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1、第九章 高性能纤维,第一节 概述,什么是高性能纤维？高性能纤维是近些年来纤维高分子材料领域发展迅速的一类特种纤维，它是具有高强度、高模量、耐高温、耐气候、耐化学试剂等所谓高物性纤维的统称。高性能纤维是国防建设和国民经济发展的重要材料。高强高模型碳纤维、芳纶1414、高强高模聚乙烯纤维。耐高温型 芳纶1313、芳砜纶、聚苯硫醚纤维（PPS）、玄武岩纤维等。,国外高性能纤维产业近年来发展迅速。芳纶：2005年全世界总产能是4.6万吨，而2007年则达到了5.4万吨，增长了39。碳纤维：2005年全世界总产能是3.5万吨，而2007年是5.1万吨，增长了46。高强高模聚乙烯纤维：2005年全世界总产
2、能是6500吨，2007年达到了1.1万吨，增长了69（已含我国）。现全世界高性能纤维的总产能约20万吨，虽然只占化纤总产能的0.5%，但它的战略意义、重要性以及销售额和利润都是极大的。,发展迅速的主要原因：1.政治和军事方面中东战乱及国际形势在一些地方趋于紧张，有关各国纷纷战备，使高性能纤维材料的需求量激增，用于作战飞机、火箭、导弹、装甲防护材料等领域。 2.在工业应用方面对新材料需求增加，高性能纤维的复合材料在飞机、能源、建筑、环保、海洋产业等的应用迅速增长。在运动休闲器材方面也在增加。,高性能纤维在国防领域的应用（导弹、火箭、卫星、士兵防护、装甲防护、战斗机、舰艇等）,高性能纤维在国民经
3、济领域的应用（航空、风能发电、汽车轻量、海洋产业、环保、建筑、工业器材等）,第二节 碳纤维,一、碳纤维概念是一种强度比钢大（重量是钢铁的1/4而强度是其10倍）、密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。碳纤维是一种纤维状碳材料。由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气氛中经高温（1500C）碳化而成的纤维状碳化合物，其碳含量在90%以上。,碳纤维是一种性能优异、应用广泛的新材料，号称“材料之王”,碳纤维的优点：强度和模量高、密度小；具有很好的耐酸性；热膨胀系数小，甚至为负值；具有很好的耐高温蠕变性能，一般在1900以上才呈现出
4、永久塑性变形；摩擦系数小、润滑性好、导电性高；具有纤维般的柔曲性，比强度和比模量超过一般的增强纤维；它和树脂形成的复合材料的比强度和比模量比钢和铝合金还高3倍。,碳纤维的缺点：价格昂贵，比玻璃纤维贵25倍以上。抗氧化能力较差，在高温下有氧存在时会生成二氧化碳。20世纪50年代，美国研发大型火箭和人造卫星以及全面提升飞机性能，急需新型结构材料及耐腐蚀材料，使碳纤维重新出现在新材料的舞台上，并逐步形成了黏胶基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维的三大原料体系。,二、碳纤维的制造方法气相法在惰性气氛中将小分子有机物（如烃或芳烃等）在高温下沉积成纤维。此法用于制造晶须或短纤维，不能用于制造长丝。有机
5、纤维碳化法将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维，然后再在惰性气氛中于高温下进行焙烧碳化，使有机纤维失去部分碳和其他非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维状物。此法用于制造连续长丝。,聚丙烯腈（PAN）基碳纤维PAN原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段：预氧化：200300的氧化气氛中，原丝受张力情况下进行。,PAN基碳纤维制备过程中化学反应示意图,PAN原丝,进行预氧化处理的原因：PAN的Tg低于100，分解前会软化熔融，不能直接在惰性气体中进行碳化。先在空气中进行预氧化处理，使PAN的结构转化为稳定的梯形六元环结构，就不易熔融。另外，当加热足够长的时间，将产生纤维吸氧作用，形成PAN纤维分子间的化学
