下载文档原格式
高性能纤维市场分析现状1. 简介高性能纤维是一种具有优异力学性能、耐热、耐化学腐蚀和耐磨损等特点的纤维材料。
在近年来，随着工业化进程的不断推进，高性能纤维在各个领域得到了广泛的应用，特别是在航空航天、军事装备、体育用品和汽车等行业中，对高性能纤维的需求迅速增长。
2. 市场规模根据市场调研数据显示，高性能纤维市场在过去几年中呈现出快速增长的趋势。
预计到2025年，全球高性能纤维市场的规模将达到X亿美元。
其中，碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维等是目前市场上应用最广泛的高性能纤维品种。
3. 主要应用领域3.1 航空航天高性能纤维在航空航天领域中有着重要的应用。
由于其轻质、高强度、高刚度和耐高温等特性，使得高性能纤维成为航空航天结构材料的理想选择。
例如，航空航天中的飞机机身、机翼和螺旋桨等部件中广泛使用碳纤维材料，以提高飞机的性能和燃油效率。
3.2 军事装备高性能纤维在军事装备中的应用也十分广泛。
由于其出色的防弹和防刃性能，使得高性能纤维成为防弹衣、防刺服、头盔和防护板等装备的重要材料。
另外，高性能纤维还可以用于制造舰船和坦克的装甲材料，提高其防护能力。
3.3 体育用品高性能纤维在体育用品制造中也占据重要地位。
例如，碳纤维复合材料被广泛应用于高尔夫球杆、网球拍和自行车等产品中，以提高其强度和耐用性。
此外，高性能纤维还可以用于制造运动鞋、运动服装和运动护具等，提供更好的运动保护和舒适度。
3.4 汽车高性能纤维在汽车制造中也有着广泛的应用。
由于其轻质和高强度的特点，高性能纤维可以用于制造汽车的车身、底盘和内饰等部件，降低汽车的整体重量，提高燃油效率和安全性能。
此外，高强度纤维可以增加汽车的刚性，提高悬挂系统的性能和操控稳定性。
4. 市场竞争态势目前，全球高性能纤维市场竞争激烈，市场上存在许多知名厂商和品牌。
其中，国内外主要厂商包括Toray、Teijin、DSM、Honeywell、Dupont等。
这些厂商通过技术创新、产品升级和市场推广等手段，竞争力较强。
我国芳纶纤维目前生产应用的状况以及存在的问题近年来，我国一直致力于芳纶纤维国产化、规模化的技术开发，芳纶纤维也被中国化纤工业协会列为“绿灯项目”。
但由于芳纶纤维具有重要的战略意义，发达国家对其一直实施技术封锁和有限禁运，导致国内芳纶产业起步晚，多层技术壁垒尚未根本破解，严重制约了产业发展。
专家指出，在夹缝中求生存的我国芳纶纤维产业如何集中优势力量抓紧突破国外技术壁垒，提早实现产业化已显得至关重要。
一、芳纶纤维的特性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N原子和羰基均直接与芳香环中C原子相连接并置换其中的一个H原子的聚合物纤维称为芳香族聚酰胺纤维，我国定名为芳纶纤维。
芳纶纤维包括全芳香族聚酰胺纤维和杂环芳香族聚酰胺纤维两大类。
而全芳香族聚酰胺纤维中已经实现工业化的纤维，主要是对位芳纶和间位芳纶，这两大类芳纶的主要区别是，酰胺键与苯环上的C原子相连接的位置不同( 如图1)。
杂环芳香族纤维是指含有 N，O，S等杂原子的二胺和二酰氯缩聚而成的纤维，如有序结构的杂环聚酰胺纤维等。
[1-4]图1芳纶分子式芳纶纤维具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、质量轻等优良性能，其中比强度是钢的5 ～ 6倍，模量是钢丝和玻璃纤维的2 ～ 3倍，韧性是钢丝的2 倍，而密度仅为钢丝的1 /5 左右。
芳纶是综合性能优良、产量最大、应用最广的高性能纤维，在高性能纤维中占有重要的地位，在国防，航空航天，汽车减重节能减排，新能源开发等各方面具有不可替代的作用。
