高性能纖維產業發展的背景需求及戰略意義

高性能纖維是指對外界的物理和化學作用具有特殊耐受能力的一類特種纖維，是近年來化學纖維工業的主要發展方向之一，按照化學組成可分為有機高性能纖維和無機高性能纖維。高性能纖維不但是發展航空航天和國防工業迫切需要的重要戰略物資，而且在推進各類戰略性新興產業和低碳經濟、節能減排中起著不可替代的作用，是體現一個國家綜合實力和技術創新的標志之一。日本、美國和歐洲發達國家高度重視并長期壟斷著全球高性能纖維的研發、 生產和市場。2006年以來，在國家政策和財政的重點支持下，我國高性能纖維產業發展迅速， 建立了較為完整的國產高性能纖維制備技術研發、工程實踐和產業體系，大幅縮短了與發達國家的差距，有效緩解了國民經濟和國防建設對高性能纖維的迫切需求。以下對常見高性能纖維進行介紹。

1. 碳纖維

碳纖維是一種含碳量在90%以上的纖維材料，具有質量輕、強度高、耐腐蝕、模量高、密度低、無蠕變、導電導熱性能良好、非氧化環境下耐超高溫、抗疲勞性好等特性，是發展航空航天、新能源、高端裝備制造等高科技產業的重要基礎材料，是制造火箭、導彈、戰斗機、海軍艦艇及多種尖端軍事武器的必備關鍵材料，在國防軍工領域有著不可替代的戰略地位。相關資料顯示，目前碳纖維復合材料在軍用飛機中的用量占比為30%～40%，大型客機用量占比為15%～50%。如美國F-22和F-35戰斗機的碳纖維復合材料用量分別達到24%和36%，B-2隱身戰略轟炸機的用量占比超過50%，美國“全球鷹”無人偵察機的用量達65%，“雷神”無人機用量甚至超過90%。同時在民用航空領域，B-787、A-380等大型客機的復合材料用量均已超過50%。我國軍機、國產大飛機、衛星、航天飛船等也開始使用碳纖維復合材料，但應用比例和水平遠低于國外，其中三代戰斗機碳纖維和材料用量占比不足5%，四代戰斗機用量雖有所增高，但仍未達到20%，國產大飛機的碳纖維復合材料用量不足15%，且均為進口。2020年全球碳纖維需求量為10.6kt，中國大陸地區碳纖維正在運行的產能約為3.6kt，實際產量約為1.8kt，居世界第二位。

2. 對位芳綸

對位芳綸具有輕質、高強、高韌、耐高溫、透波、抗沖擊和耐磨等優異的性能，在光纜增強、防彈裝甲、石棉替代、個體防護等領域有著廣泛的應用。全球對位芳綸市場屬于典型的寡頭壟斷局面，北美和歐洲屬于成熟市場，中國是新興市場，作為潛在的芳綸用量大國，近年來我國對位芳綸的市場需求量增長率保持10%左右，遠超全球平均水平。隨著電子通信、國防軍工、輕量化材料、5G產業等對芳綸個性化需求的不斷增多，帶動了對位芳綸行業的高速發展，待開拓市場空間巨大。2020年全球對位芳綸產能為83.7kt，至2022年預計總產能94.6kt，主要集中在杜邦、帝人和可隆三家企業，占全球對位芳綸產能的90% 左右，而國產企業占比較低。

3. 間位芳綸

間位芳綸具有優異的耐熱性（分解溫度大于400℃，長期使用溫度大于 200℃）、耐焰性（極限氧指數大于29%）、出色的耐高溫酸堿性、電絕緣性和良好的加工性能，廣泛應用于高溫防護服、高溫濾料、電器工業和復合材料領域。2017年間位芳綸全球用量35kt，2018年增至43.2kt，其中50%產自杜邦公司，預計2025年將達到66kt，主要用于絕緣紙和安全防護領域，對纖維性能要求高，技術門檻高。2020年，全球間位芳綸市場規模達到63億元，預計2026年將達到103億元，年復合增長率為7.3%。目前國內間位芳綸供應質量已接近國外產品，市場容量逐步遞增，并且具有較強的價格優勢，由此迫使美國杜邦和日本帝人已基本退出國內間位芳綸市場。但我國間位芳綸產品的60%以上用在相對低端的高溫過濾材料領域，技術門檻相對較低，其次才是用于安全防護和絕緣紙領域。與國際市場相比，我國制造的間位芳綸特別是絕緣紙性能仍有很大的提升空間。

4. 芳綸III

芳綸Ⅲ具有比對位芳綸更高的強度、模量，更好的抗沖擊性、阻燃性和抗熱氧老化性，同時具有更低的介電常數、介電損耗和更好的復合性能等，在纏繞、抗沖擊和結構透波復合材料方面及光纖/纜增強方面具有重要的高端應用，已批量用于洲際導彈發動機殼體、直升機蒙皮、單兵頭盔、軍警防彈衣等領域。目前俄羅斯的芳綸Ⅲ仍處于世界領先水平，是唯一可批量生產芳綸Ⅲ的國家。與國外相比，我國芳綸Ⅲ系列產品種類較為單一，主要為高強型和高模型，缺少根據不同用途適當調整性能的差別化品種。

5. 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維

UHMWPE纖維具有優異的力學性能、耐化學腐蝕性、耐候性、高能量吸收性、低導電性及防水性等特性，是密度最低的高性能纖維，廣泛應用于軍事防彈、航空航天、海洋工程、安全防護、交通運輸、體育器材、生物醫療和家紡用品等領域。迄今40多年的發展過程中，UHMWPE纖維的生產技術不斷改進，纖維性能、產量均有長足進步，帶動了從UHMWPE原料到纖維制品的全產業鏈的全面高速發展。特別是在防彈制品領域，鑒于UHMWPE纖維的密度僅為對位芳綸的2/3，在輕質防彈制品方面表現出明顯優勢，且其防彈效果優于芳綸，現已成為美國防彈市場的主要纖維。目前UHMWPE纖維總量的45%用于生產防彈制品，世界范圍內不斷發生局部戰爭以及恐怖事件，對UHMWPE纖維的需求將進一步擴大。隨著在工業及民用領域應用的進一步拓展，國內外各公司不斷開發UHMWPE纖維新品牌，纖維產能也逐步增大。2011年全球UHMWPE纖維的總產能約30kt，2019年纖維產能達到64.6kt， 而需求量則達86kt，2020年纖維產能突增到80kt 左右，其中國內UHMWPE纖維企業的快速發展對全球產能的突增做出了較大貢獻。