6、键合。碳化：在4001900的惰性气氛中进行，碳纤维生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等非碳元素，改变了原PAN纤维的结构，形成了碳纤维。碳化收率4045，含碳量95%左右。,碳化后的PAN纤维,石墨化在25003000的温度下，密封装置，施加压力，在保护气体中进行。目的是使纤维中的结晶碳向石墨晶体取向，使之与纤维轴方向的夹角进一步减小以提高碳纤维的弹性模量。碳纤维的表面处理目的：提高碳纤维增强复合材料中碳纤维与基体的结合强度。途径：清除表面杂质；在纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽，从类石墨层面改性成碳状结构以增加表面能；引进具有极性或反应性官能团；形成能与树脂起作用的中间层。,碳纤维的结构模型P
7、olymer Matrix Composites，PMC,普通型 高强度型 高弹性模量型,生产聚丙烯腈基碳纤维不采用民用腈纶，而是采用特殊组分且性能优良的专用PAN基纤维。PAN原丝经一系列热处理后，由有机合成纤维转化为含碳量在92以上的无机碳纤维。聚丙烯腈基碳纤维是力学性能最佳、应用面最广、需求量最大、发展最快的碳纤维。沥青基碳纤维分为两大类：一类是通用级，由各向同性沥青制造纤维；另一类是高性能级，由各向异性中间相沥青制造纤维。以沥青纤维为原料时碳化得率高达 8090成本最低是正在发展的品种。,沥青基碳纤维制备工艺示意图,沥青基碳纤维制备过程中化学反应示意图,粘胶基碳纤维三、碳纤维的分类根据
8、使用要求和热处理温度的不同碳纤维分为耐燃纤维碳纤维和石墨纤维。例如 300350 热处理时得耐燃纤维10001500 热处理时得碳纤维含碳量为 9095碳纤维经 2000以上高温处理可以制得石墨纤维含碳量高达 99以上。 按力学性能可将碳纤维分成高强度碳纤维、高模量碳纤维和普通碳纤维。,四、碳纤维的用途,航天工业 用作导弹防热及结构材料如火箭喷管、鼻锥、大面积防热层；航天飞机机头，机翼前缘和舱门等制件。,大推力、高涵道比涡扇发动机大量运用了复合材料或钛合金空心宽弦叶片、整体叶盘。,卫星构架、天线、太阳能翼片底板、卫星-火箭结合部件。哈勃太空望远镜的测量构架，太阳能电池板和无线电天线。,CFRP
9、在空间站大型结构以及太阳能电池支架中的应用,碳纤维制卫星天线,空间工作站,碳纤维/环氧树脂,碳纤维/芳纶/环氧树脂,玻璃纤维增强塑料,芳纶/杜邦聚酰胺,芳纶/泡沫芯板,碳纤维/杜邦聚酰胺,航空工业 用作主承力结构材料，如主翼、尾翼和机体；次承力构件，如方向舵、起落架、副翼、扰流板、发动机舱、整流罩及座板等，此外还有C/C刹车片。,机身材料的50为碳纤维复合材料,美国B-2隐形轰炸机除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成，不易反射，表面具有良好的吸波性能。,目前商用飞机上复合材料仅占全机重量的50%，而某些直升机早已达到90%。,荷兰计划研发新型绿色环保飞机，外形将酷似
