论文部分内容阅读
碳纤维：非常关键 非常慎重 非常创新
说到军用市场的纤维新材料，碳纤维首当其冲。无论是其战略地位还是纤维自身性能特点，碳纤维在纤维新材料的军民融合中都是重要的成员。在我国高性能纤维的发展中，碳纤维也是比较成熟的代表产品之一。
据悉，2017年，中国碳纤维需求共2.35万吨，有26家碳纤维企业在运行。中国兵器工业集团第五三研究所总工程师魏化震表示：碳纤维的主要市场是民用领域，在军用领域虽然市场容量有限，但非常关键！未来陆军装备要向着更轻、更快、更远、更猛、 更坚、更灵以及更可靠、长寿命、低成本化方向发展，碳纤维及先进复合材料凭借其优良特性将发挥最为重要的作用，其用量将会显著增加，特别是陆军装备领域将成为碳纤维及先进复合材料最广阔的应用市场。
但是，魏化震表示：我国虽然碳纤维生产线多，但因单线产能小、性能低，每年大约还有一般以上的碳纤维依靠进口而来，尚未完全实现自主保障。对于其中的原因，魏化震表示主要是，碳纤维特别是高品级碳纤维存在性能和质量稳定性、成本高、复合材料设计基础弱和高效低成本化工艺有差距等问题，兵器行业和民用领域不敢用、用不起，军、民用市场需求量受到限制，难以维持纤维规模化生产线，难以形成良性循环。
鉴于此，魏化震总工程师建议要推进军民融合、协同创新。具体来说就是：国家政策机制方面，要分工布局、竞争有序、联合发展；企业发展战略方面，要明确定位、协同创新、良性发展，产业链延伸一定要慎重；技术产品发展方面，要完善体系、强化基础、创新发展。同时要重视碳纤维在汽车、轨道交通、体育用品等中高端民用领域，民航客机、小型飞机、无人机等民用航空领域，以及兵器行业陆军装备领域中的应用。
说道碳纤维的国产化，威海拓展纤维有限公司是行业鼻祖，其不仅是国产碳纤维的领军企业，更是中国第一家从事碳纤维研发生产、供应高端碳纤维、使碳纤维装备国产化的民营企业。该公司完善了国产碳纤维的品种品类，且高端国产碳纤维市场占有率超过70%，改变了世界碳纤维格局，实现了核心装备自主保障。
公司总经理丛宗杰介绍：如今，威海拓展已形成比较完善的系列产品结构，如高强系列产品：T300 /T700/ T800/ T1000， 高模系列产品：M40J / M46J/ M50J /M55J ，低成本：T700S /T800S，大丝束 24K。第一代T300级碳纤维基本覆盖应用复合材料的所有国产军机，第二代T800级碳纤维、M40J级在国家项目应用评审中位列第一，M55J已顺利通过科技部“863”项目验收，低成本干喷湿纺技术原丝纺速可达500米/分钟。
对于未来发展，丛宗杰表示：光威复材将继续加强T1100级高强碳纤维、M65J/M70J级高模碳纤维、自主高强高模碳纤维及碳纤维生产线设备的研制及产业化，加强碳纤维生产用油剂、上浆剂等配套产品产业化，并通过提速、增束和加纺位实现低成本生产。
超高分子量聚乙烯纤维：天赋秉异 直面缺陷 实现突破
超高分子聚乙烯具有Mη>150万的线性结构，通过冻胶纺丝可实现超倍拉伸。超高分子聚乙烯纖维是目前世界上比强度和比模量最高的化学纤维，其同时具有高模量、高强度，因此具有极佳的防弹性能，除此之外其还同时具有抗紫外线、耐冲击、耐切割、耐弯曲、耐磨擦、耐腐蚀、耐低温等特点。
因为这些优异的性能，超高分子量聚乙烯纤维在军用、绳网、防切割、纺织品等领域应用颇广，如在单兵防护方面，可用于防刺服、军用头套、防刺靴、战术手套，防爆服、防爆毯，防弹衣、防弹头盔、盾牌等来防刺防割、防爆防弹；在武器装甲方面，用于车辆、舰船、飞行装甲，较之钢材、芳纶、玻纤等材料，能有效减重，提高搭载能力，提高速度。
但是，超高分子量聚乙烯纤维的分子结构特性决定了其难复合的缺陷，限制了下游应用领域的拓展。目前国内超高强度的高端品种尚未取得突破，竞争多集中于38cN/dtex以下的产品，对于防弹产品的轻量化、舒适化的发展支撑不足。中国石化仪征化纤有限责任公司副总经理杨勇表示，未来应集中上下游协同力量从三个方面进行改进：一是对纤维进行改性，多种表面处理技术联合使用，增强纤维复合性；二是作为结构材料和防弹材料，与其他纤维复合使用；三是开发相适应的树脂基体，拓宽应用领域。
