【www8455com】美德日发达国家纤维产业革命如何进行,纺织新材料

www8455com,中国制造2025——国家实施制造强国战略的第一个十年行动纲领,已经将新材料作为明确发展的十大重点领域之一。

目前发达国家在纺织技术研究方面主要着力于三方面:一是新材料的研究开发及应用,二是利用新技术对旧材料实现再开发、再应用,三是通过新构思再造旧材料的新价值。他们的研究模式包括:多/跨学科交叉研究是核心,多/跨领域技术交叉互用是主途径,多/跨领域联合研究开发是大趋势。

材料是制造之骨,没有关键材料的创新就没有中国制造的强大。新材料作为国民经济的先导性产业和高端制造及国防工业发展的关键支撑,是新经济的基石,也是各国国家战略竞争的关键。

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功能性纺织新材料整体技术进步显着

美国的智能纺织计划

具有阻燃、抑菌、抗静电等功能的纺织材料,如硅-氮系阻燃粘胶短纤维、聚丙烯腈预氧化纤维、阻燃涤纶、阻燃锦纶、导电涤锦复合纤维、导电间位芳纶纤维、铜碳纳米聚酰胺6生态抑菌纤维、聚乳酸生态抑菌纤维、超细旦多孔再生聚酯生态抑菌纤维、异形聚酰胺6生态抑菌纤维等,主要应用于特种军服和消防服、飞机和高铁内饰材料、高档纺织品、医用卫材等领域。

技术研究层面,美国在碳纤维、芳纶等高性能纤维及其复合材料,生物基纤维材料,地毯、非织造布等产业用纺织品领域的优势明显,他们特别重视信息技术和管理信息系统。

碳纤维生产打破国外封锁 助力国防军工

战略层面,国家组织、高校、大企业是产业重大核心技术供给和产业化主体。国家战略会推动技术融合,2016年4月,白宫成立第八个NNMI项目(国家制造创新网络计划):革命性纤维与纺织品创新制造中心,旨在NNMI项目框架指导下,展开将传统纺织品升级为全新的集成化和网络化的新一代纺织品。美国先进功能织物联盟AFFOA(AdvancedFunctional
Fabrics of
America)成为中标单位,由麻省理工学院牵头,与美国国防部合作,有52家公司及非营利组织,32所大学,5个州及地方政府部门,28个州代表参与其运营,其中有杜邦、康宁、英特尔等大公司和康奈尔等一流大学。纺织显然具有最为深刻的军方色彩,以及深厚的材料、电子、互联网背景。

碳纤维,直径仅有头发丝粗细的十分之一,重量不到钢的四分之一,而拉伸强度却是钢的7至9倍,被誉为“二十一世纪新材料之王”。作为战略性新材料,碳纤维生产关键技术以前一直由日美等发达国家掌握,并长期对我国实施技术、材料、装备的三封锁,我国国防军用碳纤维一直受制于人。

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光威复材成功突破了碳纤维生产的关键技术,一举打破国外封锁,填补国内空白。目前,公司生产的碳纤维已批量应用于我国歼击机、运输机、直升机、教练机、预警机等多种机型,成为我国国防军工用碳纤维的主力供应商,为国防装备提供坚强的材料保障。2005年4月,威海拓展纤维有限公司承担的国家“863”计划“CCF-1级PAN基碳纤维原丝中试”项目圆满验收。这次会议的间隙,着名金属学及材料科学家师昌绪非常激动,挥毫写下“发扬光威精神,创建中国碳纤维基地”赠送给光威复材创始人陈光威先生,并深情地对陈光威说:“老陈,你为民族争了光。”

德国的未来纺织项目

生物基化学纤维及原料核心技术取得新进展

德国纺织工业是工业4.0助推传统产业升级的典范,其当前三大目标为:提高资源利用率,推行循环经济;打造以客户为中心的柔性价值链,强调数字化制造过程、大规模定制、新的商业模式等;研发未来的新型纺织纤维材料,强化德国纺织纤维材料的优势地位。

