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種材料,被稱為第三代合成纖維;其在海洋開發、情報信息和軍事裝備等國防軍事和工業領域起著不可替代的作用,是體現一個國家綜合實力與技術創新的標志之一。
1、高性能纖維:強國強軍的戰略材料
1.1、高性能纖維的定義:具備特殊耐受力的一類材料
高性能纖維,是指對外部的力、熱、光、電等物理作用和酸、堿、氧化劑等化學作用具有特殊耐受能力的一種材料。包括高強度、高模量、耐高溫、阻燃、抗電子束輻射、抗射線輻射、耐酸、耐堿、耐腐蝕等的纖維。
被稱為第三代合成纖維。這類纖維由于具有比普通纖維更高的機械強度和彈性模量,更好的熱穩定性、耐酸堿性及耐候性。是20世紀60年代初發展以來,高分子纖維材料領域發展迅速的一類特種纖維。它被稱為繼第一代錦綸、滌綸和腈綸及第二代改性纖維(包括差別化纖維)之后的第三代合成纖維。
1.2、高性能纖維類別繁多
高性能纖維按化學組成可分為有機和無機高性能纖維兩大類。
有機高性能纖維是由有機聚合物制成的高性能纖維或利用天然聚合物經化學處理而制成的高性能纖維,按其大分子剛柔性可分為剛性鏈聚合物纖維和柔性鏈聚合物纖維。其中,剛性鏈聚合物纖維由芳香族大分子構成,大分子柔軟度較差,包括芳綸、聚四氟乙烯等;而柔性鏈聚合物纖維大分子不包含芳香環,柔性度較好,包括超高分子量聚乙烯纖維、超高分子量聚乙烯醇纖維、超高分子量聚丙烯腈纖維等。無機高性能纖維一般以礦物質或金屬為原料制成。它同樣具有不同的分子構象或結構,如無定形纖維、多晶纖維和單晶纖維等。主要品種有碳纖維、玻璃纖維、石英玻璃纖維、硼纖維、陶瓷纖維、金屬纖維等,此外尚有石棉纖維、礦渣棉、高硅氧纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維等其他無機纖維。
1.3、應用集中于工業,其中高強度高模量纖維發展最快
高性能纖維在國防軍事和工業領域應用十分廣泛。尤其是在有特殊要求的工業和技術領域,比如宇宙開發、海洋開發、情報信息、能源交通、土木建筑、軍事裝備、化工和機械等諸多方面,高性能纖維起著不可缺少的作用。
有機高性能纖維中的高模量高強度纖維每年以兩位數速率增長。有機高性能纖維可分為4大類近40種,分別為高強高模纖維、耐熱纖維、抗燃纖維及耐腐蝕纖維。目前,已經商品化的高性能有機纖維當屬高強高模纖維增長最快,主要品種的需求量均以2位數增長,耐熱纖維次之,主要品種以5%-10%的年增長率發展,抗燃纖維和耐強腐蝕性纖維相對增長緩慢,但又不可缺。
體現國家綜合實力與技術創新的標志之一。高性能纖維在國內外已作為技術創新、占領技術優勢的重要戰略物質,在國防、軍工、航空、航天、能源、交通等領域具有廣泛的應用。高性能纖維生產技術與裝備水平是體現國家綜合實力與技術創新的標志之一。
1.4、三種主要高性能纖維:各顯其能,各居其功
碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維被稱為當今世界的三大高性能纖維。在品種繁多的各種高性能纖維中,碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維備受世界關注,是各國的重點發展對象。它們的共同點是不僅都具有高強度高模量的力學性能,更是具備耐腐蝕和阻燃耐熱等特殊性能,在國防軍事、航天航空和工業能源等領域起著至關重要的作用。這三大高性能纖維由于某些性能上的差異,被應用在各個不同領域,發揮著各自無可取代的特長。
1.5、高性能纖維產業發展要求迫切
我國傳統化纖產能過剩,但對位紡綸、碳纖維和超高分子量聚乙烯等高性能纖維卻仍需大量進口。其中對位紡綸進口依存度超過95%,碳纖維進口依存度約70%。超高分子量聚乙烯進口依存度也接近40%。未來我國高性能纖維市場存在巨大替代進口的空間。