高强高模聚酰亚胺纤维：“忍耐”王者 领域广泛 未来可期
聚酰亚胺材料共性特点为耐高温，耐温范围-260～260℃；耐燃烧，极限氧指数为34%～38%；高温碳化不熔滴；耐化学性能好；耐辐照性能优异。
江苏奥神新材料股份有限公司是国内聚酰亚胺生产企业的代表，董事长王士华谈到，从2012到2018年，奥神承担了国家“863计划”项目“高强高模聚酰亚胺纤维制备关键技术”中的干法纺丝工艺路线，启动了高强高模聚酰亚胺纤维的产业化开发项目，实现了100吨高强高模聚酰亚胺长丝的量产。在此期间，奥神掌握了性能优异的分子结构设计及高效合成，高粘、高均匀性合成装置制造，干法纺丝技术，高精密热处理纤维微结构控制技术等核心技术。
如今，奥神拥有全球首条干法纺聚酰亚胺纤维千吨级生产线，拥有完全自主知识产权，甲纶Suplon是其产品的注册商标。甲纶Suplon纤维主要产品（耐热型短纤、长丝，高强型长丝）可用于特种绳缆、个体防护、电工电子、结构材料等领域，如机械结构用缆绳、船用缆绳、军用绳缆、降落伞索 、浮空器系留缆，阻燃防刺防弹服、防弹头盔、防切割手套，耳机线、光纤维受拉结构件、核等条件下的特种电缆护套，高强高模聚酰亚胺长丝增强复合材料可用作宇航、火箭和飞机、高铁的结构材料，减轻重量，增加有效载荷，节省燃料动力。 石墨烯：最前沿 最颠覆 最特殊
石墨烯被喻为本世纪最具颠覆性的新材料，是世界上最薄却也最坚韧的材料，石墨烯单原子层二维片状结构，使得石墨烯在许多方面具有奇特的性能，将石墨烯与普通纤维复合，可赋予其抗菌、抗螨虫、强散热、抗切割、抗静电、抗紫外线、远红外发热和阻燃等特殊功能，产品可广泛应用于面料、服装、家纺、针织等纺织品。
南通强生石墨烯科技有限公司是国内为数不多的可以生产石墨烯的企业之一，研发总监马立国介绍：强生的石墨烯生产，采用常温、常压新工艺技术，流程短、产率高、无污染，是全球创新、领先的石墨烯制备技术之一。经第三方权威机构表征检测，已达到国际先进水平，并获得多项国家发明专利。强生凯瑞纳石墨烯纤维采用全新喷丝工艺制成的石墨烯功能性复合纤维，实现了绵纶、涤纶、高分子聚乙烯长丝和短纤的复合纤维从中试到批量生产的跨越。
对于强生凯瑞纳石墨烯未来的发展，马立国表示，一是继续加强石墨烯作用机理和终端应用的研究，引进消化最前沿技术。二是全力推进品牌建设，力争用3～5年，使强生凯瑞纳石墨烯成为国际特种纱线著名品牌。三是全面、全力地拓展国内外市场。
中间相沥青基碳纤维：新兴材料 精密首选 供不应求中间相沥青基碳纤维（MPCF）MPCF是一种含碳量大于99%的高性能碳纤维，原料中间相沥青来源于石油煤焦油、萘或木质素等，经纺丝、不熔化、碳化、石墨化工艺制备而成。
MPCF具有超高模量、超高热导率、低热膨胀系数三大特点。高性能MPCF具有更高的模量、导热系数和低膨胀系数，是最好的功能与结构一体化材料之一。它与PAN基碳纤维在性能上相互补充，可以将碳纤维的应用拓展到更广空间。高性能MPCF增强树脂基复合材料具有更高的模量、更好的尺寸稳定性，可以满足大型空间机构的更高精度要求，如可用于人造卫星关键部件、光学结构件、机器人手臂等高精密装备、车辆轻型化、建筑桥梁补强、CFRP建筑支架、高端高尔夫球杆等运动器材。
目前全球仅有日本三菱（MCC）、日本石墨纤维（NGF）、美国氰特（Cytec）三家公司可以生产高性能MPCF，合计产能1410吨/年，货品供不应求，都在筹划扩产。中国MPCF已进入产业化发展的初级阶段，各个领域对其需求日益迫切，随着MPCF研发的深入，其应用领域将逐渐扩大。制约MPCF成本及产量的原料中间相沥青，也得到了各厂家和科研院所的关注，并成功实现了性能和工艺均满足要求的高性能可纺中间相沥青的小试制备。陕西天策新材料科技有限公司首席科学家迟伟东表示，陜西天策已打通中间相沥青基碳纤维产业化工艺路线，并开展了原料制备、应用研究等工作，具备了产业化放大的条件，可望通过加强上下游产业合作，优势互补，强强联合，推动MPCF产业健康平稳发展。