[5]二、芳纶纤维的分类芳纶主要分为两种：间位芳纶和对位芳纶。
2.1 间位芳纶间位芳纶，即聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，我国称之为芳纶1313。
间位芳纶具有长久的热稳定性，这是其最重要的特性，可在200 ℃高温下长期使用不老化，具有极佳的尺寸稳定性。
间位芳纶具有本质阻燃性，其极限氧指数值(LOI)＞28 %，在空气中不会自燃、融化，也不会产生熔滴，离焰自熄。
芳纶纤维的研究现状及其发展芳纶纤维，又称为芳纶聚酰胺纤维。
它是一种由聚芳酰胺（aramid）所制成的纤维，具有高强度、高模量、优异的耐热性、抗腐蚀性和耐磨损性等特点。
芳纶纤维广泛应用于防弹材料、防护服装、绝缘材料、航空航天、车辆制造、电子产品和船舶等领域。
现将芳纶纤维的研究现状及发展进行概述。
1.纤维性能的研究：芳纶纤维的研究主要集中在纤维的性能改进和新型纤维的开发上。
近年来，研究人员通过改变芳纶纤维的纺丝工艺和化学结构，提高了其耐热性、力学性能和抗水解性。
同时，研究人员也致力于探索新型芳纶纤维，如改性芳纶纤维、混合纤维和纳米芳纶纤维，以满足不同领域的需求。
2.工艺技术的研究：芳纶纤维的制备过程中，纺丝、拉伸和后处理工艺对纤维性能具有重要影响。
目前，纺丝工艺主要有湿法纺丝法和干法纺丝法。
研究人员通过改变纺丝参数、纺丝溶液组成和纺丝设备，提高了纤维的拉伸性能和热稳定性。
同时，后处理技术也得到了广泛研究，如热固定、改性膜法和表面功能化等，以进一步提高芳纶纤维的性能。
3.应用研究的进展：芳纶纤维在防护领域的应用得到了广泛关注。
特别是在防弹材料和防护服装领域，芳纶纤维展现出了出色的性能。
研究人员对纤维的防弹性能进行了深入研究，并开发了具有更高防护能力的芳纶纤维复合材料。
此外，芳纶纤维在航空航天、车辆制造和电子产品等领域也有广泛应用的前景。
4.环境友好型纤维的研究：在当前环保意识不断增强的背景下，研究人员开始关注环境友好型芳纶纤维的研究。
他们利用可再生资源和新型合成方法，开发出低能耗、低排放的纤维制备技术，减少对环境的影响。
此外，研究人员还致力于研发可生物降解的芳纶纤维，以解决纤维废弃物对环境造成的问题。
总的来说，芳纶纤维的研究现状和发展趋势呈现出多样性，包括纤维性能的改进，工艺技术的研究，应用研究的进展和环境友好型纤维的研发。
随着科学技术的不断进步和需求的不断增长，芳纶纤维有望在更多领域得到广泛应用。
F-12纤维新材料
一根直径12毫米且密度远低于钢的纤维绳，可以吊起46吨的重物，而同样粗细的钢丝绳只能吊起8吨的重物。
这种纤维就是中国航天科工集团第六研究院自主研制的、具有完全自主知识产权、填补国家高强有机纤维材料空白的F-12高强有机纤维。
今天上午，该院F-12高强有机纤维50吨产业化项目正式开工奠基。
据介绍，该纤维性能达到国际先进水平，远远超过国内量产的芳纶II纤维，是芳纶纤维类产品的“佼佼者”，为我国国防军工及高端民用产品的研制提供了强有力的支撑。
50吨生产线的启动对进一步提高其批量生产能力，打破我国在高端芳纶纤维研究制造领域依赖于国外进口的被动局面，解决国外对我国此类材料的“卡脖子”问题，形成芳纶纤维的国内自主保障能力，具有重要的现实意义。
新材料是我国未来重点发展的战略性行业。
该院从1994年开始，用先进的军工技术寓军于民，经过十几年的刻苦攻关，彻底掌握了F-12纤维研制与生产的关键技术，从工程上研究解决了纤维的不稳定性难题。
该纤维具有高比强度、高比模量、低压缩强度和低密度等优异性能，可生产不同聚合物结构、不同纤度规格的纤维，并首创国内束丝最细的芳纶纤维。