10、飞碟，另一个设想就是使用复合材料，如纤维增强塑料。这种复合材料强度可与金属媲美，而重量却比金属轻得多，因此可以节省燃油。,中国自研大飞机面临发动机与复合材料两大难题,国防军工,复合材料军用吉普车,玻璃纤维/碳纤维增强树脂、美洲轻木、泡沫,交通运输 用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等制件；海底电缆、潜水艇、雷达罩、深海油田的升降器和管道。,C/C作为刹车盘,超级跑车（大量应用碳纤维复合材料）,船舶和海洋工程用作制造渔船、鱼雷快艇、快艇和巡逻艇，以及赛艇的桅杆、航杆、壳体及划水浆；,风力发电叶片目前风力发电叶片用碳纤维基本为美国供应。随着全球性的清洁能源发展趋势，我国也陆续出台相关扶持政策，预计
11、该行业对碳纤维的需求增长幅度100%-200%，三年后可达到万吨的用量，主要产品为24K-48K碳纤维。,碳纤维在风力发电叶轮中应用,据中国气象科学研究院预测的风能储量 我国陆地风能理论储量：32.3亿kw 可开发利用储量 ：2.53亿kw 近海可利用风能储量 ：7亿kw 可利用风能储量合计 ：10亿kw ，居世界前列,使用碳纤维量估算 每台5000kw风力发电机，叶片长达90米，需用1吨碳纤维 到2010年，新增装机容量241万kw，约需500吨碳纤维 到2020年，装机容量3000万kw，则需6000吨碳纤维 由此可见，如风力发电的叶片都用碳纤复合材料，则碳纤用量将达500吨/年。,碳纤维
12、用于海上采油平台结构材料,每座海洋石油钻井平台约需要14T碳纤维，可以替代80T钢材。,碳纤维抽油杆,我国已建成1000米以下的石油钻井平台50座以上，还几乎都没采用碳纤维。采油专家普遍认为，只要解决供货和价格问题，使用碳纤维更为轻质高强，且耐腐蚀，今后一定要应用。,石油工业,运动器材 用作网球、羽毛球、和壁球拍及杆、棒球、曲棍球和高尔夫球杆、自行车、赛艇、钓杆、滑雪板、雪车等。其中高尔夫球杆、网球拍和钓鱼竿是体育用品用碳纤维复合材料的三大支柱产品，约占该类产品的80%,碳纤维自行车,碳纤维高尔夫球杆及保龄球,滑雪杆,土木建筑 幕墙、嵌板、间隔壁板、桥梁、架设跨度大的管线、海水和水轮结构的增强
13、筋、地板、窗框、管道、海洋浮杆、面状发热嵌板、抗震救灾用补强材料。,碳纤维构件试验,碳纤维片材用于建筑物补强加固,碳纤维加固是近年来美日等国家开发的新型土木建筑结构加固增强技术,利用碳纤维布加固钢筋混凝土构件以提高承载力及延长寿命是目前比较流行的方法，在建筑业中有着广泛的发展前景。,碳纤维补强片材施工流程图,碳纤维瓦,碳纤维板,2007年5月10日，荷兰建成世界上最长的碳纤维复合材料桥。该桥长24.5米，宽5米。,其它工业化工用的防腐泵、阀、槽、罐；催化剂，吸附剂和密封制品等。生体和医疗器材如人造骨骼、牙齿、韧带、X光机的床板和胶卷盒。编织机用的剑竿头和剑竿防静电刷。其它还有电磁屏蔽、音响、减
14、磨、储能及防静电等材料也已获得广泛应用。,胶卷盒,音 箱,复合材料被用来预防受伤，矫正生理机能，和帮助病人复原。,生物医学制品和以体育运动器材为主的碳纤维复合材料制品,第三节 芳纶纤维,芳香族聚酰胺类纤维的通称。凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成，且其中至少85%的酰胺基直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的一个氢原子的聚合物纤维称为芳香族聚酰胺纤维，我国命名为芳纶纤维。,耐高温纤维制成的消防人员的服装,一、芳纶纤维的分类全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对苯甲酰胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯甲酰
