高科技纖維是支撐國家高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵材料,是國防現(xiàn)代化的緊迫基礎(chǔ)材料,也是推動國民經(jīng)濟(jì)諸多相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步、創(chuàng)新發(fā)展和產(chǎn)業(yè)換代升級的基本要素,更是當(dāng)前和今后推進(jìn)節(jié)能環(huán)保、維護(hù)社會安全、構(gòu)筑低碳經(jīng)濟(jì)和確??沙掷m(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略材料之一。在當(dāng)前我國紡織和化纖工業(yè)由世界生產(chǎn)大國向技術(shù)強(qiáng)國轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期,重點(diǎn)發(fā)展高科技纖維,突破關(guān)鍵技術(shù)的瓶頸制約,擴(kuò)大產(chǎn)品品種,增強(qiáng)國際競爭力是當(dāng)務(wù)之急,也是今后國家重點(diǎn)支持的項(xiàng)目。正因?yàn)楦呖萍祭w維是軍民兩用的戰(zhàn)略材料,是提升國家綜合競爭力的關(guān)鍵材料,因此是發(fā)達(dá)國家長期以來對我國實(shí)行技術(shù)封鎖和涉軍產(chǎn)品“禁運(yùn)”的項(xiàng)目之一,也是專利技術(shù)覆蓋面最廣的產(chǎn)品,只能靠自主研發(fā)和國家的鼎力支持來不斷壯大自己的產(chǎn)業(yè),滿足國民經(jīng)濟(jì)日益擴(kuò)大的需求。
1 高科技纖維的分類
高科技纖維又稱特種纖維,按主要性能、功能和智能劃分,可分為耐強(qiáng)腐蝕性纖維、耐高溫及抗燃纖維、高強(qiáng)度高模量纖維、功能纖維和智能纖維,前4類統(tǒng)稱高性能纖維,而智能纖維是近年來才發(fā)展起來的。
高科技纖維細(xì)分有200多種,各類別的代表性品種如下:
• 耐強(qiáng)腐蝕性纖維:聚四氟乙烯為代表的含氟類纖維,包括三氟氯乙烯-乙烯共聚纖維、聚偏氟乙烯纖維等。
• 耐高溫纖維:聚間苯二甲酰間苯二胺纖維,聚苯硫醚纖維,聚酰亞胺纖維,聚噁二唑纖維及碳化硅等無機(jī)纖維。
• 抗燃纖維:酚醛纖維,聚丙烯腈預(yù)氧化纖維,蜜胺纖維等。
• 高強(qiáng)高模纖維:聚丙烯腈基碳纖維,瀝青基碳纖維,連續(xù)玄武巖纖維,聚對苯二甲酰對苯二胺纖維,超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維,芳雜環(huán)類纖維,碳納米管等。
• 功能纖維:中空纖維分離膜(微濾、超濾、納濾、反滲透、透析、血漿分離和氣體分離),活性碳纖維,離子交換纖維,光導(dǎo)纖維,導(dǎo)電纖維,水溶性纖維,納米纖維,微生物降解纖維等。
• 智能纖維:形狀記憶纖維,體痛感知等刺激應(yīng)答材料。
2 高科技纖維的主要應(yīng)用領(lǐng)域
2.1 航天工業(yè)
火箭發(fā)動機(jī)殼體,衛(wèi)星天線,電池隔膜,航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料,高壓容器,阻力降落傘,航天飛行器結(jié)構(gòu)材料,航天服,水處理系統(tǒng),光通信系統(tǒng),特種繩索,高效散熱材料,防噪音材料,宇宙站結(jié)構(gòu)材料,宇宙飛船等。