据了解，该纤维具有广泛而不可替代的用途，完全可取代进口产品，可应用于航空、航天、民用飞艇等领域，还可广泛应用于光缆增强纤维、增强电力电缆、升降机缆绳及各类高性能体育运动器材等领域，具有广阔的市场前景。
该项目的开工将有力地牵引以F-12纤维
材料为主要原材料的相关项目的发展壮大，有力推动地方经济发展。
国家发展改革委办公厅关于请组织申报高性能纤维复合材料高技术产业化专项的通知文章属性•【制定机关】国家发展和改革委员会•【公布日期】2007.12.24•【文号】发改办高技[2007]3177号•【施行日期】2007.12.24•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】高新技术产业开发区正文国家发展改革委办公厅关于请组织申报高性能纤维复合材料高技术产业化专项的通知（发改办高技[2007]3177号）各省、自治区、直辖市、计划单列市及新疆生产建设兵团发展改革委，国务院有关部门、直属机构办公厅，有关中央管理企业，有关单位：根据《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》和《高技术产业发展“十一五”规划》，为满足国民经济和社会发展的需求，促进新材料产业的发展，我委决定于2008－2009年组织实施高性能纤维复合材料高技术产业化专项。
现将有关事项通知如下：一、专项的主要内容高性能纤维复合材料是指用高性能纤维与高性能基体按性能设计要求，用专门的工艺复合而成的一类新型工程材料，是新材料产业发展的重要方向之一。
发展高性能纤维复合材料，对促进国民经济的发展，提升国家的综合实力起着重要的作用。
根据我国新材料产业的现状及发展目标，按照“加速发展新材料产业，满足国家重大需求”的原则，专项重点支持碳纤维、芳纶纤维、高强聚乙烯纤维及其高性能复合材料的生产技术及关键装备的产业化示范，满足国民经济以及航空航天等高技术产业发展的总体需求。
具体如下：（一）高性能碳纤维复合材料。
开展高性能碳纤维及复合材料的产业化、研发以及相关标准的制定，重点支持千吨级高性能碳纤维和聚丙烯腈原丝生产工艺技术，预氧化炉、碳化炉等大型关键设备制造，纺丝油剂、碳纤维上浆剂、预浸料等重要辅助材料，以及高性能树脂基体材料、高性能碳纤维复合材料应用技术等的产业化；制定和完善高性能碳纤维生产、产品和应用的相关标准。
（二）高性能芳纶纤维复合材料。
开展高性能芳纶及复合材料的产业化，重点支持千吨级芳纶-II生产工艺技术、关键技术装备，以及高性能芳纶-II复合材料关键生产工艺技术等的产业化。
芳纶（AF）开发生产方案一、实施背景随着科技的快速发展和全球竞争的加剧，新材料领域对于高性能纤维的需求日益增长。
芳纶（AF）作为一种具有极高强度、耐热性和抗化学腐蚀性的先进合成纤维，被广泛应用于航空航天、汽车、电子、体育器材等领域。
中国作为全球最大的化纤生产国，正积极寻求产业结构改革，以适应新形势下的市场需求。
二、工作原理芳纶（AF）是由芳香族二元胺和脂肪族二元酸或氨基酸盐缩聚而成的。
其分子结构中包含刚性的芳环和柔性的亚胺链，这使得芳纶具有良好的机械性能和热稳定性。
通过控制缩聚条件，可以得到不同分子量和化学组成的芳纶，以满足不同应用领域的需求。
三、实施计划步骤1.研发：开展芳纶制备工艺研究，优化反应条件、分离纯化步骤和产品性能。
同时，针对不同应用领域开展专项研究，为后续生产提供技术支持。
2.设备选型与采购：根据芳纶生产工艺要求，选择合适的反应设备、分离设备、造粒设备等，并确保设备性能稳定、易于操作和维护。
3.工厂建设：依据生产工艺流程，设计合理的生产线布局，确保物料流畅、减少能源浪费。
同时，注重工厂环保设施的建设，确保三废处理达标。
4.试生产：进行小规模试生产，验证生产工艺的可行性和稳定性。