技术:生物基纤维原料生物发酵和分离纯化核心关键技术,高脱乙酰度壳聚糖、褐藻酸盐和竹、麻浆粕的量产化、绿色化生产技术取得突破;壳聚糖纤维、溶剂法纤维素纤维、海藻酸盐纤维和生物基聚酰胺纤维等纺丝、后整理产业化关键原创性技术取得重大突破。

德国纺织产业技术创新体系很完备,与纺织相关的大学和研究机构10多个,研发人员超过2000人。高校和研究机构致力于跨学科、跨专业的前瞻性研究,新领域的开辟,如“蓝天”研究;以政府资助项目为主。以“四大学会”–亥姆霍兹联合会、马克斯·普朗克学会、弗朗霍夫应用研究促进协会、莱布尼茨科学联合会为代表的国家级研究机构有相关的分领域研究所,其研究重点是纤维新材料。三家全球著名的专业纺织科研机构(海恩斯坦研究院、邓肯多夫国家纺织纤维研究院、图林根纺织塑料研究院,专注于前瞻性应用研究,与企业合作密切,具备产业化能力。

规模:生物基化学纤维总产能达到35万吨/年,其中生物基再生纤维19.65万吨,生物基合成纤维15万吨,海洋生物基纤维0.35万吨。

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标准化:生物基化学纤维标准体系建设取得质的突破,截止2017年,共计发布实施标准21项,其中有13项行业标准和8项化纤协会团体标准。

日本的纺织技术研究方向

应用:生物基化学纤维应用领域进一步拓宽,得到广泛应用。例如在贴身内衣、衬衫、休闲运动、特种工装等服装领域;床品、窗帘等家纺领域;面膜、纸尿裤、妇女卫生巾、成人失禁用品等卫生材料领域;航空航天、军工、产业用等领域;医疗绷带、手术缝纫线等医用敷料领域。

日本的高技术纤维和高端纺织服装技术的领先优势明显,其高性能纤维现有的水平几乎为世界第一,拥有碳纤维、对位芳纶和超高分子量聚乙烯三大高性能纤维研发和生产核心技术;还有聚芳酯、PBO、超高强维尼纶等重要品种的研发技术,其装备制造、信息和自动化技术也为纺织产业提供了强大的支撑。

前沿纤维新材料

日本大企业是产业技术供给和产业化的主体,例如东丽、帝人等大企业在新合纤领域基本拥有除装备外的从纤维到纺织品较完整的技术创新链。东丽公司拥有从碳纤维到复合材料制品的生产和研发。企业设立有不同性质的研发中心和研究所,如东丽、帝人等企业在海外设立有研究所,从事应用基础研究。日本的大学会为企业专门提供技术服务,并联合进行项目研发、技术咨询服务。

我国前沿纤维新材料品种逐渐扩展,目前以相变储能粘胶智能纤维、光致变色再生纤维素纤维、蓄热聚丙烯腈功能保暖纤维和模拟人体器官用中空纤维等为代表的智能仿生纤维逐渐起步;静电纺纳米纤维、纳米改性聚苯硫醚纤维、生物纳米纤维和碳纳米管在理论研究和应用方面均有所突破,以石墨烯改性聚酯纤维、石墨烯再生纤维素纤维、石墨烯改性聚酰胺6纤维材料为代表的石墨烯材料在纤维应用领域不断扩展。

从这些发达国家纤维新材料的发展可归纳出七大关键词:

总体来看,目前我国已经成为高新技术纤维生产品种覆盖面最广的国家,高性能纤维产能、潜在消费量世界第一,部分高新技术纤维的生产及应用技术达到国际领先水平,部分满足国防军工、航空航天的需要,常规纤维的多功能化、高性能化和低成本处于领先国家序列。

