跳出传统纺织范畴,高性能纤维发展转向高精尖领域
发表时间:2017-08-08    作者:吕海荣  发表评论()

  高性能纤维是关系到国防建设和国民经济发展、支撑国家高新技术产业的关键基础材料。随着科学技术的不断进步,各学科之间的交叉融合不断深入,高性能纤维已跳出传统纺织范畴,向产业用、军工特品、合成新材料等高新技术领域不断拓展,其发展水平已逐步影响到航空、航天、交通、医疗、能源、环保、通讯等众多领域的技术进步和产业升级。

  1、高性能纤维材料发展现状

  1.1 良好的产业发展环境

  近年来,日、美等发达国家借助自身在碳纤维、芳纶等高性能纤维方面的领先地位,对世界高性能纤维材料的研发与市场形成了垄断,并且对中国进行全面的技术封锁和多方限制,严重制约着国防建设和经济发展[2]。

  国家有关部委结合国情加强产业政策研究,将重要高性能纤维的科技攻关和产业化以及重点新兴市场的开拓列入国家“973”、“863”、科技支撑计划项目、国家重点研发计划项目、国家高技术产业化示范工程项目、中央预算内投资补助和贴息项目等,国防科工委和总装备部对涉及国防军工的重要品种的应用研究也给予了资金支持,重点支持有创新性和自主知识产权的技术和产品,支持高性能纤维的换代升级。

  例如,国家重点基础研究发展计划(973计划)专门立项“高性能聚丙烯腈PAN碳纤维基础科学问题”,国家发改委组织实施了高性能纤维复合材料高技术产业化专项,重点支持高性能纤维及其复合材料应用技术产业化等。进口方面增列相关高性能纤维新产品关税税目,适时调整化纤及原料进口关税税率。财政专项支持发挥重要作用,支持高性能纤维等重点领域的关键技术研发与企业技术改造。

  进入“十三五”,国务院在《“十三五”国家科技创新规划》中提出要强化重点领域关键环节的重大技术开发,发展高性能纤维及复合材料等先进结构材料和新型生物医用材料、生态环境材料等先进功能材料技术;在《化纤工业“十三五”发展指导意见》中也提出了“进一步提升与突破高性能纤维重点品种关键生产和应用技术,拓展高性能纤维作为战略性新兴材料在航天装备、海洋工程、先进轨道交通、新能源汽车和电力等领域的应用。攻克连续碳化硅、氧化铝、硅硼氮、聚芳醚酮等国家必不可少的高性能纤维制备的关键技术”的重点工程以及“到2020年高性能纤维有效产能达到26万吨,碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等高性能纤维基本达到国际先进水平”的发展目标[3]。

  上述一系列良好的产业发展政策为缓解高性能纤维产业供需矛盾、突破产业技术瓶颈、加速推进高性能纤维产业健康、良性、稳定发展给予了有力支持、提供了良好的发展氛围和发展空间。

  1.2 产业规模稳步扩大

  近年来,我国高性能纤维行业取得了快速发展,截至“十二五”末,我国高性能纤维总产能约87700吨,“十二五”期间累计增长150.6%[3]。碳纤维、间位芳纶、聚苯硫醚纤维和连续玄武岩纤维等实现快速发展,产能突破万吨。对位芳纶、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维等实现了千吨级产业化生产,填补了国内空白,打破了国外垄断。聚芳醚酮纤维、碳化硅纤维等攻克关键技术,为实现产业化奠定了重要基础。

  1.3 技术水平快速提升

  在良好的发展环境的支撑和引导下,高性能纤维产业技术水平得到快速提升。在生产工艺方面,高强型碳纤维突破了干喷湿纺工艺技术难关,实现了规模化生产;高强高模型碳纤维实现了关键技术突破,逐步丰富了国内高端产品品种。超高分子量聚乙烯纤维突破了干法纺丝生产工艺,技术水平达到国际先进。聚苯硫醚纤维突破了线性纤维级树脂合成与纯化成套技术,纤维品种和质量不断提升,聚酰亚胺独创的“反应纺丝技术”具有自主知识产权,处于国际领先水平。目前,我国已成为全球范围内高性能纤维生产品种覆盖面最广的国家。

