纤维新材料：全球价值链的制高点

纤维新材料：全球价值链的制高点

长期以来，日本、美国等发达国家垄断了纤维新材料的研发与市场。国内虽在不同品种上有个别突破，但总体处于中低端水平

纤维新材料是国家战略性材料，其中高性能纤维和生物基纤维材料是重中之重，关乎我国工业核心竞争力的提升和可持续发展，是社会经济安全和国防安全的重要保障，是全球竞相发展的重点。

在国际金融危机后，纺织强国正在纤维材料领域加快布局，美国宣布成立国家制造创新网络（NNMI）中的最新一家——革命性纤维与织物制造研究中心（RFT MII），德国确立了名为“未来纺织”（futureTEX）的国家级战略，将其和工业4.0进程紧密结合在一起，以巩固强国地位，抢占价值链制高点。

目前，国内高性能纤维生产品种覆盖面广，形成江苏、吉林、山东等产业集聚地；总产能近10万吨，产能规模已居世界前列；高性能纤维碳纤维、芳纶1313、聚苯硫醚纤维和连续玄武岩纤维等产能突破万吨级产业化生产；芳纶1414、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维等实现千吨级产业化生产；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基础。

同时，生物基化学纤维关键技术取得重大突破、初步形成了产业规模、标准体系初步建立、应用领域进一步拓宽。如莱赛尔（Lyocell）、竹浆、麻浆、聚对苯二甲酸混二醇酯（PDT）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚乳酸（PLA）、壳聚糖、蛋白复合等生物基纤维实现了产业化，海藻纤维等主要品种已突破了产业化关键技术，并已广泛应用于贴身内衣、衬衫、袜子、休闲运动等服装领域，床品、窗帘等家纺领域，以及面膜、婴儿尿不湿等产业用纺织品领域。

根据“十三五”规划，我国将突破一批高性能纤维制备和应用技术，实现高性能纤维的低成本和高附加值，成为世界上自主掌握高新技术的主要国家之一。同时，将把“三个替代”（原料替代、过程替代、产品替代）、“三个结合”（与生物化工产业相结合，与节能环保、废旧利用相结合，与功能改进和推广应用相结合）和“三个重点”（重点攻克Lyocell纤维国产化关键技术与装备、重点攻克聚乳酸纤维原料制备及纤维应用技术、重点攻克海洋生物基纤维原料多元化及规模化生产技术）作为发展生物基化学纤维的重要任务。

表1 我国主要高性能纤维产能情况

高性能纤维：整体处于中低端水平

碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维并称为世界三大高性能纤维，是衡量一个国家尖端材料水平的重要标志。长期以来，日本、美国等发达国家垄断了高新技术纤维的研发与市场。国内虽在不同品种上有个别突破，但总体处于中低端水平，与国际差距明显，只能初步满足国防军工、航空航天、医疗健康、环保过滤等行业发展需要。高新技术纤维材料的高性能化、多元化、纤维功能复合化以及纤维材料生态化水平亟待提升。部分高性能纤维关键技术和装备尚需突破，对位芳纶、碳纤维等材料进口依存度过高。

根据海关数据，2016年主要高性能纤维进口30696.44吨，同比增长7.31%，进口金额64205.18万美元，同比增长1.33%。进口产品范围包含碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等高性能纤维。数据统计显示，中国对高性能纤维的需求将持续增加。到2025年高性能碳纤维每年需求量在3～4万吨，间位芳纶纤维需求量在3万吨 ，对位芳纶纤维需求量在4万吨。

表2 中国高性能纤维发展需求

碳纤维：美国日本产能约占70%

美国、日本是两个碳纤维技术前沿国家，产能约占世界总产能的70%，主要应用于航空航天军工（尤其是飞机制造业）、风电叶片、汽车及压力容器。目前，碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70%-80%，在军用飞机上占30%-40%，在大型客机上占15%-50%。国外在大型民机上，T800等碳纤维逐步取代T300级碳纤维，波音B777和波音B787则大量采用T800和中模系列高强度碳纤维。碳纤维巨头均计划扩大生产能力，并在技术上更新换代，研发更高强度、更高模量的碳纤维，如日本东丽开发了T1000G碳纤维，并重点发展低成本大丝束碳纤维。

国内目前碳纤维产能为2.38万吨/年，产量为4000吨/年，T300级碳纤维进一步实现了稳定生产，单线产能提高到1200吨/年；中复神鹰实现了千吨级T800碳纤维产业化。然而，我国碳纤维低水平重复建设严重，技术装备与产品处于中低端水平，主要产品只能应用于风力发电、体育器材、建筑补强等领域。国防军工、航空航天等领域急需的碳纤维复合材料高度依赖进口日本、美国，2016年碳纤维及制品进口量为15960.47吨。