一是产业链和产学研。即使碳纤维做得好,没有复合材料,没有零部件肯定不行,这是毫无疑问的。

大力发展新材料,推动新经济蓬勃发展

二是大企业、大公司。现在中国有点例外,虽然也有大企业涉足这方面,但总的来说大企业的积极性并不高。

新材料在世界范围内已经步入前所未有的历史发展新阶段。《中国制造
2025》重点领域技术创新绿皮书指出

三是国家战略、前瞻性的研究。

先进纺织材料

四是跨学科、跨领域。纤维新材料不仅是应用在传统的纺织、家纺领域,已跨到整个国民经济其他领域了。

高端产业用纺织品

五是大数据、智能制造。

2020 年实现可吸收缝合线、血液透析材料的自主产业化,
部分替代国外进口产品;满足热、生化、静电、辐射等功能防护
要求;高温过滤、水过滤产品性能满足各应用领域要求;土工材
料满足复杂地质环境施工要求。2025 年,满足多功能复合防护
要求,同时实现轻质、舒适和部分智能化,过滤产品寿命和稳定
性进一步提升,实现低成本应用和智能化监测预警等功能结合。

六是军方背景、军转民、民转军。

功能纺织新材料

七是新功能、新应用。

2020 年,阻燃极限氧指数>32,无熔滴,滴水扩散时间< 1s,能耗降低
20%。2025 年高端产品基本实现自给。

我国纤维新材料产业技术与核心竞争力建设

生物基化学纤维

我国纤维新材料发展现状

2020 年 PTT 纤维原料 1,3-丙二醇纯度大于 99.5%,成本控制在 1.5
万元/吨以下;聚乳酸耐热温度≥110°C,单体纯度≥ 99.9%,PLA 纤维断裂强度大于
3.5g/d,断裂伸长 30%-35%。2025 年 PLA 纤维生产成本接近 PET 生产成本。

在工业和信息化部和国家发展改革委2016年底联合发布的《化纤工业“十三五”发展指导意见》中,从三方面对我国“纤维材料”工业发展现状进行定位:一是纺织工业整体竞争力提升的重要支柱产业,2016年,我国化纤产量4943万吨,占世界化纤总量的70%,化纤占我国纺织纤维加工总量的84%,毫无疑问它是一个支柱性的产业。二是具有国际竞争优势的产业。三是战略性新兴产业的重要组成部分,化纤已经不再仅仅应用于传统的纺织服装,它实际上关系到国防、军工、交通、能源、医疗卫生等各个方面。

大力发展新材料,对提高我国高新技术水平,改造和提升传统产业,实现经济可持续发展,促进国防现代化和增强综合国力都有着重要的意义,做好新经济的每一块基石,助力新经济蓬勃发展,推动实体经济高质量发展。

衡量一个国家纤维材料发展水平通常着眼于以下几个方面:一是大宗的基础性的原材料,即功能性纺织新材料的发展水平;二是生物基化学纤维及原料核心技术的发展;三是高性能纤维产业化技术的突破;四是纤维材料的前沿技术研究等。

1.功能性纺织新材料整体技术进步显著

当前我国功能性纤维材料已达到国际先进水平,冠以全球领先也不为过,其最主要的特点是常规纤维的多功能化和高性能化。具有阻燃、抑菌、抗静电等功能,如硅-氮系阻燃粘胶短纤维、聚丙烯腈预氧化纤维、阻燃涤纶、阻燃锦纶,导电涤锦复合纤维、导电间位芳纶纤维,铜碳纳米聚酰胺6生态抑菌纤维、聚乳酸生态抑菌纤维、超细旦多孔再生聚酯生态抑菌纤维、异形聚酰胺6生态抑菌纤维等,主要应用于特种军服和消防服、飞机和高铁内饰材料、高档纺织品、医用卫材等领域。

2.生物基化学纤维及原料核心技术取得新进展

关键技术取得重大突破:生物基纤维原料的生物发酵和分离纯化核心关键技术、高脱乙酰度壳聚糖、褐藻酸盐和竹、麻浆粕的量产化、绿色化生产技术取得突破;壳聚糖纤维、新溶剂法纤维素纤维、海藻酸盐纤维和生物基聚酰胺纤维等纺丝、后整理产业化关键原创性技术取得重大突破。