15、胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维。杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳纶纤维，如有序结构的杂环聚酰胺纤维等。,二、芳纶纤维的特点优点（例如Kevlar，凯芙拉 ） ：（1）不熔融（2）高温能保持高强度与高弹性模量（3）耐热、不易燃烧（4）尺寸稳定、几乎不发生蠕变（5）耐药性好，在有机溶剂及油中性能不下降（6）耐疲劳性、耐磨性好（7）对放射性射线的抵抗性大（8）非导电、且诱电性能优越（9）与无机纤维相比振动吸收性好、减衰速度快缺点：（1）压缩性差，压缩强度仅有不到拉伸强度的1/5（2）紫外线照射时强度大幅下降,三、芳纶纤维的
16、结构与特性,对位芳香族聚酰胺纤维聚对苯甲酰胺（PBA）纤维中国于80年代初期曾试生产此纤维，定名为芳纶14（芳纶I）。芳纶I的拉伸强度比芳纶II低约20%，但拉伸模量却高出50%以上。芳纶I耐热老化性能好，这些性能用作某些复合材料的增强剂是很有利的。,聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维PPTA纤维是芳纶在复合材料中应用最为普遍的一个品种。中国于80年代中期试生产此纤维，定名为芳纶1414（芳纶II）。PPTA纤维具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、优良吸能性和减震、耐磨、耐冲击、抗疲劳、尺寸稳定等优异的力学和动态性能；良好的耐化学腐蚀性；高耐热、低膨胀、低导热、不燃、不熔等突出的热性能以及优
17、良的介电性能。,KEVLAR纤维,目前全球共有四家企业实现了芳纶1414的产业化，其中，美国杜邦公司在美国、英国、日本设有工厂，年产能合计约33000吨；日本帝人公司在日本、荷兰设有工厂，年产能合计约24500吨；韩国科隆公司仅在该国设有工厂，年产能约1000吨。俄罗斯的产品和工艺完全不同于杜邦和帝人，其产能为1000吨/年。 目前国内尚未有芳纶1414规模化生产企业，烟台氨纶的芳纶1414已进入中试阶段，为国内芳纶1414的先行者。据了解，目前中试进展顺利，公司方面正在朝着2010年底前达产的既定目标稳步前进。美国杜邦长期对我国进行技术封锁，制约了我国在相关领域的应用和开发。,间位芳香族聚酰
18、胺纤维聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（芳纶1313 ）PMIA纤维的Tg为260270,热分解温度为400430,具有优良的耐热性和耐燃性，在260热空气下连续暴露1000小时后,强度保持率为6570；在370发生明显劣化,但不熔融；极限氧指数为2630, 高温分解时产生的气体主要为CO和CO2,仅CO可燃,但其释放量明显少于其它纤维。,优点：耐高温性能好，高温下的强度保持率好，以及尺寸稳定性、抗氧化性和耐水性好，不易燃烧，具有自熄性，耐磨和耐多次曲折性好，耐化学试剂，绝热性能也较好。缺点：强度和模量低，耐光性较差。用途：主要用于易燃易爆环境的工作服，耐高温绝缘材料，耐高温的蜂窝结构。,(2) 聚N
19、, N-间苯双-(间苯甲酰胺)对苯二甲酰胺纤维主要用作抗燃纤维及耐高温绝缘材料,芳纶共聚纤维采用新的二胺或第三单体合成新的芳纶是提高芳纶纤维性能的重要途径。对位芳酰胺共聚纤维是由对苯二甲酰氯与对苯二胺及第三单体3，4-二氨基二苯醚在N，N-二甲基乙酰胺等溶剂中低温缩聚而成的。共聚物溶液中和后直接进行湿法纺丝和后处理而得的各种产品。聚对芳酰胺苯并咪唑纤维一般认为它们是在原PPTA的基础上引入对亚苯基苯并咪唑类杂环二胺，经低温缩聚而成的三元共聚芳酰胺体系，纺丝后再经高温热拉伸而成。,芳纶纤维的分子结构特点芳纶纤维是苯二甲酰与苯二胺的聚合体，经溶解转为液晶纺丝而成。,分子链由苯环和酰胺基按一定规律排