芳纶：我国不具备规模化竞争能力

芳纶纤维仅美国、日本、俄罗斯和中国等少数国家实现工业化生产，全球芳纶产能超过10万吨/年。其中，芳纶1414（对位芳纶）被美国杜邦和日本帝人垄断，芳纶1313（间位芳纶）主要供应商依次为美国杜邦、中国烟台泰和新材、日本帝人。烟台泰和新材的芳纶1313产品性能指标和差别化程度与美国杜邦比较接近。国际对位芳纶发展特点是以技术先进性推进产品换代升级，如杜邦公司开发了系列芳纶新产品，超高强型Kevlar129、超高模量型Kevlar149、中等模量型Kevlar68、高黏结型Kevlar-Ha、抗疲劳型Kevlar等。

我国芳纶纤维产量占世界总产量的20%左右，间位芳纶1313产能已突破万吨级产业化生产。但产品种类少、性能低、稳定性不高，产品应用仍以过滤材料和防火防护材料为主，还不具备规模化竞争能力。国防防弹装甲用芳纶1414（对位芳纶）纤维发展滞后，需要从美国、荷兰等国进口。2016年我国芳纶纤维共计进口10236.06吨，同比增长11.28%。进口的对位芳纶主要应用在安全防护材料、汽车用材料和光缆增强材料三大领域；间位芳纶多用于制成芳纶无纬布、防弹布、安全防护用品如防割手套等。

超高分子量聚乙烯纤维：国内需求40%自给

国际三巨头为荷兰帝斯曼、日本东洋纺、美国霍尼韦尔，前两家采用干法纺丝技术，代表品牌为Dyneema®，产品占据3/4的市场份额；后一家采用湿法纺丝技术，代表品牌为Spectra®。超高分子量聚乙烯纤维主要应用领域为防弹衣和武器装备,占比60%-70%，其次为绳缆占比20%，渔网等占比5%。

国内目前产能为1.5万吨/年，产量为9000吨/年。由中国纺织科学研究院先后与南化集团研究院和中国石化仪征化纤股份有限公司合作，打破了国外高性能聚乙烯纤维干法纺丝的独家技术垄断，产品约占国内需求量的40%左右，并出口到韩国、欧美等国外公司，产品的生产规模及产品质量已达到国际水平。2016年我国超高分子量聚乙烯纤维进口量为338.29吨，同比增长75.52%，以日本和韩国为主。

身披碳纤维特殊涂装的空客A350。

聚苯硫醚纤维：基本应用于燃煤电厂除尘，覆盖率30%

聚苯硫醚纤维是耐高温、耐强腐蚀的代表，但是目前主要的用途仅为燃煤电厂的除尘领域。这主要是其自身的抗氧化抗紫外性能差、遇火发生熔滴以及介电性能良好等因素造成的。

国外在聚苯硫醚树脂和聚苯硫醚纤维的生产上非常集中。其中树脂基本上只有日本的东丽、吴羽，美国的Philips、Ticona（技术来源于吴羽）等几家，纤维生产也只有日本的东丽、东洋纺，韩国的汇维仕等。

我国对于聚苯硫醚树脂和纤维的开发开始于20世纪60年代，目前都已经实现了国产化，但生产的稳定性和产品的综合性能仍不能和进口产品形成真正的竞争。主要问题在于，对于聚苯硫醚树脂原料的合成工艺虽有比较深刻的研究，但是对聚合工程技术并未形成包括聚合原料精制、聚合条件控制、工程设备设计等关键因素的综合开发体系。

受制于原料性能与供应的不稳定，我国聚苯硫醚纤维开发与生产在其下游行业——电力环保产业的“黄金时期”内未能实现乘势进步。由于滤料行业自身的原因以及我国燃煤发电用煤供应多样、发电运行管理的问题，袋式除尘技术在我国燃煤发电的烟尘治理中只占到30%，尚未发挥其应有的作用。这也间接造成了我国以燃煤电厂为典型代表的工业烟尘治理中多项技术简单叠加、投资重复、效率不高的问题。

生物质纤维：不同品种有突破

《生物基化学纤维及原料“十三五”发展规划研究》中指出，到2020年约实现生物基再生纤维产能50万吨/年，生物基合成纤维产能40万吨/年、海洋生物基纤维产能3.5万吨/年，化学纤维原料替代率2.1%，比“十二五”提高1.4个百分点。

