全球5类高性能纤维材料发展趋势及我国纤维产业预判与布局

高性能纤维产业发展的背景需求及战略意义

高性能纤维是指对外界的物理和化学作用具有特殊耐受能力的一类特种纤维，是近年来化学纤维工业的主要发展方向之一，按照化学组成可分为有机高性能纤维和无机高性能纤维。高性能纤维不但是发展航空航天和国防工业迫切需要的重要战略物资，而且在推进各类战略性新兴产业和低碳经济、节能减排中起着不可替代的作用，是体现一个国家综合实力和技术创新的标志之一。日本、美国和欧洲发达国家高度重视并长期垄断着全球高性能纤维的研发、 生产和市场。2006年以来，在国家政策和财政的重点支持下，我国高性能纤维产业发展迅速， 建立了较为完整的国产高性能纤维制备技术研发、工程实践和产业体系，大幅缩短了与发达国家的差距，有效缓解了国民经济和国防建设对高性能纤维的迫切需求。以下对常见高性能纤维进行介绍。

1. 碳纤维

碳纤维是一种含碳量在90%以上的纤维材料，具有质量轻、强度高、耐腐蚀、模量高、密度低、无蠕变、导电导热性能良好、非氧化环境下耐超高温、抗疲劳性好等特性，是发展航空航天、新能源、高端装备制造等高科技产业的重要基础材料，是制造火箭、导弹、战斗机、海军舰艇及多种尖端军事武器的必备关键材料，在国防军工领域有着不可替代的战略地位。相关资料显示，目前碳纤维复合材料在军用飞机中的用量占比为30%～40%，大型客机用量占比为15%～50%。如美国F-22和F-35战斗机的碳纤维复合材料用量分别达到24%和36%，B-2隐身战略轰炸机的用量占比超过50%，美国“全球鹰”无人侦察机的用量达65%，“雷神”无人机用量甚至超过90%。同时在民用航空领域，B-787、A-380等大型客机的复合材料用量均已超过50%。我国军机、国产大飞机、卫星、航天飞船等也开始使用碳纤维复合材料，但应用比例和水平远低于国外，其中三代战斗机碳纤维和材料用量占比不足5%，四代战斗机用量虽有所增高，但仍未达到20%，国产大飞机的碳纤维复合材料用量不足15%，且均为进口。2020年全球碳纤维需求量为10.6kt，中国大陆地区碳纤维正在运行的产能约为3.6kt，实际产量约为1.8kt，居世界第二位。

2. 对位芳纶

对位芳纶具有轻质、高强、高韧、耐高温、透波、抗冲击和耐磨等优异的性能，在光缆增强、防弹装甲、石棉替代、个体防护等领域有着广泛的应用。全球对位芳纶市场属于典型的寡头垄断局面，北美和欧洲属于成熟市场，中国是新兴市场，作为潜在的芳纶用量大国，近年来我国对位芳纶的市场需求量增长率保持10%左右，远超全球平均水平。随着电子通信、国防军工、轻量化材料、5G产业等对芳纶个性化需求的不断增多，带动了对位芳纶行业的高速发展，待开拓市场空间巨大。2020年全球对位芳纶产能为83.7kt，至2022年预计总产能94.6kt，主要集中在杜邦、帝人和可隆三家企业，占全球对位芳纶产能的90% 左右，而国产企业占比较低。

3. 间位芳纶

间位芳纶具有优异的耐热性（分解温度大于400℃，长期使用温度大于 200℃）、耐焰性（极限氧指数大于29%）、出色的耐高温酸碱性、电绝缘性和良好的加工性能，广泛应用于高温防护服、高温滤料、电器工业和复合材料领域。2017年间位芳纶全球用量35kt，2018年增至43.2kt，其中50%产自杜邦公司，预计2025年将达到66kt，主要用于绝缘纸和安全防护领域，对纤维性能要求高，技术门槛高。2020年，全球间位芳纶市场规模达到63亿元，预计2026年将达到103亿元，年复合增长率为7.3%。目前国内间位芳纶供应质量已接近国外产品，市场容量逐步递增，并且具有较强的价格优势，由此迫使美国杜邦和日本帝人已基本退出国内间位芳纶市场。但我国间位芳纶产品的60%以上用在相对低端的高温过滤材料领域，技术门槛相对较低，其次才是用于安全防护和绝缘纸领域。与国际市场相比，我国制造的间位芳纶特别是绝缘纸性能仍有很大的提升空间。

4. 芳纶III

芳纶Ⅲ具有比对位芳纶更高的强度、模量，更好的抗冲击性、阻燃性和抗热氧老化性，同时具有更低的介电常数、介电损耗和更好的复合性能等，在缠绕、抗冲击和结构透波复合材料方面及光纤/缆增强方面具有重要的高端应用，已批量用于洲际导弹发动机壳体、直升机蒙皮、单兵头盔、军警防弹衣等领域。目前俄罗斯的芳纶Ⅲ仍处于世界领先水平，是唯一可批量生产芳纶Ⅲ的国家。与国外相比，我国芳纶Ⅲ系列产品种类较为单一，主要为高强型和高模型，缺少根据不同用途适当调整性能的差别化品种。

5. 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维

UHMWPE纤维具有优异的力学性能、耐化学腐蚀性、耐候性、高能量吸收性、低导电性及防水性等特性，是密度最低的高性能纤维，广泛应用于军事防弹、航空航天、海洋工程、安全防护、交通运输、体育器材、生物医疗和家纺用品等领域。迄今40多年的发展过程中，UHMWPE纤维的生产技术不断改进，纤维性能、产量均有长足进步，带动了从UHMWPE原料到纤维制品的全产业链的全面高速发展。特别是在防弹制品领域，鉴于UHMWPE纤维的密度仅为对位芳纶的2/3，在轻质防弹制品方面表现出明显优势，且其防弹效果优于芳纶，现已成为美国防弹市场的主要纤维。目前UHMWPE纤维总量的45%用于生产防弹制品，世界范围内不断发生局部战争以及恐怖事件，对UHMWPE纤维的需求将进一步扩大。随着在工业及民用领域应用的进一步拓展，国内外各公司不断开发UHMWPE纤维新品牌，纤维产能也逐步增大。2011年全球UHMWPE纤维的总产能约30kt，2019年纤维产能达到64.6kt， 而需求量则达86kt，2020年纤维产能突增到80kt 左右，其中国内UHMWPE纤维企业的快速发展对全球产能的突增做出了较大贡献。