初步形成产业规模:生物基化学纤维总产能达到35万吨/年,其中生物基再生纤维19.65万吨,生物基合成纤维15万吨,海洋生物基纤维0.35万吨。

标准体系初步建立:生物基化学纤维标准体系建设取得质的突破,截止2017年,共计发布实施标准21项,其中有13项行业标准和8项化纤协会团体标准。

应用领域进一步拓宽:从服装、家纺、卫生材料等领域逐渐拓展至航空航天、军工、交通运输、产业用、医用敷料等领域。

3.关键战略纤维新材料

目前,包括碳纤维在内,我国高性能纤维所有品种稳步发展,品种齐全,产能规模已居世界前列。碳纤维、间位芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维和连续玄武岩纤维发展基础强化;间位芳纶、连续玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维产业发展进程加快;聚芳醚酮纤维、碳化硅纤维研发力度加大。碳纤维、聚酰亚胺纤维、高性能聚乙烯纤维、高模量芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维等生产工艺技术进步明显;碳纤维、芳纶、玄武岩纤维等高水平研发体系初步形成。

国产高性能纤维已开始逐步满足国防军工需求,在民用航空、交通能源、工程机械装备、建筑结构和海洋工程等领域也得到广泛应用。总体上来看,我们在生物基纤维、高性能纤维领域某些方面跟国外有差距,但是整体基本达到先进水平。

4.前沿纤维新材料

我国前沿纤维新材料品种逐渐扩展,目前以相变储能粘胶智能纤维、光致变色再生纤维素纤维、蓄热聚丙烯腈功能保暖纤维和模拟人体器官用中空纤维等为代表的智能仿生纤维逐渐起步;静电纺纳米纤维、纳米改性聚苯硫醚纤维、生物纳米纤维和碳纳米管在理论研究和应用方面均有所突破,以石墨烯改性聚酯纤维、石墨烯再生纤维素纤维、石墨烯改性聚酰胺6纤维材料为代表的石墨烯材料在纤维应用领域不断扩展。

总体来说,我国已成为高新技术纤维生产品种覆盖面最广的国家;高性能纤维产能、潜在消费量世界第一;部分高新技术纤维的生产及应用技术达到国际领先水平;部分满足国防军工、航空航天的需要(“十二五”期间的描述是可以满足国防军工、航空航天的急需);常规纤维的多功能化、高性能化和低成本处于领先国家序列。这是成绩,当然也有问题,可归纳为几点:缺乏或者没有高水平的研发机构;市场应用和开拓跟不上;有技术壁垒,如大飞机、航空航天用的纤维新材料,在国外有联盟或类似于官方的机构,对每个部件都要进行认证,我国近些年才发展大飞机及碳纤维等新材料,要通过其认证是非常困难的,这也是我们发展当中遇到的问题。

我国纤维新材料产业的创新发展

目前我国纤维新材料产业的创新发展主要体现在三方面:功能性纤维材料开发与品质提升、生物基化学纤维的产业化、高性能纤维的产业化和产品系列化的发展。未来,我国纤维新材料产业仍需通过“3+1”重大技术(新溶剂法纤维素纤维、生物基合成纤维、高性能纤维高端生产与应用和锦纶熔体直纺技术)突破、智能制造、绿色制造、品牌与质量提升等路径继续着力。

1.功能性纤维材料开发与品质提升

大容量聚合纺丝设备开发

开发高效节能的大容量聚酯聚合和熔体直纺的设备和工艺技术,突破锦纶环吹风技术,提升大容量锦纶装备水平,进一步降低常规纤维的生产成本。利用模块化技术实现差别化、功能性纤维的规模化生产。

新型纤维品种开发

开发新一代共聚、共混、多元、多组分在线添加等技术,实现深染、超细旦、抗起球、抗静电等差别化纤维的规模化生产。开发新型中空纤维膜以及阻燃、抗熔滴、抗紫外、抗化学品、抗菌等功能性纤维的制备和应用技术,进一步提高化纤产品在工业及家纺领域的应用比例。