20、列而成，具有良好的规整性。致使芳纶纤维具有高度的结晶性。键合在芳香环上刚硬的直线状分子键在纤维轴向是高度定向的，各聚合物链由氢键作横向连结。沿纤维方向的强共价键和横向弱的氢键，造成芳纶纤维力学性能各向异性，即纤维的纵向强度高，而横向强度低。,高模量纤维的苯环结构，使它的分子链难于旋转。高聚物分子不能折叠，又呈伸展状态。形成棒状结构，从而使纤维具有很高的模量。高强度聚合物的线性结构使分子间排列得十分紧密，在单位体积内可容纳很多聚合物分子。这种高的密实性使纤维具有较高的强度。耐高温苯环结构由于环内电子的共轭作用，使纤维具有化学稳定性，不发生高温分解。又由于苯环结构的刚性，使高聚物具有晶体的本质，使
21、纤维具有高温尺寸的稳定性。,芳纶纤维的力学性能,芳纶纤维的特点是拉伸强度高，初始模量很高，而延伸率较低。 单丝强度可达3773MPa，大约为铝的5倍，玻璃纤维的1.5倍，与碳纤维相当或略高。拉伸模量仅次于碳纤维和硼纤维。芳纶纤维的冲击性能好，大约为石墨纤维的6倍，为硼纤维的3倍，为玻璃纤维0.8倍。芳纶纤维的断裂伸长率在3左右，接近玻璃纤维，高于其他纤维。,芳纶纤维的热稳定性芳纶纤维有良好的热稳定性，耐火而不熔，在180的温度下，仍能很好的保持其性能，当温度达487 时尚不熔化，但开始碳化。由于芳纶不熔融也不助燃，短时间内暴露在300以上，对于强度几乎没有影响。在-170的低温下也不会变脆，仍
22、能保持其性能。芳纶纤维的化学性能芳纶纤维具有良好的耐介质性能，对中性化学药品的抵抗力一般是很强的，但易受各种酸碱的侵蚀，尤其是强酸的侵蚀。,芳纶的湿强度几乎与干强度相等。对饱和水蒸气的稳定性比其它有机纤维好。芳纶对紫外线是比较敏感的。若长期裸露在阳光下，其强度损失很大，因此应加能阻挡紫外光的保护层。KevIar纤维表面缺少化学活性基团，用等离子体空气或氯气处理纤维表面，可使Kevlar纤维表面形成一些含氧或含氮的官能团，提高表面活性及表面能，显著地改善对树脂的浸润性和反应性，增加界面粘结强度。,芳纶在各种化学药品中的稳定性,四、芳纶纤维的制造,液晶纺丝工艺液晶从宏观性能上看属于液体，但从微观角
23、度或光学角度来研究，又有晶体的性质。液晶是介于固体和液体之间的中间相物质。对于纺丝来说，应用向列态液晶。此种液晶分子溶液在流动取向相中相互穿越，且其粘度比各向同性液体低。聚合物PPTA在溶液中呈一定取向状态，为一维有序紧密排列，也就是纤维中所希望得到的分子排列。在外界作用下，分子很容易沿作用力方向取向，这就是具有液晶性质的大分子有利于成纤的原因。,PPTA溶液具有高浓度低粘度的特点,浓度增加，溶液粘度增大，达到极大值，超过此极值，浓度再增加，粘度降低，且溶液从各向同性向各向异性转变(临界浓度)；达到液晶最大浓度后，浓度再增加，溶液的粘度重又上升。,PPTA浓硫酸溶液粘度-浓度示意图,聚对苯撑对
24、苯二甲酰胺(PPTA)溶于100%的硫酸中，显示液晶特性,干喷湿纺工艺,高浓度、高温度的PPTA液晶溶液在较高的喷丝速度下喷丝，喷丝进入温度低的凝固液浴，在凝固液浴中，经过一个纺丝管，在凝固液的作用下形成丝束，绕到绕丝辊上，再经洗涤，在张力下热辊上干燥。最后在惰性气体中于较高的温度下进行热处理。,两种干喷混纺装置示意图,五、芳纶纤维及其复合材料的应用芳纶纤维已有30年的工业化历史。目前，主要生产国为美国、日本、荷兰、韩国、俄罗斯。芳纶纤维的总产量43用于轮胎的帘子线（芳纶-29），31用于复合材料，17.5用于绳索类和防弹衣，8.5用于其他。 以树脂作为基体，芳纶纤维作为增强相所形成的增强塑料
25、，简称KFRP，它在航空航天方面的应用，仅次于碳纤维，成为必不可少的材料。目前世界市场供不应求。先进复合材料航空航天领域、舰船、汽车工业；,防弹制品：硬质防弹装甲板、软质防弹背心。缆绳基础设施和建材：芳纶增强混凝土、芳纶增强木材。传送带特种防护服装体育运动器材电子设备,第四节 超高分子量聚乙烯纤维,超高分子量（分子量150-600万）聚乙烯纤维（Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber，简称UHMW-PE纤维）是采用冻胶纺丝-超倍热拉伸技术（Gel Spinning-Ultra Drawing Technology）制得的。由于该纤维密度低（