強國強軍的戰略物資。在軍事裝備現代化、民用產品高性能化、生產過程標準化、技術進步高速化發展的今天,高性能纖維,以及高性能纖維增強的復合材料已在各領域發揮重要作用。正如美國國家材料顧問委員會的科學家在1992指出的那樣:“如果美國要保持在高技術產品上的領先,支持高技術纖維的開發是十分關鍵的。失去在高技術纖維領域的領先地位將使我們失去飛機制造業在國際上的領先優勢,進一步還會削弱我們的汽車工業在國際上的競爭力”。
巨大的產業化空間。高性能纖維具有已有的和潛在的市場,除在軍事領域外,它還在航空航天、船舶、海洋工程、電子信息、橋梁建筑、交通運輸、體育娛樂、建筑等方面有廣闊的應用前景。其產業化上可帶動原材料,下可帶動復合材料及其產品的產業鏈的發展,可產生巨大的經濟效益。
纖維強度不足理論十分之一,科學理論上還有進一步發展的需要。纖維在成型過程中大分子鏈沿軸向取向排列形成規整度很高的軸向有序結構,如果纖維中所有的大分子沿軸向整齊排列,其的理論拉伸強度可達200cN/dtex以上。目前即使是高強高模纖維,其強度僅為理論強度的十分之一,在材料中也是比強度最高的。同時也說明我們對傳統的纖維成型理論及其工藝通過創新性研究還會進一步提高纖維強度和模量。
2、碳纖維
2.1、碳纖維性能卓越,是軍民兩用的新材料
碳纖維是含碳量在95%以上的新型高性能纖維。其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。它是由有機纖維經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。
碳纖維的比模量是鋼鐵的100以上,在同時要求重量和強度的工程上應用前景璀璨。碳纖維不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼具紡織纖維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。它的比重不到鋼的1/4,模量卻是鋼的5-6倍,材料的比強度愈高,則構件自重愈小,比模量愈高,則構件的剛度愈大,從這個意義上已預示了碳纖維在工程的廣闊應用前景。而且碳纖維在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹,且具有耐疲勞、抗蠕變、導電、傳熱等特性,碳纖維增強的復合材料更是具備出類拔萃的綜合性能。不少人預料,人類在材料應用上正從鋼鐵時代進入到一個復合材料廣泛應用的時代。
碳纖維目前的主要消費市場在于航空航天、風力發電、運動器材等領域。碳纖維可用來替代銅、鋼鐵等金屬,同時用于國防軍事、機械和建材交通等領域,是軍民兩用的關鍵新材料,在國民經濟中有著重要的戰略地位。
2.2、碳纖維全球需求持續增長
全球碳纖維的需求量每年以13%的速度增長。隨著航空航天等領域對碳纖維需求的持續增長,全球碳纖維市場正以每年平均兩位數的速度快速增長。據美國Lucintel公司研究稱,未來幾年全球碳纖維市場將以每年13%的速度繼續增長,預計到2015年全球碳纖維市場將達到23億美元。
航空航天和風電新能源等領域是全球碳纖維的主要增長市場。在航空航天領域,越來越多的商務飛機和軍用飛機的主要或次要結構件模型將應用碳纖維復合材料生產。此外,隨著全球風電市場的逐步壯大,風電葉片也已經成為碳纖維主要的應用領域之一。據《ChemicalWeek》稱,一套機組僅葉片就重18噸,如果用碳纖維,能減輕6噸,還增加了強度和韌性,也增加了發電功率,如此優秀的品質使碳纖維在風電葉片上的應用越來越多,到2014年,每年將有超過5萬噸的碳纖維流入葉片市場領域。