柔性制造技术

建设化纤高效柔性制造技术创新平台,提高工程技术及产品的开发能力,提升关键核心技术的自主创新水平,系统解决产业发展技术瓶颈。

2.生物基化学纤维产业化

生物基化学纤维要实现产业化生产,需突破生物基化学纤维关键装备的制造;攻克生物基化学纤维及原料产业化技术瓶颈,实现生物基化学纤维规模化生产;着力拓展在服装、家纺和产业用纺织品等方面的应用。

生物基再生纤维需突破溶剂法纤维素纤维关键装备制造的技术瓶颈及高效低能耗溶剂回收等自主创新技术,实现规模化生产;拓宽原料来源,建成示范生产线。

生物基合成纤维需突破生物基合成纤维原料的产业化制备技术,重点发展非粮食资源的生物基纤维原料生产,提升聚乳酸、聚对苯二甲酸丙二醇酯及生物基聚酰胺的聚合、纺丝和染整产业化技术水平。

海洋生物基纤维要开发国产虾壳、海藻等海洋生物基纤维原料,建立海藻纤维的原料基地;进一步提高单线产能,降低生产成本,拓展应用领域。

3.高性能纤维产业化和系列化

高性能纤维产业化和系列化生产还需进一步提升与突破高性能纤维重点品种关键生产和应用技术,进一步提高纤维的性能指标的稳定性,拓展其在航空航天装备、海洋工程、先进轨道交通、新能源汽车和电力等领域的应用。

这就要求高性能纤维实现稳定化、低成本化生产,重点是扩大单线产能、优化控制过程,实现T300级和T700级碳纤维、芳纶1313、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维、连续玄武岩纤维等高性能纤维的批量化和低成本生产,强化产品质量标准的制定和执行,全面提高产品质量的稳定性,进一步增强产品的市场竞争力。

高性能纤维要实现系列化生产,不能一两个规格品种包打天下,要产学研、产业链合作,要提升碳纤维、芳纶、聚酰亚胺纤维和聚四氟乙烯纤维等高性能纤维品种的系列化,以满足下游用户的需求;突破高强高模型碳纤维、连续碳化硅纤维、硅硼氮纤维、聚芳醚酮纤维等新型高性能纤维制备及产业化的关键技术。

同时要加强高性能纤维创新体系建设。学习国外、欧美国家,加强高性能纤维及复合材料研发和应用公共服务平台建设,为行业提供技术支撑和培育高质量技术人才。

此外,要持续重点关注智能制造和大数据,提高信息化应用技术。从今年中国纺织工业联合会组织的春季调研当中,我们发现,智能制造在我们行业中发展迅速,而且十分落地,在产业链不同环节中表现出不同的特点。比如在棉纺它的主攻方向是夜班无人值守;在印染是自动分色、配色,实现连续化生产;在服装中智能制造更多体现的是个性化的定制;在化纤则是在自动落筒、自动包装到立体仓库,可节省人员超过50%,生产线投资回报期不超过5年,而且还有意外的收获,有了这个智能仓库之后,做小批量的产品和销售更加方便了,时刻都可以把以前生产的产品从仓库里调出来;人和产品少了接触以后,总体上产品的质量稳定了很多;我们用人脸识别技术来检测纤维的外观,不断地让机器学习,准确率从一开始的95%达到了99%,企业现在设想的是通过生产环节各个点的工艺数据的收集,以后在化纤行业实现大规模的定制。这就需要提高对数据的“加工能力”,通过“加工”实现数据的“增值”,这就涉及大数据,它是无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合,是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。通过行业的不断创新,大数据会逐步创造更多的价值。

总之,以数字化纤维全流程生产技术、产业链智能生产追溯系统、化纤生产智能物流系统、智能示范工厂和智能车间突破性项目为代表的化纤智能制造,是化纤新材料行业创新凝结的硕果。大数据和智能制造可能会给行业带来颠覆性的变化,这意味着有人要出局,有人可能在这里异军突起,也可能带来人跟机器之间的竞争问题。不管怎么样,科技是我们的未来,科技的发展是不可逆转的,我们只有很好地应用科技,追求科技,我们的化纤新材料行业才能迎来更加美好的明天。

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