导读:据统计分析,2018年中国碳纤维的总需约为31000吨,对比2017年的23487吨,同比増长了32%,这是个超高速的增长,全行业为之振奋。其中,进口量为22000吨,占总需求的71%,同比2017增长了36.8%,国产纤维供应量为9000吨,占总需求的29%,2018年中国碳纤维市场的总体情况是表现为供不应求,无论是碳纤维进口还是国产。

 2017-2019年中国高性能纤维市场需求规模

一、碳纤维市场需求

据统计分析,2018年中国碳纤维的总需约为31000吨,对比2017年的23487吨,同比増长了32%,这是个超高速的增长,全行业为之振奋。其中,进口量为22000吨,占总需求的71%,同比2017增长了36.8%,国产纤维供应量为9000吨,占总需求的29%,2018年中国碳纤维市场的总体情况是表现为供不应求,无论是碳纤维进口还是国产。

二、芳纶市场需求

2018年国内对位芳纶年需求量约为10000吨,对位芳纶装置产能超过1万吨,但实际有效产能只有约2000吨/年,国内实际产量约1500吨左右,仅有2%左右用于出口。在我国对位芳纶的市场需求中,除了国内1500吨产品供应外,其余全部来自进口,杜邦、帝人的供应量在5000-6000吨,国产对位芳纶产量远远小于市场需求,可发展空间巨大。

三、超高分子量聚乙烯纤维市场需求

2018年全球超高分子量聚乙烯纤维需求量约6万吨,其中国内超高分子量聚乙烯纤维的年需求量约为2.5万吨,约占全球需求量的42%,且市场需求以每年超过30%的速度增长。预计2020年国内超高分子量聚乙烯纤维需求量超过3.5万吨,产需仍有一定缺口。

高性能纤维应用前景

一、碳纤维

碳纤维在航空航天、建筑加固、汽车轻量化、风电叶片、休闲器材、混配模成型、电缆芯、压力容器、船舶、碳碳复材、电子电器等多个领域都有应用。

碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略基础材料。2018年航空航天领域对碳纤维的需求量为21000吨。商用飞机对碳纤维需求驱动是巨大的,2018年,根据波音及空客的官网信息,波音的复材飞机B787交付145架,比2017年的136架增长了6.6%,而空客的复材飞机A350XWB交付了93架,比2016年78架增加19.2%。所以,商用飞机碳纤维的用量增加主要来自空客。

碳纤维也应用在工业与民用建筑物、铁路公路桥梁、隧道、烟囱、塔结构等的加固补强,在铁路建筑中,大型的顶部系统和隔音墙在未来会有很好的应用,这些也将是碳纤维很有前景的应用方面。

碳纤维材料已成为汽车制造商青睐的材料,在汽车内外装饰中开始大量采用。碳纤维作为汽车材料,最大的优点是质量轻、强度大,重量仅相当于钢材的20%到30%,硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展,并带来节省能源的社会效益。业界认为,碳纤维在汽车制造领域的使用量会变大。

2018年,低风速风场和海上风电共同推进了叶片的大型化发展,进一步推动碳纤维在风电领域持续高速增长。

二、芳纶纤维市场应用

(一)对位芳纶市场应用

对位芳纶在安全防护、轮胎和机械橡胶制品、绳索、光缆、电缆、消费电子产品等领域有着广泛应用。

对位芳纶有“终极防弹材料”之称,是由于其具有高强度、高模量和低密度的特点,使得这种材料能够将子弹的冲击能量迅速吸收并分散转移,防护效果非常显著,对位芳纶具有优异的防弹性能,在军事防护中主要有软制结构和硬制结构。

对位芳纶因其高强度、高模量及优异的尺寸稳定性、高温耐久性和优良的重量比,特别适用于作为轮胎子午线及其它橡胶制品的增强。芳纶材料应用于绿色环保轮胎可以使高性能轿车子午胎平均质量减轻10%,滚动阻力下降12%。

对位芳纶在光纤、电缆增强材料方面具有显著作用。由于其价格和性价比方面兼具优势,还常被用作支撑光纤、电缆的增强材料,目前室内光缆和电力架空光缆(ADSS)也都是用芳纶纱作加强件,起到对光纤、光缆的保护作用。

(二)间位芳纶市场应用

间位芳纶具有优异的热性能和热湿舒适性,因此这类纤维的织物不仅阻燃,而且不会熔化、滴落,通常被制成工业、军事、消防、汽车赛车等领域的隔热阻燃防护服。芳纶制成非织造布除尘袋用于高温过滤过程中时,具有优良的耐高温性和耐化学性,相关试验数据显示,在持续过滤250℃干热烟气1000小时的条件下,其强力保持率可达60%以上,所以被广泛用于过滤水泥、钢铁、化工及食品生产等工序产生的高温气体中的粉尘,能显著减少工厂生产过程中有害污染物的排放,这对我国治理大气污染、提升空气质量具有重要意义。

间位芳纶制成的蜂窝结构芯材能同时满足重量轻、强度高、刚度高的需求,还能阻隔减少噪音,在最轻的重量下实现高强度和长寿命,可满足航空航天、船舶、高速列车、地铁等领域的广泛需求。

间位芳纶纸及压板由絮状或短丝纤维制成,具有较好的节点强度、机械韧性和热稳定性,同时还具有耐化学性、耐低温、防潮耐辐射的特性,可以用作变压器、电机、发电机等电气设备的电气绝缘。