日本三菱麗陽公司調查了2006年到2015年碳纖維在三大領域各自的需求情況及預測,認為自2012年起其需求將以年增長近20%的速度強勁增長。
2.3、碳纖維全球產能分布集中,供給較平衡
碳纖維分為三種,聚丙烯腈(PAN)基碳纖維是其主要品種,占其總產量的90%以上。碳纖維按照原絲成分,主要分為聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維三大類。其中,聚丙烯腈(PAN)基碳纖維因生產工藝相對比較簡單、技術相對成熟、產品的綜合力學性能好且成本相對較低已經成為碳纖維工業生產的主流產品,約占全球碳纖維總產量的90%,也是當今世界碳纖維發展的主流。
聚丙烯腈(PAN)基碳纖維產能非常集中,日本和美國合計產能占全球80%以上。PAN基碳纖維方面,日本廠商產能依舊雄踞第一位,日本前三大PAN基碳纖維廠商東麗、東邦及三菱的總產能達到40400噸,美國前三大PAN基碳纖維廠商卓爾泰克(Zoltec)、Hexcel及氰特(Cytec)集團的總產能達到20750,分別占全球總產能的53.87%與27.67%,產能分布非常集中。
瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維產量較小,用于其他更特殊要求的領域。瀝青基碳纖維屬于高模量碳纖維,是碳纖維第二大品種,總產量約占7%。粘膠基碳纖維受性價比等因素制約,占碳纖維總產量不足1%,但由于有更好的耐燒蝕性能,主要用于隔熱材料,如火箭發動機噴管等。
2.4、碳纖維的國內消費市場潛力巨大
國內的碳纖維市場近年消費增速加快,未來將出現快速擴張態勢,年均增速將達18.41%。據統計,1996-2002年國內碳纖維消費量年均增長超過20%,而近幾年來碳纖維消費需求量增速一直保持在18%左右。2009年我國碳纖維的年需求量超過7200噸,2010年突破8500噸。未來幾年碳纖維市場將出現快速擴張態勢,年均增速將達18.41%。預計到2015年,國內碳纖維總需求量將達到13500噸/年。
國內碳纖維的文體市場趨于飽和。目前我國文體休閑制品的碳纖維消費市場已經趨于飽和,許多產品以進入國際市場為主,未來發展速度將有所減緩,預計2010-2015年期間年均增長速度約4.6%。
國內碳纖維的工業及能源市場發展潛力極大。我國碳纖維工業應用的重要潛在市場以混凝土結構物的補強、飛機制造、民用汽車和風力發電為主,未來市場的發展前景較好,預計年均增長率達到53.4%。
2.5、國內實際產量嚴重不足,高端碳纖維依賴進口
國產碳纖維以低端產品為主。我國碳纖維原絲產能約12080噸,碳纖維產能7081噸,產品以小絲束等低檔產品為主,T300級碳纖維初步實現了國產化。
國內碳纖維產能雖基本滿足自給,但實際產量遠小于產能,不足2000噸。僅從產能方面考察,國內碳纖維生產基本可滿足需求。但由于國內碳纖維產品多數為低端產品,難以滿足下游的性能需求。且國內多數廠商生產不穩定,實際產量遠小于產能。2010年國內碳纖維實際產量不足2000噸,自給率不足30%,因此國內碳纖維需求缺口仍然很大。
國內新增碳纖維產能將出現爆發式增長。經歷過2008年金融危機,2009-2010年我國碳纖維消費量開始攀升,預計在2012年前后進入增長期。目前我國有許多碳纖維項目開始啟動,預計到2015年我國將新增碳纖維原絲產能44000噸,原絲碳化產能21400噸。
盡快加快國內碳纖維尤其是高端碳纖維的自主研發和產業化進程,具備重大戰略意義。受供求關系和發達國家對我國實行碳纖維技術及產品雙重封鎖的影響,我國碳纖維市場一直處于受制于人的狀態,甚至某些碳纖維復合材料高端用戶面臨沒有原料可以進行加工的尷尬境地。此外,由于大型航空飛機制造和清潔能源等產業的拉動,世界范圍的碳纖維需求量將持續增加,國際碳纖維供需關系短期之內不會大幅回落。因此,作為重大戰略材料,我國需建設立足國內的碳纖維自主保障能力,以確保高端用戶的需要。