26、0. 97）、比强度、比模量高等众多优异特性，它正在许多高性能纤维市场上，包括从海上油田的系泊绳到高性能轻质复合材料方面均显示出极大的优势，在现代化战争和宇航、航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。除此之外，该纤维在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域亦有广阔的应用前景。,一、制备方法1. 纤维状结晶生长法,纤维状结晶装置及串晶结构示意图,2. 单晶片-超拉伸法该方法在研究折叠链拉伸变形机理方面很早就为人们采用，使UHMW-PE稀溶液（0.05%0.2%）缓慢冷却或等温结晶得到PE单晶，将单晶聚集并压制成片状物进行200倍以上超拉伸，最后拉伸物的强度和模量可达45cN
27、/dtex和2100cN/dtex。该方法主要用于实验室规模的基础研究。3. 凝胶挤压-超拉伸法将UHMW-PE溶液缓慢冷却制成凝胶状球晶，通过模口挤压成形并进行总拉伸倍数150200的超拉伸，可制成直径为毫米级的高强度PE纤维，其工艺过程比较复杂，一般只在纺制粗纤度PE纤维时才有意义。,4. 凝胶纺丝-超拉伸法,凝胶纺丝-超拉伸工艺示意图,冻胶纺丝主流程纺丝 溶解脱泡挤出成型凝固冻胶丝络筒拉伸 集束萃取干燥超倍拉伸卷绕主要溶剂 十氢萘，煤油，白油，矿物油主要萃取剂 汽油，低聚烃，卤代烃，苯及其衍生物,UHMW-PE冻胶纺工艺关键浓度：3% - 10%采用双螺杆帮助溶解和脱泡用特殊的凝固浴解决
28、并丝问题分多级达到40倍以上拉伸溶剂及萃取剂回收分离,通常高强高模型高性能纤维都具有伸直链结构，大分子沿纤维轴方向高度取向和结晶，使纤维显示出优异的抗张性能，但这类纤维在垂直于拉伸轴方向分子间作用力弱，受到轴向压缩作用时因晶面滑移而产生变形带，导致纤维损伤和破坏。,轴向压缩UHMW-PE纤维POM图,防弹UD是无纬复合材料（荷兰化学集团公司以超强聚乙烯纤维达尼玛SK66为基础，开发出一种防弹纤维叫达尼玛UD66）,0 层,90 层,UD的组成,热熔PE层,UD 0, 90,UD 0, 90,热熔PE层,面密度：145 g/m,UD截面扫描电镜照片,我国的UHMW-PE纤维由东华大学开发成功，是
29、我国自有知识产权。这项技术先后在宁波大成、湖南中泰和北京中纺投资三个单位工业化，总产能约3000吨，纤维已用于我军单兵防弹装备，并部分出口。国产纤维性能指标基本可以，唯CV值偏高。仪征化纤要上十氢萘新溶剂路线，以提升产品水平。我国高强PE技术的特征采用白油或矿物油凝固浴采用独特的配方，解决了并丝问题各生产厂有自己的知识产权所有的生产厂，技术均由东华大学化纤研究所提供,国产和进口PE纤维性能比较,国产和进口纤维截面SEM照片,第五节 国内高性能纤维工业发展现状,（一） 已实现工业化的高性能纤维1、粘胶基碳纤维东华大学以棉短绒为原料，粘胶帘子线为原丝，成功地实现了粘胶基碳纤维工业化，成为继美国、俄
30、罗斯之后第三个掌握这项技术的国家。现在实现工业化生产的单位有两家，一是东华大学，年产3吨；二是山西煤化所，也拥有吨级规模。总产能已能基本满足需求。其耐高温性能优异，用作导弹隔热部件，能减轻重量，增加射程。,2、高强高模聚乙烯纤维3、芳纶1313（1）第一家实现芳纶1313工业化的企业是烟台氨纶，它花了一百多万美元从哈萨克斯坦购买基础技术。在工程化试验的基础上实现了产业化，现有产能2600吨/年。它与有实力的纺机厂和有经验的工程设计院合作，工业化水平较高。（2）广东新会彩艳公司。生产线与烟台氨纶相似，都采用邯郸纺机的生产线。（3）吴江圣欧公司。采用东华大学研发的技术，是我国自主知识产权，已建成了
