品范圍包含碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維等高性能纖維。數據統計顯示，中國對高性能纖維的需求將持續增加。到2025年高性能碳纖維每年需求量在3～4萬噸，間位芳綸纖維需求量在3萬噸 ，對位芳綸纖維需求量在4萬噸。

表2 中國高性能纖維發展需求

碳纖維：美國日本產能約占70%

美國、日本是兩個碳纖維技術前沿國家，產能約占世界總產能的70%，主要應用于航空航天軍工（尤其是飛機制造業）、風電葉片、汽車及壓力容器。目前，碳纖維復合材料在小型商務飛機和直升飛機上的使用量已占70%-80%，在軍用飛機上占30%-40%，在大型客機上占15%-50%。國外在大型民機上，T800等碳纖維逐步取代T300級碳纖維，波音B777和波音B787則大量采用T800和中模系列高強度碳纖維。碳纖維巨頭均計劃擴大生產能力，并在技術上更新換代，研發更高強度、更高模量的碳纖維，如日本東麗開發了T1000G碳纖維，并重點發展低成本大絲束碳纖維。

國內目前碳纖維產能為2.38萬噸/年，產量為4000噸/年，T300級碳纖維進一步實現了穩定生產，單線產能提高到1200噸/年；中復神鷹實現了千噸級T800碳纖維產業化。然而，我國碳纖維低水平重復建設嚴重，技術裝備與產品處于中低端水平，主要產品只能應用于風力發電、體育器材、建筑補強等領域。國防軍工、航空航天等領域急需的碳纖維復合材料高度依賴進口日本、美國，2016年碳纖維及制品進口量為15960.47噸。

芳綸：我國不具備規模化競爭能力

芳綸纖維僅美國、日本、俄羅斯和中國等少數國家實現工業化生產，全球芳綸產能超過10萬噸/年。其中，芳綸1414（對位芳綸）被美國杜邦和日本帝人壟斷，芳綸1313（間位芳綸）主要供應商依次為美國杜邦、中國煙臺泰和新材、日本帝人。煙臺泰和新材的芳綸1313產品性能指標和差別化程度與美國杜邦比較接近。國際對位芳綸發展特點是以技術先進性推進產品換代升級，如杜邦公司開發了系列芳綸新產品，超高強型Kevlar129、超高模量型Kevlar149、中等模量型Kevlar68、高黏結型Kevlar-Ha、抗疲勞型Kevlar等。

我國芳綸纖維產量占世界總產量的20%左右，間位芳綸1313產能已突破萬噸級產業化生產。但產品種類少、性能低、穩定性不高，產品應用仍以過濾材料和防火防護材料為主，還不具備規模化競爭能力。國防防彈裝甲用芳綸1414（對位芳綸）纖維發展滯后，需要從美國、荷蘭等國進口。2016年我國芳綸纖維共計進口10236.06噸，同比增長11.28%。進口的對位芳綸主要應用在安全防護材料、汽車用材料和光纜增強材料三大領域；間位芳綸多用于制成芳綸無緯布、防彈布、安全防護用品如防割手套等。

超高分子量聚乙烯纖維：國內需求40%自給

國際三巨頭為荷蘭帝斯曼、日本東洋紡、美國霍尼韋爾，前兩家采用干法紡絲技術，代表品牌為Dyneema?，產品占據3/4的市場份額；后一家采用濕法紡絲技術，代表品牌為Spectra?。超高分子量聚乙烯纖維主要應用領域為防彈衣和武器裝備,占比60%-70%，其次為繩纜占比20%，漁網等占比5%。

國內目前產能為1.5萬噸/年，產量為9000噸/年。由中國紡織科學研究院先后與南化集團研究院和中國石化儀征化纖股份有限公司合作，打破了國外高性能聚乙烯纖維干法紡絲的獨家技術壟斷，產品約占國內需求量的40%左右，并出口到韓國、歐美等國外公司，產品的生產規模及產品質量已達到國際水平。2016年我國超高分子量聚乙烯纖維進口量為338.29噸，同比增長75.52%，以日本和韓國為主。

身披碳纖維特殊涂裝的空客A350。

聚苯硫醚纖維：基本應用于燃煤電廠除塵，覆蓋率30%

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

國外在聚苯硫醚樹脂和聚苯硫醚纖維的生產上非常集中。其中樹脂基本上只有日本的東麗、吳羽，美國的Philips、Ticona（技術來源于吳羽）等幾家，纖維生產也只有日本的東麗、東洋紡，韓國的匯維仕等。

我國對于聚苯硫醚樹脂和纖維的開發開始于20世紀60年代，目前都已經實現了國產化，但生產的穩定性和產品的綜合性能仍不能和進口產品形成真正的競爭。主要問題在于，對于聚苯硫醚樹脂原料的合成工藝雖有比較深刻的研究，但是對聚合工程技術并未形成包括聚合原料精制、聚合條件控制、工程設備設計等關鍵因素的綜合開發體系。