2.6、制約我國碳纖維產業的瓶頸:原絲工藝和碳化設備
制約我國碳纖維發展的主要因素有兩個方面,其一是碳纖維原絲質量問題。國產原絲在純度、強度以及均質化方面與國外相比存在較大差距,大大制約了國產碳纖維的產品質量。碳纖維生產工藝流程長,技術關鍵點多,生產壁壘高,是多學科、多技術的集成,其中碳纖維原絲的生產技術更是難中之難。
碳纖維原絲的生產難度主要表現在碳纖維原絲的噴絲工藝、丙烯腈聚合工藝、丙烯腈與溶劑及引發劑的配比等。由于PAN-原絲對碳纖維質量影響巨大,占碳纖維成本比例達到50%以上。PAN基碳纖維制造的第一步是用丙烯睛(AN)單體制造PAN原絲,類似于紡織用的PAN纖維的生產。在原絲制備工藝中,需要考慮影響原絲質量的因素,比如聚合物的分子量、聚合組分、紡絲拉伸方法等等。第二步是原絲的預氧化和碳化,預氧化處理的目的是使PAN的線性分子鏈轉化為耐熱的梯形結構,使其在高溫碳化時不熔不燃,保持纖維形態。碳化過程是碳纖維形成的主要階段,除去了纖維中大量的氧、氮和其他元素,再經表面處理、干燥上漿得到金屬光澤的PAN基碳纖維產品。
目前,世界碳纖維的技術格局是:日本壟斷關鍵技術,美國的碳纖維技術處于成長階段,國內則處于起步階段。世界碳纖維技術主要掌握在日本東麗公司、東邦公司和三菱人造絲公司手中,這3家企業技術嚴格保密。而美國赫克塞爾(Hexcel)、阿莫科(Amoco)和卓爾泰克(Zoltek)等其他碳纖維企業均處于成長階段,生產工藝還處于不斷完善階段。國內的碳纖維企業更是處于如何提高原絲生產工藝水平的瓶頸上。
碳纖維技術的發展方向是在降低成本的基礎上提高性能。近年來,國外對碳纖維技術開發研究集中在提高性能、降低成本方面。日本東麗公司根據先進復合材料市場發展的需求,已決定逐步淘汰T300類碳纖維,重點發展拉伸強度為4000-5000MPa、價格與T300基本相當的碳纖維品種,同時由于大絲束碳纖維性價比較高,也開始發展大絲束碳纖維。
制約我國碳纖維發展的瓶頸之二是耐高溫材料及大型高溫爐。國產碳化爐采用僅能允許在1400℃以下溫度使用的碳化硅作為發熱體,高溫環境下碳化硅抗負荷強度低,不能制作大尺寸工業規模碳化爐,無法實現1500℃的最佳工藝。國外采用高純石墨材料1800℃以上的高溫碳化爐嚴格限制對我國的出口,中等規模的高溫碳化爐進口價格高,導致國產碳纖維裝Z的建設成本過高,無法與進口纖維競爭。
2.7、國內碳纖維研發步調加快,小有成果
我國碳纖維研究已經三十多年,T300通用級產業化已取得突破性進展,百噸級和千噸級碳纖維已投入生產;T700級正在進行中試放大,T800級正在實驗室研制。目前國內有一兩個單位的產品品質已超過T300級的性能指標,達到了T400級水平,并且可以小批量生產。這處于上世紀80年代日本東麗公司在碳纖維研發方面的水平。同時由于T300級碳纖維實現了國產化,打破了國外壟斷,迫使進口價格大幅度下降。從總體形勢來看,我國當前處于由T300通用級向高性能的T700和T800發展的過渡期。高性能的T700、T800和T1000級的碳纖維研制尚遠。
2.8、相關上市公司
從碳纖維的產業鏈來看,原絲生產商為吉林化纖控股的奇峰化纖(00549.HK);對原絲進行碳化的上市企業是中鋼吉炭(000928.SZ),其生產線產能為10噸/年的軍工級碳纖維,在建的是金發科技(600143.SH)2000碳纖維項目,預計2012年年底全部投產;碳纖維下游企業包括碳纖維預浸料和復合材料生產的大元股份(600146.SH).
