國產高性能纖維檢測標準現狀及分析

邱星翔，梁 燕，王發陽，胡偉偉，尚 斌

（1.江蘇省高性能纖維產品質量監督檢驗中心，江蘇 連云港 222047；2.連云港市紡織工程學會，江蘇 連云港 222000）

高性能纖維是指對外部的力、熱、光、電等物理作用和酸、堿、氧化劑等化學作用具有特殊耐受能力的一種纖維材料，具備高強度、高模量、耐高溫、阻燃、耐腐蝕等特性。高性能纖維由于具有比普通纖維更高的機械強度和彈性模量，更好的熱穩定性、耐酸堿性及耐候性，廣泛應用于航空航天、軌道交通、艦船車輛、新能源、健康產業和基礎設施建設等重要領域[1]，逐漸成為強國強軍的重要支撐和戰略性新材料。

當前，主要的高性能纖維產品有：碳纖維、超高分子質量聚乙烯纖維、芳綸纖維、聚酰亞胺纖維、芳砜綸纖維、聚苯硫醚纖維、聚醚醚酮纖維、聚對苯撐苯并二噁唑纖維、玄武巖纖維等。

高性能纖維的全球產業以日本、美國、歐盟為優勢主體，其中，日本在碳纖維領域擁有絕對優勢，東麗、帝人以及三菱麗陽（現三菱化學）貢獻了全球碳纖維產能的一半；美國則擁有芳綸產業的制霸企業杜邦公司，壟斷高端產品技術的同時還能對低端產品形成價格控制；歐洲則在超高分子質量聚乙烯纖維領域擁有處于優勢地位的荷蘭帝斯曼公司，到目前為止仍然是全球超高分子質量聚乙烯纖維的主要供應商，產能倍超其他優勢企業。

“十一五”之前，我國高性能纖維多數品種處于試驗階段，產業化進程緩慢。“十一五”期間，國家大力推進高性能纖維材料產業發展，在國家發改委、工信部、科技部等部門的支持和行業協會積極推進下，取得了前所未有的產業化突破。進入“十二五”以后，高性能纖維產業成為我國《新材料產業“十二五”發展規劃》提出的6個重點發展的產品之一，也是我國《紡織工業“十二五”發展規劃》中4個重點發展領域之一，不僅受到舉國上下的高度關注，更是步入了快速發展階段。國務院在《“十三五”國家科技創新規劃》中指出，要強化重點領域關鍵環節的重大技術開發，發展高性能纖維及復合材料等先進結構材料。工業和信息化部制定的《石化和化學工業發展規劃（2016—2020年）》中，將高性能纖維作為化工新材料創新發展工程之一。《化纖工業“十三五”發展指導意見》中也提出將進一步提升與突破高性能纖維重點品種關鍵生產和應用技術，拓展高性能纖維作為戰略性新興材料在先進軌道交通、新能源汽車、航天裝備、海洋工程和電力等領域的應用[2]。一系列良好的產業發展政策為緩解高性能纖維產業供需矛盾、突破產業技術瓶頸、加速推進高性能纖維產業健康良好穩定的發展給予了有力支持，提供了良好的發展氛圍和發展空間，國產高性能纖維產業已步入快速發展的軌道。

1 國產高性能纖維相關檢測標準現狀

1.1 國家或行業標準不斷建立和完善

隨著高性能纖維產業的發展，相關企業的產品質量意識及標準意識不斷增強，國產高性能纖維產品標準不斷完善，一批新制（修）訂的高性能纖維產品標準及檢測方法標準也應運而生。

例如，隨著碳纖維的生產和應用技術的迅速發展，碳纖維的品種也不斷增加，如高強型碳纖維從T300發展到T700、T800和T1000，高模型碳纖維從M40發展到MJ型，碳纖維的根數從1 k、3 k增加到6 k、12 k和24 k等，這些都給碳纖維的力學性能測試造成許多新的問題。GB/T 3362—2017《碳纖維復絲拉伸性能試驗方法》[3]替代了GB/T 3362—2005《碳纖維復絲拉伸性能試驗方法》[4]，該標準規定了碳纖維復絲拉伸性能試驗方法的儀器和設備、試樣、試驗條件、試驗步驟、試驗結果計算和試驗報告。

對于超高分子質量聚乙烯纖維，新制定的GB/T 29554—2013《超高分子質量聚乙烯纖維》[5]于2013年7月19日發布，2014年3月1日正式實施。標準規定了超高分子質量聚乙烯纖維的的分類和標記、要求、試驗方法、檢驗規則、標志、包裝、運輸和貯存等，適用于線密度范圍在55～6 650 dtex的超高分子質量聚乙烯纖維，線密度低于55 dtex或高于6 650 dtex的超高分子質量聚乙烯纖維可參照使用。

對于聚酰亞胺纖維，由江蘇省高性能纖維產品質量監督檢驗中心牽頭，江蘇奧神新材料有限公司、東華大學、長春高琦聚酰亞胺材料有限公司共同參與制訂的GB/T 33617—2017《聚酰亞胺短纖維》[6]國家標準，為首個聚酰亞胺纖維國家標準，于2017年12月1日實施。根據國產高性能纖維產品種類，表1列出了現行的相關產品的國家標準和行業標準。