在此过程中，不断优化生产工艺参数，提高产品质量和产量。
5.规模化生产：在试生产成功的基础上，逐步扩大生产规模，以满足市场需求。
同时，注重产品质量控制和安全生产管理。
四、适用范围1.航空航天领域：用于制造飞机、卫星等高性能产品。
2.汽车领域：用于制造高性能汽车轮胎、安全气囊等。
3.电子领域：用于制造电路板、电池隔膜等。
4.体育器材领域：用于制造高档自行车架、高尔夫球杆等。
五、创新要点1.工艺创新：采用先进的缩聚反应技术，提高反应效率和产品质量。
2.设备创新：设计专用设备，实现自动化连续生产，提高生产效率和产品质量。
3.产品创新：开发新型芳纶品种，拓展应用领域，满足市场多样化需求。
4.环保创新：采用绿色生产工艺，减少三废排放，实现清洁生产。
F－12高强有机纤维（芳纶纤维）技术产业化进展
牛敏
（内蒙古航天新材料科技有限公司，内蒙古，010010）
摘要
本文介绍了F-12高强有机纤维（杂环芳纶）研制与产业化情况，给出了纤维及其织物与蒙皮材料的性能数据以及未来可能应用的领域。
一、研制背景
我国在芳纶纤维的研究大约始于上世纪七十年代末八十年代初，主要品种为芳纶Ⅱ纤维，纤维强度约为 3.0GPa，仅为实验室规模，没有中试生产。
我国没有高性能有机纤维，一些领域要求纤维强度大于4.0GPa甚至更高的纤维不得不从国外进口，但由于此种纤维国外限制出口，因此来源一直是困扰我国的大问题。
在这种情况下，1994年中国航天科工集团六院46所开始独立自主进行F-12高强有机纤维的研制。
二、研制历程
F-12纤维是在芳纶Ⅱ聚合物结构中引入杂环第三单体所得纤维，属于对位杂环芳纶纤维，与芳纶Ⅱ相比具有更高强度、模量等优异性能。
1994年46所科研人员开展了大规模的调研，认识到要想研制
F-12高强有机纤维必须首先解决国内没有的原材料——第三单体，于是从1995年开始以两种途径同时开展第三单体合成研究，攻克单体合成关键技术，研制成功第三单体。
1997年用该单体开始进行纤维用聚合物的研制，1998年完成聚合物的研制。
1999年自行设计制造了实验室纤维研制线，经过几年研究，攻克纺丝及纤维后处理关键技术，2004年，纤维强度达到4.3-4.5GPa。
2007年建立了年产3吨的F-12纤维中试生产线。
2008年解决了单体合成、聚合、纺丝及纤维后处理从实验室小试到中试过程中的技术问题，纤维性能优于小试水平。
至此，46所拥有F-12高强有机纤维从单体合成、聚合、纺丝及纤维后处理等工艺和设备设计、制造自主知识产权。
2010年F-12高强有机纤维获科技部颁发的国家重点新产品证书。
三、产业化进展情况
为了进行F-12高强有机纤维产业化建设，46所成立了独资子公司——内蒙古航天新材料科技有限公司，主要进行F-12高强有机纤维产业化及下游产品的应用研究。
F-12纤维产业化项目拟分两期进行：一期建设规模为年产50吨F-12高性能芳纶纤维生产线，总投资概算3.27亿元。
二期建设拟将生产规模扩大到年产150吨~200吨F-12纤维生产线的水平，进一步降低产品成本扩大市场占有量。
F-12纤维生产线一期建设从2010年开始，同年6月完成原材料、聚合、纺丝及后处理、纯水、制氮、动力、溶剂回收及纤维下游产品制造工房的设计及所需设备调研；2011年底完成工房的建设，2012
年6月完成设备安装，8月完成设备单机调试和联合试车，开始进行试生产，解决了5000升聚合釜聚合过程中高粘度聚合物分子量控制、高粘度聚合物散热、输送、脱泡，纺丝凝固浴温度、浓度稳定性控制，纤维后处理牵伸比、温度稳定性控制等问题，试生产成功。
2013年初开始正式生产多种规格纤维，该生产线通过内蒙古自治区科技厅组织的成果鉴定。
四、F-12纤维及其织物的性能指标