芳綸
3.1、芳綸性能卓越,主要用于軍工和高溫濾料
芳綸是一種具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優良性能的新型高科技合成纖維。其強度是鋼絲的5-6倍,模量為鋼絲或玻璃纖維的2-3倍,韌性是鋼絲的2倍,而重量僅為鋼絲的1/5左右,在560度的溫度下,不分解,不融化。它具有良好的絕緣性和抗老化性能,具有很長的生命周期。芳綸的發現,被認為是材料界一個非常重要的歷史進程。
芳綸包括全芳香族和雜環芳族的聚酰胺纖維兩大類以及細分的眾多品種。其中,最具實用價值的品種有3個:芳綸1313是開發最早、產量最大、應用最廣,也是最有發展前途的有機耐高溫纖維;芳綸1414具有高強度、高模量的特點,素有高分子材料中的“百變金剛”之譽,是當今世界高性能纖維材料的代表;日本帝人公司和俄羅斯開發出的“共聚芳綸”則具有更高的力學性能。
芳綸1414在開發初期曾被譽為“完美的纖維”,是目前總產能和產量最大的有機高性能纖維。它主要用于防彈和防護領域、代石棉和橡膠增強材料;其缺點是抗燃性不足,極限氧指數(LOI)僅為26,需要與其他難燃纖維混紡加以改進。芳綸由于質量輕而強度高,在航空航天領域可節省大量的動力燃料,據國外資料顯示,在宇宙飛船的發射過程中,每減輕1公斤的重量,意味著降低100萬美元的成本。輪胎業也開始大量使用芳綸簾線來減輕重量,減少滾動阻力。
芳綸1313(間位芳綸)則在高溫過濾等工業領域和阻燃內飾及織物等民用領域發揮著重要的作用。
3.2、全球芳綸需求旺盛,國內消費潛力巨大
2011年,世界芳綸年需求量約8萬噸。其應用范圍主要為:防彈衣、頭盔等約占7%-8%,航空航天材料、體育用材料約占40%,輪胎骨架材料、傳送帶材料等約占20%,高強繩索等約占13%。而在我國,則更多地應用在橡膠增強、復合材料等領域,總占比超過了70%。未來我國芳綸的消費結構將會隨著成本和價格壓力的釋放得到調整和市場擴容。
國內對位芳綸的應用市場主要在國防航空等高端領域。目前在我國,對位芳綸由于更高的強度和模量,較多應用在光纖增強材料、軍事國防、摩擦材料以及航天航空等高端領域。
國內對位芳綸在防彈領域的應用將隨其國產化進程而被極大的激發。國際上7%-8%的芳綸用于防彈衣及防彈頭盔,國內卻非常少,未來隨著芳綸國產化,警察和軍隊將有能力裝備高性能防彈衣,對位芳綸的需求將極大地被激發出來。現在美國防彈衣用對位芳綸14000噸,而我國還不足500噸,僅占美國用量的3.5%。如果我們要達到美國同等水平,即每百萬軍隊年需求5300噸,按我國現役軍人300萬計算,預計每年需消耗對位芳綸16000噸。
未來國內對位芳綸市場將出現爆發式增長。目前輕量汽車子午胎用簾子布和剎車片的需求正在興起,預計今后對位芳綸纖維年需求量將以超過10%的速度增長。隨著下游市場的培育和開發,我們相信未來對位芳綸的需求將出現爆發式的增長。
國內間位芳綸主要用于高溫除塵,將隨環保要求和安全意識的提高迎來快速增長。在國內,間位芳綸在高溫過濾領域的應用最廣,發展較充分,近年來由于競爭增速有所下降,競爭有所加劇;而防護領域則會隨著人們安全防護意識的提高逐漸加快發展速度;在絕緣、復合等領域的應用則還處于起步階段,有望成為另一個重要的市場增長點。
3.3、全球芳綸寡頭壟斷,國內芳綸產業化初見成效,順利邁向國際市場
2011年,全球間位芳綸和對位芳綸的生產能力達到了10.74萬噸,其中,對位芳綸的產能為6.81萬噸,大約是間位芳綸產能的2倍。而在2010年,全球芳綸的生產能力只有9.6萬噸。
間位芳綸方面,國產“泰美達”市場占有率全球第二。間位芳綸的全球供應商主要有美國杜邦、本公司、日本帝人等。杜邦的市場占有率最高,產品規格非常豐富,是全球的行業領導者。而國內的泰和新材生產的“泰美達”品牌間位芳綸市場占有率居全球第二,擁有很強的市場競爭力。
對位芳綸方面,美國和日本占據市場,國產“泰普龍”已初具產業化條件。美國杜邦和日本帝人占據了對位芳綸絕大部分的市場份額,是國際市場的主要競爭者。我國在2008年建成了國內第一條百噸級的對位芳綸中試生產線,在2011年實現了千噸級產業化項目對位芳綸的商業化運營,國產對位芳綸品牌“泰普龍”纖維已經在光纜、防護、汽車膠管、摩擦密封等領域取得突破,客戶的數量和采購量不斷提高。
總體說來,我國的芳綸纖維尚處于產業化初期階段,產品尚未系列化。國產的芳綸還處于開發國內市場的過程。我們認為隨著國內芳綸的市場的拓展和消費量的大幅提升,進口芳綸(尤其是對位芳綸)的市場將逐漸被國產芳綸所取代,預測2015年的表觀消費量將增加到11600噸,而進口比例則降低到13%-14%.