生物质纤维可实现石油资源的替代，缓解我国原油对外高依存度，是绿色、可持续的新材料。包括：Lyocell纤维、生物基PTT纤维、PLA纤维、可降解PBS纤维等等。我国生物基纤维发展处于起步阶段，无论研究队伍、资金投入、工艺装备、技术水平等方面均与国外存在一定差距，生产企业多以中小型科技企业为主。

Lyocell纤维：3家实现了万吨级国产化

11月15日，中国纺织科学研究院牵头承担的国家重点研发计划项目“再生纤维素纤维高效低耗规模化制备技术”项目启动，14家单位参与其中。将形成具备自主知识产权的全国产化新溶剂法纤维素纤维制备与应用示范，建立浆粕、溶剂等原辅料和产品的质量和标准体系，实现高水平规模化市场应用。

Lyocell纤维被誉为21世纪绿色纤维。在国际上，Lyocell纤维技术和市场长期被奥地利兰精公司垄断，商品名为Tencel（天丝），产能为22.2万吨/年，天丝品牌家喻户晓。今年10月兰精推出了长丝产品TENCEL™Luxe，应用于高端服装领域。印度博拉(Birla)公司也在积极研究生产。

莱赛尔（Lyocell）纤维国内目前共有3家实现了万吨级产业化。其中，中国纺织科学研究院1.5万吨Lyocell纤维拥有自主知识产权、全套装备国产化。项目整体技术达到国际先进水平。不过，国内Lyocell纤维在规模、成本、市场应用上，均与兰精公司存在很大差距，且原料主要依赖进口，急需整合资源、集中力量扩大规模，实现全产业链国产化和产品品牌化。

中纺院自主研发的莱赛尔纤维。

聚乳酸（PLA）纤维：重要原料被国外垄断

国家重点研发计划“高品质聚乳酸纤维及其纺织品制备技术”近日启动。该项目由恒天纤维集团牵头，16家单位共同申报，将实现具有低成本、高质量、规模化的万吨级乳酸-丙交酯-聚乳酸及其全产业链应用生产线，建立国际领先的聚乳酸纤维低成本、大规模产业化的技术体系，实现聚乳酸纤维产品在多领域、高水平的应用。

聚乳酸（PLA）纤维生产成本与石油基高分子材料大致相当，是全球瞩目的石油基高分子材料的替代品。在可吸收医用手术缝合线、医用无纺布、油井页岩气填充等领域应用广泛。

国际上，PLA纤维被美国、日本垄断，主要生产商为美国Natureworks、日本钟纺公司、日本尤尼吉卡、日本可乐丽等，已广泛应用于高端医疗卫生等领域。日本申请的PLA专利公开数量居全球之首，而在应用领域的专利中日本占总量的91%。

我国PLA纤维产业发展水平与国外尚有较大差距：重要原料被国外垄断，纤维生产刚刚产业化，产品应用比较成熟但应用领域有限。央企恒天集团已将聚乳酸作为重点发展的新材料之一，正在聚乳酸全产业链布局，已建成并运营2000吨聚乳酸纤维生产线和第一条聚乳酸热粘合无纺布生产线，近期将建成投产万吨级聚乳酸纤维生产线。

生物基PTT纤维：培育成为化纤重要品种之一

生物基PTT纤维主要生产商为美国杜邦公司，目前产品广泛应用于服装用、家纺用和高端医疗卫生等领域。国内绝大部分依赖进口，每年需求量上百万吨，有上千亿元的产业规模。

近日，在工业和信息化部公示的2017年入选绿色制造系统集成项目中，盛虹集团国望高科牵头的项目《生物基PTT纤维绿色设计平台》成功入选国家资金计划。目前盛虹集团与华美公司分别建成投产2万吨/年粗甘油生物发酵制备（1,3-丙二醇）产业化技术。今年6月，张家港美景荣化学公司启动了“20万吨/年PTT聚合纺丝一体化”项目，公司表示目前能够工业化生产生物基PDO。“十三五”期间，国内将重点提高PTT聚合生产能力，实现PTT短纤维单线产能6万吨，长丝单线产能10万吨产业化生产，扩大其在多品种、多领域市场的应用，使之成为化纤中重要的品种之一。

（感谢中纺院研发中心、中纺院生物源纤维制造技术国家重点实验室专家，以及中国化纤工业协会为本文提供的宝贵资料。）