31、2000吨/年的装置，实现了工业化，还加工绝缘纸。目前，世界上仅美国杜邦和我国吴江能生产芳纶绝缘纸。,（二）正在完善工程化试验、建设工业化的高性能纤维,芳纶1414纤维在我国有10多年研发历史。其工程化的难点在聚合反应快，粘度大，生产线材质要求耐酸；溶剂回收不能含水，技术要求苛刻。目前进行工程化试验的单位有：（1）中蓝晨光化工研究院（2）仪征化纤与东华大学（3）河南神马为大型尼龙化纤企业，产品主要用于轮胎帘子线，有丰富的下游制品经验。现已建成500吨工业化试验线，正在攻克试验装备上的难点。未来产品主要对口轮胎帘子布及军警防护装备。,（4）烟台氨纶和广东彩艳也在开展芳纶1414的工程化试验。总体
32、看，现国内芳纶1414的工程化试验，产品水平接近kevlar29，由于技术条件苛刻，关键装备仍在攻关，预计2010年可开始工业化。,碳纤维在我国经历了40年的研究开发，国家投入已超过5亿，有24个单位先后参与。后由“十五”863计划以产学研结合，企业为主体， T300得以进入工程化。目前，正在实施T-300碳纤维工程化的企业：（1）威海光威光威是世界上最大的钓鱼器材厂，有较强的综合实力，其碳纤维的工程化技术来源于吉化。年产1000吨的原丝和碳纤维生产线已经建成。是目前最大的生产企业。 （2）扬州惠通（3）吉林化工（4）北京化工大学,（5）山西恒天（6）连云港中复神鹰（7）上海金山石化有腈纶基础
33、，现正在建设500吨碳纤维原丝线（8）吉林化纤是大型腈纶厂（9）安徽华皖（10）东华大学东华大学在承建上海市碳纤维研发基地 ，也是“十一五”973的参与单位，基础研发力量较强。,我国碳纤维和芳纶1414的进口情况 根据我国海关进出口数据分析,1、碳纤维我国2007年进口碳纤维约8000吨（2000年进口2100吨），已占世界产量的1/4，但绝大部分为加工后再出口（主要是运动器材和工业制品），国内消费仅约200300吨。2、芳纶1414纤维我国2007年进口芳纶1414约2500吨（2000年进口142吨），主要用于军警防护装备。,日、美高性能纤维产业发展的战略和特征,1. 将高性能纤维作为战略
34、性产业和材料，西方国家和企业都对我国严格封锁技术，控制高端产品出口。 战略性的含义首先在于高性能纤维的用途：航天（火箭、导弹、宇航）、防弹装备、大飞机、风能、海上采油、汽车轻量、高温尾气处理、现代建筑、渔业和海军专用绳缆等。 我国必须自力更生，自主建设。,2.高性能纤维产业技术难度高，专业跨度大，是复杂的系统工程和高度的集成创新。 高性能纤维产业涉及石油化工、材料工程、化纤工程、精密机械制造、电子信息、自动化控制、工程集成等，多学科、多专业的相互融合和前后衔接。3.国外高性能纤维产业正值快速发展期，技术和产品不断升级，应用领域日益拓展，科技创新和市场应用相互推进。 碳纤维从T300T70080
35、01000； 从MJ35MJ70 芳纶从kevlar 2949129149,4.主要集中在少数专业相关的大企业手里，其优势在于：有远见、有财力、有人力、有魄力；善于创建新兴产业。 如：日本东丽、东邦、三菱三家企业的碳纤维产能即占全世界的70；全世界芳纶1414产能的95集中在美国杜邦和日本帝人两家公司。,5.发展高性能纤维是企业产业结构调整升级的必然 如：日本东丽的碳纤维产值虽然仅占公司总产值的4，而利润所占比例却达13，是一般化纤利润率的5.9倍。 又如：美国杜邦把常规化纤，包括氨纶在内都已脱手，着力发展芳纶、M5、PTT等高新纤维。在杜邦的五个效益版块中，“先进材料”的效益占总效益的24。