2.2 航空工業(yè)
新一代大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料,機(jī)身輕量蜂窩結(jié)構(gòu)材料,防彈艙門,座椅,輪胎簾子布,剎車盤,起落架,發(fā)動機(jī)殼體,空調(diào)濾材,飛艇材料,降落傘,消音材料,臨時應(yīng)急跑道,直升飛機(jī)部件,復(fù)合材料貨柜,貨網(wǎng)等。
2.3 國防軍工
導(dǎo)彈外殼,軍艦結(jié)構(gòu)與防彈材料,深海防聲納水雷和魚雷,各種軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料,起落架,剎車盤,蜂窩結(jié)構(gòu)材料,輪胎骨架材料,各種抗燃軍服,防彈背心,防彈頭盔,降落傘,攔網(wǎng),消音材料,雷達(dá)罩,炮筒,火箭發(fā)射筒,防彈軍車,油罐車,坦克和裝甲車防彈復(fù)合裝甲材料,防核輻射和生化武器材料,防毒面具,電磁波屏蔽材料,防中子材料,耐高溫電機(jī)絕緣材料,電磁波屏蔽材料,吸波和透波材料,潛艇結(jié)構(gòu)材料等。
2.4 能源
碳纖維抽油桿,大型風(fēng)力發(fā)電葉片,深海油田油氣管,平臺固定錨桿,壓縮天然氣和液化石油氣氣瓶及儲罐,大型太陽能板,制作太陽能硅片時所需多晶硅和單晶硅高溫爐保溫材料,核工業(yè)所需U238與U235的高速離心分離轉(zhuǎn)筒,海水提鈾絡(luò)合物所需球狀離子交換纖維,核電站處理含放射性冷卻水的濾材,探鈾礦用離子交換纖維,鋰離子電池負(fù)極材料,燃料電池?cái)U(kuò)散層,納米纖維電池隔膜,儲氫裝置及儲能碳納米管,磁懸浮儲能高速飛輪,納硫或鋰硫電池隔膜,碳纖維節(jié)能發(fā)熱體,LED燈散熱材料,高壓輸電纜補(bǔ)強(qiáng)芯材,煤礦輸送機(jī)刮板,耐磨導(dǎo)板等。
2.5 環(huán)保
中空纖維反滲透膜海水淡化和苦咸水處理,生活污水和工廠廢水處理,家庭用自來水凈化器,用碳纖維治理海水赤潮,湖水的藍(lán)藻和江河的菌類污染,水域漏油或其它化學(xué)品吸附凈化材料,室內(nèi)微量甲醛吸附材料,高效空調(diào)濾材,揮發(fā)性有機(jī)溶劑吸附材料,除濕劑,冬暖夏涼窗簾,高溫粉塵濾材,吸音和隔音材料,防輻射材料,光催化纖維,森林浴纖維等。
2.6 醫(yī)療與生命科學(xué)
中空纖維人工腎、人工肝、人工脾、人工肺、血漿分離器、腹水透析器、人造血管和人造皮膚,碳纖維復(fù)合材料人工骨、韌帶、腱、心臟隔膜、DNA快速檢測部件、X光和CT床板和醫(yī)院輕量輪椅,胃鏡,打針?biāo)幚頍嵩?,血液過濾凈化,磁療用披肩,腰圍,護(hù)膝,內(nèi)衣,襪子和帽子,碳纖維發(fā)熱體理療器材,防菌透氣手術(shù)罩布,高效防菌口罩,藥物的濃縮與提純,高吸液性擦拭布,輕質(zhì)氧氣瓶,吸收性縫合線,止血消菌敷料等。
2.7 建筑與建材
超高層建筑代鋼筋材料,外墻混凝土加固和高精度防水材料,各種建筑結(jié)構(gòu)物(包括橋墩、煙囪、隧道等)的耐震加固和修復(fù)材料,大跨度斜拉橋和懸索橋的代鋼索材料,簡易河橋,碳纖維或?qū)ξ环减0防w維增強(qiáng)次生木材,吊橋的纜繩,體育場空氣支撐頂蓬材料,看臺簡易頂蓬,人造草地,高速公路防震裂和防高溫瀝青軟化補(bǔ)強(qiáng)材料,輕質(zhì)復(fù)合材料各種型材等。