随着科学技术的发展，纤维新材料在军民两用领域所发挥的作用日益重要。无论是军转民还是民转军，其核心都需以应用需求牵引科技创新。我国的高性能纤维材料中，民用多于国防应用，需借鉴国外“军民融合” 的成功经验，制定适宜我国国情的发展战略，同时结合我国军民两用纤维向高效化、高性价比、绿色化、轻质化、系统化、标准化发展的趋势，引领纤维新材料的发展方向，使高性能纤维进入快速发展阶段，以应用需求牵引纤维开发，创建产学研用结合的研发系统，注重应用开发和应用服务，上下产业链联合，建立系统的标准化技术体系，以实现可持续发展。
链接：
《军民融合深度发展纤维新材料与产品推荐目录（2019年度）》发布
近日，中国化学纤维工业协会正式发布了《军民融合深度发展纤维新材料与产品推荐目录（2019年度）》。为了推进军民融合深入发展，中国化学纤维工业协会在2018年发布的目录基础上，继续重点围绕航空航天、信息工程、海洋工程、船舶、舰艇、医疗救援、应急抢险、智能服装、作战装备、军用纺织品等领域，针对具有明显比较优势的相关技术与产品，组织信息采集、审选，编制了《军民融合深度发展纤维新材料与产品推进目录（2019年度）》（以下简称《目录》），作为军民融合产业对接、信息交流、项目推介推广的重点参考。
与上年度相比，今年的《目录》根据应用范围将产品分为四大类——单兵防护、军装被服、武器装备、航空航天，同时新增了36个新品种，从推荐产品中可以看出，高性能、多功能、智能化、绿色纤维已成为先进制造业、安全与防护、健康与生活、新能源等领域的关键材料，将为军民融合一体化提供保障。
说到军用市场的纤维新材料，碳纤维首当其冲。无论是其战略地位还是纤维自身性能特点，碳纤维在纤维新材料的军民融合中都是重要的成员。在我国高性能纤维的发展中，碳纤维也是比较成熟的代表产品之一。
据悉，2017年，中国碳纤维需求共2.35万吨，有26家碳纤维企业在运行。中国兵器工业集团第五三研究所总工程师魏化震表示：碳纤维的主要市场是民用领域，在军用领域虽然市场容量有限，但非常关键！未来陆军装备要向着更轻、更快、更远、更猛、 更坚、更灵以及更可靠、长寿命、低成本化方向发展，碳纤维及先进复合材料凭借其优良特性将发挥最为重要的作用，其用量将会显著增加，特别是陆军装备领域将成为碳纤维及先进复合材料最广阔的应用市场。
但是，魏化震表示：我国虽然碳纤维生产线多，但因单线产能小、性能低，每年大约还有一般以上的碳纤维依靠进口而来，尚未完全实现自主保障。对于其中的原因，魏化震表示主要是，碳纤维特别是高品级碳纤维存在性能和质量稳定性、成本高、复合材料设计基础弱和高效低成本化工艺有差距等问题，兵器行业和民用领域不敢用、用不起，军、民用市场需求量受到限制，难以维持纤维规模化生产线，难以形成良性循环。
鉴于此，魏化震总工程师建议要推进军民融合、协同创新。具体来说就是：国家政策机制方面，要分工布局、竞争有序、联合发展；企业发展战略方面，要明确定位、协同创新、良性发展，产业链延伸一定要慎重；技术产品发展方面，要完善体系、强化基础、创新发展。同时要重视碳纤维在汽车、轨道交通、体育用品等中高端民用领域，民航客机、小型飞机、无人机等民用航空领域，以及兵器行业陆军装备领域中的应用。
说道碳纤维的国产化，威海拓展纤维有限公司是行业鼻祖，其不仅是国产碳纤维的领军企业，更是中国第一家从事碳纤维研发生产、供应高端碳纤维、使碳纤维装备国产化的民营企业。该公司完善了国产碳纤维的品种品类，且高端国产碳纤维市场占有率超过70%，改变了世界碳纤维格局，实现了核心装备自主保障。