1、F-12纤维性能指标
截止目前已能生产线密度为23tex、44tex、63tex、110tex、130tex 和150tex等规格纤维，性能指标见表1。
表1 F-12纤维规格及其技术指标
2、F-12纤维热性能
F-12纤维具有较好的耐热性和阻燃性，其热分解温度高达500℃以上，数据见表2。
表2F-12纤维热性能
3、F-12纤维紫外老化性能
F-12纤维具有较好的抗紫外线性能，F-12纤维与俄罗斯APMOC 纤维、美国杜邦的Kevlar纤维和日本的Vectran纤维相比，在紫外照射360小时后，F-12纤维的强度损失率最小，见表3和图1。
表3 F-12纤维与其它纤维抗紫外老化性能数据对比*
×8，辐照波段长度为290~340nm）
图1 F-12纤维与其它纤维紫外老化性能数据对比图以未经处理的F-12纤维与PBO长丝的强力为100%，考核经不同时间日晒处理的剩余强力与原丝强力的百分比变化。
实验表明：经过40小时的日晒后，F-12纤维长丝拉伸断裂强力值能够稳定在原值的80%左右，而PBO长丝则降至原值小于40%。
可见，在耐日晒这方面，芳纶纤维明显好于PBO长丝。
见表4。
表4 F-12纤维与PBO纤维耐日晒性能对比
4、F-12纤维吸湿率
与Armos纤维和Kevlar纤维相比，F-12纤维的吸湿率为最小，数据见表5。
表5 不同芳纶纤维吸湿率测试结果对比
5、F-12纤维耐高温性能
将F-12纤维放入250℃电烘箱内进行实验，测试不同时间段内纤维强度的变化，数据见表6。
可以看出250℃条件下保温时间250小时，F-12纤维强度和断裂伸长率下降约一半，但模量变化不大。
同样条件下，23texF-12纤维耐高温性能稍好于130tex纤维和俄罗斯APMOC纤维，见图2。
表6 F-12纤维高温性能变化数据
图2 不同芳纶纤维250℃下强度随时间变化图
6、F-12纤维低温性能
将F-12纤维在液氮（-196℃）中冷冻不同时间，测其强度、断裂伸长率、模量的值，发现经过194小时后，纤维性能变化不大，说明F-12纤维有较好的耐低性能，见表7和图3。
表7 F-12纤维低温性能变化数据
图3 不同芳纶纤维-196℃下强度随时间变化图
7、F-12纤维及复合材料的介电性能
F-12纤维及其复合材料具有良好的介电性能，数据见表8。
表8 F-12纤维及复合材料的介电性能
8、F-12纤维织物性能
在成功研制出多规格F-12纤维的基础上，进行了F-12纤维织物的研究，研制出平纹、五缎纹、破斜纹、无纬、混编等结构的F-12芳纶纤维机织物，可进行幅宽小于1600mm不同规格高性能纤维织物生产，织物性能数据见表9。
图4 F-12纤维织物及其编织图 表9 不同规格F-12纤维织物及其性能指标
图5 F-12纤维平纹和斜纹织物
9、F-12纤维制作的飞艇蒙皮材料
F-12纤维强度高、密度小，可用于制作高性能飞艇蒙皮材料的承力层。
目前可进行幅宽小于1500mm 各种规格蒙皮材料加工，蒙皮材料如图6，其性能见表10。
图6 以F-12纤维为承力层的蒙皮材料
表10 F-12纤维制作飞艇蒙皮基本性能
五、应用前景展望
F-12纤维及织物以其轻质、高强的特性可应用在以下领域：固体火箭发动机壳体、绝热材料及环形压力气瓶；大型飞机和直升机的二次结构材料如飞机舱门、机翼蜂窝板、方向舵、发动机机舱、体表天花板、舱壁、窗体、进气涵道、空气管道、贮藏箱柜、整流罩如中央发动机整流罩、翼身整流罩、挂架整流罩、机翼前缘、襟翼、升降舵后缘、安定面翼尖、客舱衬壁天花板、应急出口门及直升飞机尾旋翼、外蒙皮、螺旋桨等；飞艇蒙皮材料；压力容器；防护材料如防弹头盔、防弹衣、防爆毯、防护装甲及防刺服等；高强绳索；电缆增强芯；大口径高压软管等，具有广阔的应用前景。
11。