  2  存在的问题及发展滞后的原因

  尽管我国高性能纤维产业已经取得了重大进展,但和发达国家相比,不论是产业化核心技术、类别品种、配套装备、标准法规、还是人才团队的培养、自主创新体系的完善、应用市场的深度开拓、联合攻关能力及综合竞争实力等方面都尚有很大差距,整体研发基本处于追踪阶段,具有自主知识产权的成果相对较少,产、学、研、用的结合也不够紧密。已产业化的品种还存在着产品类别较少,研发体系不平衡、产能分散、技术和装备相对落后、产品性能、产量等尚不能满足需求领域的使用要求等问题。问题及发展滞后原因分析如下:

  2.1 顶层设计和统筹协调有待增强

  当前,在高性能纤维发展方面,尚缺乏合理的产业布局。高技术纤维的开发——评价检测与标准化——市场推广之间的衔接不够紧密。在市场竞争及企业利润的影响下,由于对未来技术的把握及新兴领域发展趋势的判断不明确,在多个高性能纤维品种上出现了产能一哄而上的局面,使得同质化竞争明显。

  例如,在碳纤维行业,行业准入标准不高,生产企业多,存在低水平重复建设,生产规模较小的现状,而产能达到千吨级的企业只有5~6家。企业水平参差不齐,缺乏运行协调,无序竞争的现象,在行业形势困难的时期,问题就会凸显出来,前期重复建设带来的后果更为严重,市场竞争会异常激烈。低价竞销、恐慌性抛售甚至价格大战等恶性竞争行为会时有发生,非常不利于产业体系的发展,进而影响该领域技术水平的快速发展和提升。

  因此,在高性能纤维领域,顶层设计和统筹协调方面亟待加强,加速推进市场规范和行业自律,进而支撑产业顺畅有序发展。

  2.2 自主创新能力有待提高

  与发达国家相比,目前我国高性能纤维产业自主创新能力薄弱,特别是基础理论研究和集成创新能力不足。纤维生产企业自身的创新能力以及消化吸收新技术的能力也亟待提高。高性能纤维的特殊性能基本上来源于其特殊的分子结构,而原料往往并不是从石油等矿藏中直接得到,而是需要通过后天的设计与合成获得。生产过程中的原料的均质化控制、纤维成型技术、精细化控制技术及纤维回收再利用技术、工艺技术的稳定运行等都有极为严格的要求,并且需要不断进行产品的升级换代,而这些基本都是我国企业目前所欠缺的主要能力。

  当前,我国高性能纤维的生产主要集中在低端产品,尚未形成稳定的高端产品生产及具有合理结构的产品系列。例如,我国虽然在T300、T700、T800碳纤维上实现了重要的技术突破,但高强高模(M40J)碳纤维品种的工程化技术目前仍为空白,更高端的T1000级高强中模和高强高模(M55J、M60J及M70J)碳纤维品种的制备关键技术尚待研究与突破。此外,碳纤维产能利用率偏低,产品质量的稳定性需要进一步提高,下游应用领域需进一步拓展,产业化工艺技术和产业化装备技术也相对滞后,需加大研发力度,并开拓下游应用市场。

  2.3 产业基础支撑有待加强

  高性能纤维是具有高技术含量的基础性材料,需要有原材料、制备技术、关键生产设备、辅助材料到下游应用的成套技术的支撑。而我国大多数纤维生产企业目前只关注生产环节,而忽略了其他环节,因而导致无法满足整个产业链的一体化研发和生产。

  同时,我国高性能纤维产业在产品标准、检测方法等方面尚不尽完善,在标准化工作组织方面仍缺少独立的专业化管理和技术支撑机构,相关环节仍需进一步协调;同时下游的相关使用规范、法规认证等也尚未建立;配套多种设备材料,精密组件、专用机械等国内尚有差距,这些都非常不利于产业的发展及应用市场的开拓,也成为阻碍我国高性能纤维产业发展的重要因素。

  2.4 企业国际竞争力亟待提高

  目前,我国从事高性能纤维的企业规模普遍偏小,市场准入门槛低,投资主体分散。同时,我国的高性能纤维应用开发技术与发达国家相比还有较大差距。

  高性能纤维是基础材料,并不是终端产品,目前,国内纤维研发和生产企业更加关注纤维制造技术的提升,导致纤维制造技术与纤维应用技术衔接不够紧密,无法形成纤维开发推动和应用拉动的双向互动作用,品牌意识不强,对终端消费引导和服务能力较弱,市场营销手段相对单一,尚未建立起国际化、现代化营销体系,造成高性能纤维生产企业的竞争力尤其是国际竞争力不强的问题。