公司总经理丛宗杰介绍：如今，威海拓展已形成比较完善的系列产品结构，如高强系列产品：T300 /T700/ T800/ T1000， 高模系列产品：M40J / M46J/ M50J /M55J ，低成本：T700S /T800S，大丝束 24K。第一代T300级碳纤维基本覆盖应用复合材料的所有国产军机，第二代T800级碳纤维、M40J级在国家项目应用评审中位列第一，M55J已顺利通过科技部“863”项目验收，低成本干喷湿纺技术原丝纺速可达500米/分钟。
对于未来发展，丛宗杰表示：光威复材将继续加强T1100级高强碳纤维、M65J/M70J级高模碳纤维、自主高强高模碳纤维及碳纤维生产线设备的研制及产业化，加强碳纤维生产用油剂、上浆剂等配套产品产业化，并通过提速、增束和加纺位实现低成本生产。
超高分子量聚乙烯纤维：天赋秉异 直面缺陷 实现突破
超高分子聚乙烯具有Mη>150万的线性结构，通过冻胶纺丝可实现超倍拉伸。超高分子聚乙烯纖维是目前世界上比强度和比模量最高的化学纤维，其同时具有高模量、高强度，因此具有极佳的防弹性能，除此之外其还同时具有抗紫外线、耐冲击、耐切割、耐弯曲、耐磨擦、耐腐蚀、耐低温等特点。
因为这些优异的性能，超高分子量聚乙烯纤维在军用、绳网、防切割、纺织品等领域应用颇广，如在单兵防护方面，可用于防刺服、军用头套、防刺靴、战术手套，防爆服、防爆毯，防弹衣、防弹头盔、盾牌等来防刺防割、防爆防弹；在武器装甲方面，用于车辆、舰船、飞行装甲，较之钢材、芳纶、玻纤等材料，能有效减重，提高搭载能力，提高速度。
但是，超高分子量聚乙烯纤维的分子结构特性决定了其难复合的缺陷，限制了下游应用领域的拓展。目前国内超高强度的高端品种尚未取得突破，竞争多集中于38cN/dtex以下的产品，对于防弹产品的轻量化、舒适化的发展支撑不足。中国石化仪征化纤有限责任公司副总经理杨勇表示，未来应集中上下游协同力量从三个方面进行改进：一是对纤维进行改性，多种表面处理技术联合使用，增强纤维复合性；二是作为结构材料和防弹材料，与其他纤维复合使用；三是开发相适应的树脂基体，拓宽应用领域。
高强高模聚酰亚胺纤维：“忍耐”王者 领域广泛 未来可期
聚酰亚胺材料共性特点为耐高温，耐温范围-260～260℃；耐燃烧，极限氧指数为34%～38%；高温碳化不熔滴；耐化学性能好；耐辐照性能优异。
江苏奥神新材料股份有限公司是国内聚酰亚胺生产企业的代表，董事长王士华谈到，从2012到2018年，奥神承担了国家“863计划”项目“高强高模聚酰亚胺纤维制备关键技术”中的干法纺丝工艺路线，启动了高强高模聚酰亚胺纤维的产业化开发项目，实现了100吨高强高模聚酰亚胺长丝的量产。在此期间，奥神掌握了性能优异的分子结构设计及高效合成，高粘、高均匀性合成装置制造，干法纺丝技术，高精密热处理纤维微结构控制技术等核心技术。
如今，奥神拥有全球首条干法纺聚酰亚胺纤维千吨级生产线，拥有完全自主知识产权，甲纶Suplon是其产品的注册商标。甲纶Suplon纤维主要产品（耐热型短纤、长丝，高强型长丝）可用于特种绳缆、个体防护、电工电子、结构材料等领域，如机械结构用缆绳、船用缆绳、军用绳缆、降落伞索 、浮空器系留缆，阻燃防刺防弹服、防弹头盔、防切割手套，耳机线、光纤维受拉结构件、核等条件下的特种电缆护套，高强高模聚酰亚胺长丝增强复合材料可用作宇航、火箭和飞机、高铁的结构材料，减轻重量，增加有效载荷，节省燃料动力。 石墨烯：最前沿 最颠覆 最特殊
石墨烯被喻为本世纪最具颠覆性的新材料，是世界上最薄却也最坚韧的材料，石墨烯单原子层二维片状结构，使得石墨烯在许多方面具有奇特的性能，将石墨烯与普通纤维复合，可赋予其抗菌、抗螨虫、强散热、抗切割、抗静电、抗紫外线、远红外发热和阻燃等特殊功能，产品可广泛应用于面料、服装、家纺、针织等纺织品。