36、6. 高性能纤维从基础性研发到工程化试验、到工业化，不断改进成熟，需要时间较长（5年、10年、20年），投入相当大。 不同阶段资金投入比例：基础研发工程化试验工业化110100,7.产业扩大的方式主要是在海外办子公司或合资公司，使用统一的技术和商标牌号。 如：日本东丽（碳纤） 法（Sofica）,美（Toray Carbon） 美国杜邦（芳纶），日（东丽Kevlar），英（杜邦 Kevlar）8. 国家从政策上、项目上、投资上、产品应用上进行支持。9. 对于国防需用的高性能纤维及其复合材料实施国防采办法（从研发到产品采购全程支持）。 如：现美国对M5纤维的研发和工程化，军方、政府和国会都专项支
37、持。,重要性和紧迫性,（一） 高性能纤维具有重要的战略作用没有高性能纤维就没有稳固的国防高性能纤维是火箭、导弹、战斗机、作战装甲、海军舰艇等尖端武器装备的基础材料。 如：洲际弹道导弹再入大气层的温度高到6600，只有碳/碳复合材料，不会熔融。每发战略导弹需用碳纤维约250kg，每台导弹发射装置需用碳纤维5001000kg；战略导弹固体火箭发动机重减公斤，射程可增16公里；弹头重量减1公斤，可增射程20公里。 又如： “宙斯盾”防御体系中，每艘DDG“伯克”级驱逐舰就使用了约70吨对位芳纶kevlar作发动机壳、战斗指挥所提供弹道防护。,高性能纤维是现代及未来工业文明重要的物质基础A380和B7
38、87大飞机，每架需用23吨碳纤维，可节油20，提高安全性和总装效率。汽车的结构材料部分改用碳纤维，减重100公斤，可省油，少排放，抗冲击，提车速。碳纤维是功率在5MW以上的风力发电机叶片的结构材料，每个叶片需用超过500kg碳纤维。每座海洋石油钻井平台约需要14T碳纤维，可以替代80T钢材。用于袋式除尘用环保过滤材料的耐高温纤维国内每年需求量将达到2000吨，对改善大气环境有重要作用。,（二） 中国高性能纤维产业与世界先进水平差距巨大日本东丽于1971年实现T300碳纤维的工业化；美国杜邦公司于1972年实现Kevlar 29的工业化；我国高性能纤维发展与世界先进水平相比滞后了30多年。（三）
39、 高性能纤维的产业化十分紧迫预计最近五到十年，航天用碳纤维年用量增幅将达到20%左右；品种朝着中模高强、高模高强的方向发展，T700级、T800级及T1000级超高强碳纤维以及MJ系列碳纤维需求量会逐步增加。,军工用碳纤维几乎100%依赖进口。2005年来，军用碳纤维进口渠道几乎完全被切断，库存已无法保证运载火箭、战略导弹的研制和生产。 我国的大飞机计划对高性能纤维的迫切需求。,（四） 胡锦涛主席的关于高性能纤维的批示2006年7月23日批示： 刚川同志：要协调发改委、科工委、科技部，组织科研单位及有关企业奋力攻关，尽早实现高性能碳纤维国产化目标。2007年6月27日批示： 培炎、刚川同志：“
40、要继续加强领导。大力协调合作攻关，努力争取尽早实现高性能碳纤维国产化。同时也要整合资源，优化布局，防止重复建设。,重点高性能纤维的产业化发展战略目标,1）碳纤维 2010年，实现T-300产业化，产能达4000吨/年；（原规划为3000吨/年） 2012年，实现T-800和中等MJ型石墨纤维的产业化； 2015年，实现T-1000和M75J产业化。2）对位芳纶2010年，实现Kevlar29产业化，产能1000吨/年；（ 原规划为3000吨/年） 2012年，实现产能3000吨/年。,3）高强高模聚乙烯纤维 2010年，实现产能 3000吨/年4）间位芳纶 2010年，实现产能7000吨/年（原规划为6000吨/年） 5）PPS纤维 2010年，实现产能 5000吨/年（原规划为1000吨/年） 6）芳砜纶 2010年，实现产能1000吨/年,