受制于原料性能與供應的不穩定，我國聚苯硫醚纖維開發與生產在其下游行業——電力環保產業的“黃金時期”內未能實現乘勢進步。由于濾料行業自身的原因以及我國燃煤發電用煤供應多樣、發電運行管理的問題，袋式除塵技術在我國燃煤發電的煙塵治理中只占到30%，尚未發揮其應有的作用。這也間接造成了我國以燃煤電廠為典型代表的工業煙塵治理中多項技術簡單疊加、投資重復、效率不高的問題。

生物質纖維：不同品種有突破

《生物基化學纖維及原料“十三五”發展規劃研究》中指出，到2020年約實現生物基再生纖維產能50萬噸/年，生物基合成纖維產能40萬噸/年、海洋生物基纖維產能3.5萬噸/年，化學纖維原料替代率2.1%，比“十二五”提高1.4個百分點。

生物質纖維可實現石油資源的替代，緩解我國原油對外高依存度，是綠色、可持續的新材料。包括：Lyocell纖維、生物基PTT纖維、PLA纖維、可降解PBS纖維等等。我國生物基纖維發展處于起步階段，無論研究隊伍、資金投入、工藝裝備、技術水平等方面均與國外存在一定差距，生產企業多以中小型科技企業為主。

Lyocell纖維：3家實現了萬噸級國產化

11月15日，中國紡織科學研究院牽頭承擔的國家重點研發計劃項目“再生纖維素纖維高效低耗規模化制備技術”項目啟動，14家單位參與其中。將形成具備自主知識產權的全國產化新溶劑法纖維素纖維制備與應用示范，建立漿粕、溶劑等原輔料和產品的質量和標準體系，實現高水平規模化市場應用。

Lyocell纖維被譽為21世紀綠色纖維。在國際上，Lyocell纖維技術和市場長期被奧地利蘭精公司壟斷，商品名為Tencel（天絲），產能為22.2萬噸/年，天絲品牌家喻戶曉。今年10月蘭精推出了長絲產品TENCEL?Luxe，應用于高端服裝領域。印度博拉(Birla)公司也在積極研究生產。

萊賽爾（Lyocell）纖維國內目前共有3家實現了萬噸級產業化。其中，中國紡織科學研究院1.5萬噸Lyocell纖維擁有自主知識產權、全套裝備國產化。項目整體技術達到國際先進水平。不過，國內Lyocell纖維在規模、成本、市場應用上，均與蘭精公司存在很大差距，且原料主要依賴進口，急需整合資源、集中力量擴大規模，實現全產業鏈國產化和產品品牌化。

中紡院自主研發的萊賽爾纖維。

聚乳酸（PLA）纖維：重要原料被國外壟斷

國家重點研發計劃“高品質聚乳酸纖維及其紡織品制備技術”近日啟動。該項目由恒天纖維集團牽頭，16家單位共同申報，將實現具有低成本、高質量、規模化的萬噸級乳酸-丙交酯-聚乳酸及其全產業鏈應用生產線，建立國際領先的聚乳酸纖維低成本、大規模產業化的技術體系，實現聚乳酸纖維產品在多領域、高水平的應用。

聚乳酸（PLA）纖維生產成本與石油基高分子材料大致相當，是全球矚目的石油基高分子材料的替代品。在可吸收醫用手術縫合線、醫用無紡布、油井頁巖氣填充等領域應用廣泛。

國際上，PLA纖維被美國、日本壟斷，主要生產商為美國Natureworks、日本鐘紡公司、日本尤尼吉卡、日本可樂麗等，已廣泛應用于高端醫療衛生等領域。日本申請的PLA專利公開數量居全球之首，而在應用領域的專利中日本占總量的91%。

我國PLA纖維產業發展水平與國外尚有較大差距：重要原料被國外壟斷，纖維生產剛剛產業化，產品應用比較成熟但應用領域有限。央企恒天集團已將聚乳酸作為重點發展的新材料之一，正在聚乳酸全產業鏈布局，已建成并運營2000噸聚乳酸纖維生產線和第一條聚乳酸熱粘合無紡布生產線，近期將建成投產萬噸級聚乳酸纖維生產線。

生物基PTT纖維：培育成為化纖重要品種之一

生物基PTT纖維主要生產商為美國杜邦公司，目前產品廣泛應用于服裝用、家紡用和高端醫療衛生等領域。國內絕大部分依賴進口，每年需求量上百萬噸，有上千億元的產業規模。

近日，在工業和信息化部公示的2017年入選綠色制造系統集成項目中，盛虹集團國望高科牽頭的項目《生物基PTT纖維綠色設計平臺》成功入選國家資金計劃。目前盛虹集團與華美公司分別建成投產2萬噸/年粗甘油生物發酵制備（1,3-丙二醇）產業化技術。今年6月，張家港美景榮化學公司啟動了“20萬噸/年PTT聚合紡絲一體化”項目，公司表示目前能夠工業化生產生物基PDO。“十三五”期間，國內將重點提高PTT聚合生產能力，實現PTT短纖維單線產能6萬噸，長絲單線產能10萬噸產業化生產，擴大其在多品種、多領域市場的應用，使之成為化纖中重要的品種之一。

（感謝中紡院研發中心、中紡院生物源纖維制造技術國家重點實驗室專家，以及中國化纖工業協會為本文提供的寶貴資料。）