南通强生石墨烯科技有限公司是国内为数不多的可以生产石墨烯的企业之一，研发总监马立国介绍：强生的石墨烯生产，采用常温、常压新工艺技术，流程短、产率高、无污染，是全球创新、领先的石墨烯制备技术之一。经第三方权威机构表征检测，已达到国际先进水平，并获得多项国家发明专利。强生凯瑞纳石墨烯纤维采用全新喷丝工艺制成的石墨烯功能性复合纤维，实现了绵纶、涤纶、高分子聚乙烯长丝和短纤的复合纤维从中试到批量生产的跨越。
对于强生凯瑞纳石墨烯未来的发展，马立国表示，一是继续加强石墨烯作用机理和终端应用的研究，引进消化最前沿技术。二是全力推进品牌建设，力争用3～5年，使强生凯瑞纳石墨烯成为国际特种纱线著名品牌。三是全面、全力地拓展国内外市场。
中间相沥青基碳纤维：新兴材料 精密首选 供不应求中间相沥青基碳纤维（MPCF）MPCF是一种含碳量大于99%的高性能碳纤维，原料中间相沥青来源于石油煤焦油、萘或木质素等，经纺丝、不熔化、碳化、石墨化工艺制备而成。
MPCF具有超高模量、超高热导率、低热膨胀系数三大特点。高性能MPCF具有更高的模量、导热系数和低膨胀系数，是最好的功能与结构一体化材料之一。它与PAN基碳纤维在性能上相互补充，可以将碳纤维的应用拓展到更广空间。高性能MPCF增强树脂基复合材料具有更高的模量、更好的尺寸稳定性，可以满足大型空间机构的更高精度要求，如可用于人造卫星关键部件、光学结构件、机器人手臂等高精密装备、车辆轻型化、建筑桥梁补强、CFRP建筑支架、高端高尔夫球杆等运动器材。
目前全球仅有日本三菱（MCC）、日本石墨纤维（NGF）、美国氰特（Cytec）三家公司可以生产高性能MPCF，合计产能1410吨/年，货品供不应求，都在筹划扩产。中国MPCF已进入产业化发展的初级阶段，各个领域对其需求日益迫切，随着MPCF研发的深入，其应用领域将逐渐扩大。制约MPCF成本及产量的原料中间相沥青，也得到了各厂家和科研院所的关注，并成功实现了性能和工艺均满足要求的高性能可纺中间相沥青的小试制备。陕西天策新材料科技有限公司首席科学家迟伟东表示，陜西天策已打通中间相沥青基碳纤维产业化工艺路线，并开展了原料制备、应用研究等工作，具备了产业化放大的条件，可望通过加强上下游产业合作，优势互补，强强联合，推动MPCF产业健康平稳发展。
随着科学技术的发展，纤维新材料在军民两用领域所发挥的作用日益重要。无论是军转民还是民转军，其核心都需以应用需求牵引科技创新。我国的高性能纤维材料中，民用多于国防应用，需借鉴国外“军民融合” 的成功经验，制定适宜我国国情的发展战略，同时结合我国军民两用纤维向高效化、高性价比、绿色化、轻质化、系统化、标准化发展的趋势，引领纤维新材料的发展方向，使高性能纤维进入快速发展阶段，以应用需求牵引纤维开发，创建产学研用结合的研发系统，注重应用开发和应用服务，上下产业链联合，建立系统的标准化技术体系，以实现可持续发展。
链接：
《军民融合深度发展纤维新材料与产品推荐目录（2019年度）》发布
近日，中国化学纤维工业协会正式发布了《军民融合深度发展纤维新材料与产品推荐目录（2019年度）》。为了推进军民融合深入发展，中国化学纤维工业协会在2018年发布的目录基础上，继续重点围绕航空航天、信息工程、海洋工程、船舶、舰艇、医疗救援、应急抢险、智能服装、作战装备、军用纺织品等领域，针对具有明显比较优势的相关技术与产品，组织信息采集、审选，编制了《军民融合深度发展纤维新材料与产品推进目录（2019年度）》（以下简称《目录》），作为军民融合产业对接、信息交流、项目推介推广的重点参考。
与上年度相比，今年的《目录》根据应用范围将产品分为四大类——单兵防护、军装被服、武器装备、航空航天，同时新增了36个新品种，从推荐产品中可以看出，高性能、多功能、智能化、绿色纤维已成为先进制造业、安全与防护、健康与生活、新能源等领域的关键材料，将为军民融合一体化提供保障。