2.8 機(jī)械與電機(jī)
機(jī)器人手臂,搬運(yùn)液晶板叉具,織布機(jī)劍桿,高精度超長輥筒,齒輪,泵體,電機(jī)絕緣材料,離合器,制動材料,電梯廂,防切割手套,特種螺栓等。
2.11 高速列車
高速列車車頭,車廂的碳纖維結(jié)構(gòu)材料,車廂保溫材料,阻燃內(nèi)裝飾織物,傳感元件,光導(dǎo)纖維顯示系統(tǒng)等。
2.12 船舶
船體結(jié)構(gòu)材料,船舵,桅桿,船帆,系留繩,集裝箱等。
2.13 石化與化工
高壓容器,耐腐蝕管道,催化劑纖維載體,混合氣體分離,合成氨尾氣回收氫氣,合成氣比例調(diào)整,天然氣凈化,乙醇脫水,易燃易爆工作服,手套等。
2.14 體育休閑用品
高爾夫球桿,棒球棒,壘球棒,撐桿,網(wǎng)球拍,羽毛球拍,自行車,摩托車,頭盔,各類賽艇,皮艇,劃艇,舢板,帆板,槳,桅桿,船帆,賽車,滑雪板,雪撬,水球桿,沖浪板,滑板,弓,箭,擊劍,仿鯊魚皮泳裝及泳帽,登山服,登山繩,釣魚竿,滑輪,手提琴,滑翔傘及繩帶,三角翼滑翔機(jī)骨架,大型風(fēng)箏骨架及線繩,航模,旱冰鞋等。
2.15 輕工
飲料、啤酒、醬油等的提純?yōu)V材,特種紙,造紙廢液提取α-纖維素制新型碳纖維原料,固化酶濃縮與提純,眼鏡架,擦鏡布,冰箱除臭無紡布等。
3 我國高科技纖維發(fā)展簡況
我國高科技纖維發(fā)展不平衡,目前已產(chǎn)業(yè)化的有芳酰胺纖維、聚苯硫醚纖維、芳砜綸、超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維、聚四氟乙烯纖維、PAN預(yù)氧化纖維、PAN基碳纖維、連續(xù)玄武巖纖維、活性碳纖維、中空纖維分離膜、光導(dǎo)纖維、聚乳酸纖維、含硅粘膠纖維、通用級瀝青纖維、芳綸Ⅲ、聚噁二唑纖維、聚酰亞胺纖維、酚醛纖維、碳化硅纖維及其它功能纖維等。2013年總廠家數(shù)將超過百家。
到2015年,我國PAN基碳纖維將有40 家生產(chǎn)家,PAN原絲廠約4 家,瀝青基碳纖維廠約5 家,連續(xù)玄武巖纖維廠家至少12 家,對位芳酰胺纖維約12 家,間位芳酰胺纖維6 家,芳綸Ⅲ5 家,超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維至少25 家,聚苯硫醚纖維5 家,芳砜綸1~2 家,聚酰亞胺纖維2~3 家,酚醛纖維、蜜胺纖維、聚噁二唑纖維、聚苯雙噁唑纖維、聚芳酯纖維、新芳綸Ⅲ、碳化硅纖維、氧化鋁纖維等至少各1 家,中空纖維分離膜20~30 家,活性碳纖維6~7 家,石英與塑料光纖6~8 家,生物降解纖維約5 家,離子交換纖維2~3 家,碳納米管5~6 家,各種納米纖維3~5 家,其它功能纖維20余 家,總共約200多 家。
高科技纖維是我國方興未艾的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),其發(fā)展速度居全球之首。到2020年我國基本上可配齊所需的近所有品種,并具有國際競爭力,這將極大地推動我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,向高技術(shù)和高附價(jià)值的產(chǎn)業(yè)過渡,為全球的節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展作出歷史性的貢獻(xiàn)。