三、超高分子量聚乙烯纤维市场应用

UHMWPE纤维具有高强高模、耐腐蚀、耐磨损、耐光照、柔韧性好的特征,是制造绳缆的优秀材料。由于质量轻,密度只有0.97g/cm3,是高性能纤维中密度唯一小于1的可漂浮于水上的纤维,用其制造的绳索可漂浮于水上;UHMWPE纤维绳索强度更高,在自重下的断裂长度是钢绳的8倍,是芳纶绳的2倍;UHMWPE纤维耐光性好,在日光照射1500小时后强度仍能保持在80%以上,但芳纶经日光照射后强度会急剧下降;UHMWPE纤维化学稳定性好,在海水中能有效解决钢绳的锈蚀问题和尼龙、聚酯缆绳在海水中的水解和紫外降解问题,因此,UHMWPE纤维绳索尤其适用于船只和海洋工程。

UHMWPE纤维复合材料的抗冲击韧性好,能较强的吸收冲击能量,其冲击量吸收能力分别是玻璃纤维、芳纶、碳纤维复合材料的1.8倍、2.6倍、3倍

安全防护用品是目前UHMWPE纤维的主要应用领域,单是用于生产防弹衣、防刺服、防弹板,防弹装甲的核心材料的防渗透布(LID)的生产就占UHMWPE纤维总量的45%以上。

UHMWPE纤维与普通加固增强材料相比,具有较好的增稠效果,有效抑制了轻骨料的上浮,提高了轻骨料混凝土的均匀化。

超高分子量聚乙烯还在航空航天如宇宙飞船、飞机等的结构部件上得到应用,也可用作航天飞机着陆时的减速降落伞等;在体育用品方面,可用作滑雪板、帆船板、钓鱼竿、球拍以及自行车、四级方程式赛车等的零部件;在生物医用材料方面,由于其生物相容性和耐久性好等特点,使得其可用作牙托辅助材料、医用移植物和整形缝合材料;另外,该复合材料还可用于极低温超导材料雷达防护罩、导流罩、耐压容器、过滤材料、汽车缓冲板、隔板等。

四、玄武岩纤维市场应用

玄武岩纤维可应用于交通领域、国防军工领域、土木建筑领域,还可用于声学材料、高温过滤材料、农林园艺材料、密封绝缘材料等多个领域的制作。

目前用于汽车上的复合材料增强体主要是钢纤维、碳纤维、矿物纤维及玻璃纤维,而玄武岩纤维的质轻高强、耐腐蚀、可自然降解等综合性能比上述高性能纤维更符合对于汽车复合材料增强体的要求及发展趋势。玄武岩纤维还可利用稳定的高温摩擦系数、小的热衰退性和制动噪音低的特点而被用于汽车摩擦材料的制备。

以玄武岩纤维为增强体加工而成的复合材料还被用于飞机、火箭、战斗机、导弹、坦克和军舰等领域。不但可在某些领域代替碳纤维的使用,降低武器装备制造成本,还可以促进武器装备的升级换代,提高部队的战斗力。

作为一种活性材料,玄武岩纤维对水泥基材表现为优于其他增强纤维的亲和性。水泥作为一种脆性材料,在浇注和养护的过程中易在内部和表面形成大量的孔隙和裂缝,从而影响基材的各项力学性能。而使用玄武岩纤维作为水泥增强材料可以明显减少水泥基材的孔隙和裂缝。

中国高性能纤维发展前景及趋势

一、行业发展前景

迄今为止,我国已培养出大批勇于创新、敢于攻坚的研发队伍,以及一批颇有远见卓识的管理人员和企业家,还有奋斗在生产一线的产业大军和大国工匠,这是我国未来实现高性能纤维强国梦的希望所在。

目前,我国的高性能纤维品种相对较齐全,重点品种如聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)、芳酰胺纤维、超高相对分子质量聚乙烯纤维已拉近与国外先进公司的差距;玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维、碳纳管纤维、氧化石墨烯纤维和芳砜纶已跃居世界领先水平;聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维、聚噁二唑纤维和粘胶基碳纤维可基本自给。但在某些方面与国外同行尚存在差距;芳纶Ⅲ、PBO纤维、碳化硅纤维和沥青基碳纤维与国外同行相比,在生产规模、品种系列化和产品稳定性方面都有较大差距;酚醛纤维、聚芳酯纤维、蜜胺纤维、氧化铝纤维和纤维素纳米纤维,正处于艰难的技术攻关和市场开拓阶段,距产业化尚待时日。

展望未来,在以习近平总书记为核心的党中央的坚强领导下,预计到2020年我国高性能纤维的产业化品种,可望满足国民经济和国防军工的需求,并具有一定国际竞争力;到2025年,我国将发展成为品种最全、市场规模最大的制造强国,到2030年凭借中华民族的勤劳与智慧,多数品种有望跃居世界领先水平,并出现越来越多的“中国创造”。

二、产品生产趋势

未来我国高性能纤维产品研发趋势主要降围绕降低成本、积极开发新品种和纤维产品的回收利用三个方面开展。

三、产品应用趋势

随着我国制造强国步伐的不断推进,高性能纤维生产及应用技术壁垒不断攻破。结合近几年行业态势,高性能纤维作为传统产业改造提升和国防军工发展的关键材料,预计在新一代通信技术、高端装备、生物医药、新能源汽车等产业仍将有着广阔的市场空间。