3.4、相關上市公司
超高分子量聚乙烯纖維
4.1、UHMWPE纖維是世界上比強度最高的纖維
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維作為三大高科技纖維之一,是密度最小(0.97g/cm3)的高性能纖維,也是目前發展最快的品種。若按紡織單位計,其強度(37.8cN/dtex)冠于一切纖維,而模量(1765cN/dtex)位居第二位;然而若以工程單位計,上述2品種的強度和模量3.7GPa和175GPa左右,模量不及T300碳纖維,但其比強度和比模量甚高,不足的是長期使用溫度為130℃左右,蠕變相對較大,而且與樹脂的粘合性較差,需要進行低溫等離子表面處理或在纖維中加少許碳納米管等加以改善。UHMWPE纖維可廣泛應用于航空航天、軍工、通訊、醫療、體育器材、建筑和海洋漁業等領域。
UHMWPE纖維研發時間較晚,但發展速度極快。UHMWPE纖維是在20世紀70年代首先研制成功,當時所用的聚乙烯分子量只有10萬。此后荷蘭DSM公司發明了凝膠紡絲法,制備出了UHMWPE纖維,并實現了工業化生產。我國則是在2000年由寧波大成聯合科研院實現了產業化。
4.2、突破壟斷,我國成為世界上第三個UHMWPE纖維的自主生產國
UHMWPE纖維的研發技術一度為國外壟斷,現已被我國成功研制并投產。超高分子量聚乙烯纖維生產技術曾經被幾個國家所壟斷,如:荷蘭、美國兩個國家具有完全自主知識產權,因此,也就壟斷了該行業。如今我國東華大學的化學纖維研究所已經能夠成功研制UHMWPE纖維并投產,我國已成為世界上UHMWPE纖維的第三個自主生產國。
目前UHMWPE纖維有干法和濕法兩種工藝技術路線,我國采用濕法較多。一條是以高揮發性溶劑(十氫萘)干法凝膠紡絲工藝路線,簡稱干法路線;一條是以低揮發性溶劑(礦物油、白油等)濕法凝膠紡絲工藝路線,簡稱濕法路線。干法紡絲工藝生產的UHMWPE纖維中溶劑含量少,強力高,抗蠕變性能好,多用于高端產品。
4.3、UHMWPE纖維下游市場豐富,每年需求量超十萬噸
在國外,目前歐美和日本在UHMWPE纖維的用途結構上有一定差異。歐美主要用于防彈衣和武器裝備,占總量的60%-70%,其次為:繩纜為20%,漁網等占5%,勞動防護占5%。日本主要用于繩纜、漁網、防護類特別是防切割手套等,在汽車生產涂漆工序中的使用已達到UHMWPE纖維總需求量的1/4.