  此外,当某一纤维品种取得成功之后,在国内市场极易受到国外产品的低价打击,进一步加大了进入国际市场的难度。以PPS纤维为例,2006年我国国产化成功之前,进口PPS纤维的价格一直在15万元~16万元/吨,并且进口量受到一定限制。而2006年江苏瑞泰和2007年四川得阳两个本土公司先后成功国产化,进口PPS纤维价格大幅度下降,2013年年底的价格仅为10万元左右。这样的价格使得国内公司所预期的价格优势与利润空间落空,通过成本体现的竞争优势也消失殆尽。此时,需要政府通过税收等手段对处于初生阶段的企业进行扶持,避免其被扼杀,协调组织好产品链一条龙开发体系,逐步完善有中国特色的购销体系。

  3  产业发展建议

  结合我国高性能纤维产业发展目标以及当前还存在的突出问题,我国应借鉴国外发达国家的成功经验,从国家层面给予相关政策措施保障,扶植推进高性能纤维产业的顺畅发展。

  3.1 强化科技的支撑和引领作用

  从战略高度明确强化高性能纤维产业发展的定位,全方位加强基础理论研究和产业化集成创新能力的提升,尽快建立起具有中国特色的高性能纤维材料研发应用体系。将碳纤维等高新技术产业和民生产业发展急需的重点纤维品种予以高度关注、政策倾斜、优先发展、重点支持,加快推进其产业化步伐、显著提高其市场占有率和国际竞争力,对芳纶等纤维材料结合国防和国民经济发展重大需求有效开展科研攻关,进一步发挥科技在高性能纤维产业中的支撑和引领作用。有计划、有步骤,深入的推进高性能纤维工艺技术、装备等方面的研究工作,使我国高性能纤维的科技创新能力与我国快速发展的国民经济发展水平相匹配。

  3.2 构建多元化联合研发体系

  高性能纤维材料产业的创新是需要多学科、多行业参与的,协同开展的系统创新工程。推进该技术领域整体水平的提升就必须加强和推进不同领域的高度化协同,特别需要产、学、研、用上下游之间建立持续、稳定的合作关系,并结合各类产品研发进程和产业化技术基础及中国市场急、缓需求特征,不失时机的推动多类型技术联合攻关体系的形成,加快重点品种从基础研发到产业化大生产的进程[4]。

  目前,我国以高校、科研院所及行业大型企业为依托,建设了一批高水平的国家级工程研究中心、工程技术研究中心、国家工程实验室、企业技术中心等,培养了一支理论水平较高并具有实际经验的高水平研发团队。要充分发挥上述国家级研发平台和专业技术团队的作用,为开展高性能纤维技术研发和工程化、产业化提供了良好的技术研发平台和高水平的技术支撑。

  3.3 优化产业创新发展机制

  当前,我国正致力于贯彻落实《中国制造2025》,加快建设制造强国,要大力推动以高性能结构材料、功能性高分子材料和先进复合材料等为代表的新材料产业的发展。因此,需要重点完善高性能纤维产业的政策体系并充分发挥其作用。

  ——加强财税金融政策对高性能纤维科技创新的引导作用,积极探索多渠道、多元化的投融资机制,加大对高性能纤维产业的投入。

  ——加强高性能纤维研发、生产、销售、使用过程的土地、贷款、政府补贴等方面的支持力度。

  ——强化企业知识产权意识,建立健全技术资料、商业秘密、对外合作知识产权管理等法律法规,保障知识产权所有人的合法权益,促进自主创新成果的知识产权化、商品化、产业化,提升行业知识产权创造、运用、保护和管理能力。

  3.4 加快建立和完善检测、标准、认证体系

  加快高性能纤维产品质量检测体系建设,完善检测标准和手段,提高现有检测机构的专业水平和认证等级。针对高性能纤维建立和完善相关的标准体系,提升标准的整体水平,基本解决高性能纤维标准缺失和滞后的问题,为提高高新技术产品性能和质量创造条件;促进高性能纤维产业链上下游之间的标准协调配套以及标准国际化。

稿件来源:纺织科学研究
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