表1 國產高性能纖維產品相關國家或行業標準編號、名稱及實施日期

1.2 基礎性能指標檢測方法標準延續普通化學纖維相關標準

目前，國內對于高性能纖維的檢測，除了碳纖維等無機纖維和特殊性能檢測以外，其他高性能有機纖維的基礎性能檢測指標還是延續了普通化學纖維檢測方法，主要包括國家推薦性標準中規定的化學短纖維和化學纖維長絲標準等檢測方法。表2列出了現行的國產高性能纖維部分基礎性能指標檢測方法。

表2 國產高性能纖維部分基礎性能指標檢測方法

1.3 為滿足特殊性能指標檢測需求，制定相關企業標準

近年來，高性能纖維產品方面的國家標準和行業標準制訂數量顯著提升，但是從目前高性能纖維生產企業對標準的使用和執行情況來看，國家標準和行業標準仍然滯后于產品質量發展需要，標準對企業的適用性有待提高。

以碳纖維為例，GB/T 3362—2017《碳纖維復絲拉伸性能》標準只適用于1～24 k碳纖維復絲拉伸的性能測定，對于48 k以上的大絲束碳纖維并不完全適用，國家標準GB/T 26752—2020《聚丙烯腈基碳纖維》[7]中也沒有關于大絲束碳纖維產品性能指標的規定。超高分子質量聚乙烯纖維產品也是目前在生產和市場應用方面都相對成熟的一種高性能纖維，我國在該產品上具有一定的國際競爭力。根據市場上相關產品的數據比對，國產高強型超高分子質量聚乙烯纖維在綜合性能上相當于荷蘭帝斯曼公司的SK7系列產品，基本滿足了防彈、防爆、防切割等應用需求。我國超高分子質量聚乙烯纖維行業已經在積極開展耐熱及抗蠕變性能產品的研制和生產，但現行超高分子質量聚乙烯纖維的國家標準或行業標準，對產品的耐熱或抗蠕變性能指標都未作出相關規定。

因此，根據企業產品特點，部分高性能纖維企業參考使用了國外的檢驗方法標準和公開的科學技術文獻，也有一些企業根據自身檢測需要和檢測條件而開發企業標準檢測方法，制定了相關企業標準，指導企業產品的生產。

2 國產高性能纖維檢測標準存在問題

通過對現行國產高性能纖維檢測標準現狀的分析，主要發現以下問題。

2.1 部分現行業標準滯后于行業發展，標準適用性和企業采用度不高

高性能纖維產品不同于傳統纖維產品，其應用領域和下游產品涉及面更廣，因此，不同行業、客戶對于產品的性能需求也不相同。國家標準和行業標準只對基礎性能指標進行規定和考核，無法兼顧到各領域需求，并且這種需求還在不斷地更新。

目前，高性能纖維產品相關國家標準和行業標準滯后于產品質量的提升和發展需要，相關國家標準和行業標準對于企業的適用性不強，且有很多標準還在修訂和完善中。另外，國家標準中適用的產品范圍比較寬泛，而企業針對固定單一產品制定的企業標準則更具有產品針對性，同時，根據下游客戶需求以及產品用途，企業對于國家標準或行業標準中的性能指標會有所取舍，松緊程度也會有所調整，有的指標嚴于國家標準或行業標準，有的指標低于國家標準或行業標準。

例如，超高分子質量聚乙烯纖維現行的國家標準是GB/T 29554—2013《超高分子質量聚乙烯纖維》和FZ/T 54027—2010《超高分子質量聚乙烯長絲》[8]，上述兩個標準中僅規定了產品的通用命名規則和力學性能要求。經過多年的行業發展，超高分子質量聚乙烯纖維的力學性能已經有了顯著的提升，上述兩個標準的質量考核指標已經明顯不適用于現今超高分子質量聚乙烯纖維的實際生產和使用要求。由于生產能力和水平不同，各企業對于產品的性能分級和命名使用也不同，因此，對于高性能纖維產業來說，企業標準、團體標準由于制訂、修訂的方式更靈活，標準發布周期更短，也更適用于企業實際生產。

2.2 企業標準中規格分類和質量指標等要素需要完善，某些企業標準缺少關鍵性能指標

國際標準是必須遵守的最低標準，國家標準一般都高于國際標準，行業標準要求一般高于國家標準的要求，而企業標準的要求更高且各有特色。為了保證高性能纖維、新功能纖維的品質及纖維品質的穩定性和一致性，在國際標準及國家標準層面對纖維性能的控制及測試提高了要求并增加了檢測項目，但這是有限的，在企業標準方面可以大幅度提高檢測項目及檢測分析要求[9]。

從目前高性能纖維生產企業對于標準的使用和執行情況來看，大多數企業更傾向于采用企業標準來指導生產。但是，部分高性能纖維產品企業標準制定不完善，標準中要求的檢驗項目少，對產品本身的重要特殊性能（如PE的抗拉伸蠕變性、芳綸纖維的阻燃性和熱穩定性等）沒有考核依據，缺少一些必需的引領性關鍵指標。

3 結語

綜上所述，國產高性能纖維的產品規格和種類還比較單一，面對不同下游行業的需求，沒有形成具體、統一、完善的標準化體系，產品市場分類各自為政，不便于質量性能指標的統一比較和下游企業的應用。與國際先進企業相比，國產高性能纖維在產品規格化、系列化方面還存在一定的差距，封閉式的質量競爭環境不利于高性能纖維行業整體發展利益。因此，需要政府標準化管理部門、技術產業協會（聯盟）和相關企業共同努力，借鑒國外的行業發展經驗，盡快形成符合我國國情、有利于下游產業應用和發展的國產高性能纖維產品標準化體系。