在國內,UHMWPE纖維旺盛的需求主要得益于下游產品――防彈無緯布的銷售帶動。UHMWPE纖維的無緯布材料加工利潤實際占其企業初期總利潤的70%以上。同時,UHMWPE纖維的應用領域很多,預計國內纜繩行業的纖維材料年需求量在3000噸以上。根據對超高分子量聚乙烯纖維及無緯布的國內市場預測,近幾年國內纖維需求量應該在8600噸以上。
UHMWPE纖維制成的部件在防彈服領域需求非常旺盛。在防彈頭盔、防切割手套、船舶系留繩、漁網、隧道和橋梁加固等方面的需求也在快速增長。預測未來幾年UHMWPE纖維每年的市場需求量都在10萬噸以上,市場潛力巨大。
4.4、全球產能分布高度集中,實際年產量不足2萬噸,供給嚴重不足
UHMWPE纖維全球生產集中于荷蘭、美國和日本,產能達1.4萬噸。目前,國外UHMWPE纖維主要生產商為荷蘭帝斯曼(DSM)、美國霍尼韋爾(HONEYWELL)和日本東洋紡(TOYOBO)等3家公司,2011年這三大主要生產廠商產能已達到年產14000噸。
世界三大巨頭UHMWPE纖維的實際產量占全球總產量的80%以上。隨著產能及需求的不斷擴大,全球UHMWPE纖維的產量也不斷遞增。2010年全球超高分子量聚乙烯纖維及防彈無緯布的產量分別為1.87萬噸和0.42萬噸。世界三大巨頭UHMWPE纖維及防彈無緯布的產量分別為1.54萬噸與0.3萬噸,分別占總量的82.35%與71.42%.
現階段我國的UHMWPE纖維生產廠商已發展至20家左右,2010年總產能達到1.7萬噸。目前國內生產UHMWPE纖維的企業主要有北京同益中、湖南中泰、寧波大成、中石化儀征化纖、上海斯瑞聚合體科技、山東愛地高分子材料等。
4.5、相關上市公司點評
在已上市公司中,儀征化纖(600871.SH)的UHMWPE纖維年產能最大,達3000噸/年,現已建成并試投產;中紡投資(600061.SH)全資控股的子公司北京同益中具備每年1200噸UHMWPE纖維的產能,n而國內另一生產UHMWPE纖維的廠家寧波大成新材料股份有限公司已進入股票發行上市輔導期,它發起組建了省級“超高分子量聚乙烯纖維產業技術創新戰略聯盟”,且被國家科技部備案列為國家級唯一的“超高分子量聚乙烯纖維產業技術創新戰略聯盟”,它是國內首家、全世界第四個擁有自主知識產權實現高強高模聚乙烯纖維及系列防彈制品、防切割手套等產業化的企業,產品出口世界五十多個國家和地區。
“十二五”期間:高性能纖維步入黃金發展期
我國的高性能纖維產業發展起步較晚,國內市場發展潛力巨大。在我國的新材料產業中,目前大約10%左右的領域處于國際領先水平,60%-70%處于追趕狀態,還有20%-30%與國外同行存在相當的差距。為了縮小我國新材料產業與國際先進水平的差距,增強企業發展實力,參與國際競爭,加速產業轉型是有效的途徑之一。同時,我國的紡織工業也面臨轉型升級的機遇和挑戰,而轉型過程中,碳纖維等高性能纖維材料的產業技術創新被委以重任,因此,在“十一五”發展初具成效的基礎上,我國新材料產業和紡織工業的“十二五”規劃都將高性能纖維作為“十二五”期間的發展重點。
5.1、新材料產業“十二五”規劃:高性能纖維前景可期
工信部組織制定并發布了《新材料產業“十二五”發展規劃》,以培育和發展新材料產業,推動材料工業轉型升級,支撐戰略性新興產業發展。其中提到要加快發展碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、新型無機非金屬纖維以及其他高性能纖維材料。其中,高性能增強纖維發展重點是:
碳纖維:加強高強、高強中模、高模和高強高模系列品種攻關,實現千噸級裝Z穩定運轉,提高產業化水平,擴大產品應用范圍。在碳纖維低成本化與高端創新示范工程中提出,到2015年,碳纖維產能達到1.2萬噸,基本滿足航空航天、風力發電、運輸裝備等需求。
芳綸:擴大間位芳綸(1313)生產規模,突破對位芳綸(1414)產業化瓶頸,拓展在蜂巢結構、絕緣紙等領域的應用。
超高分子量聚乙烯纖維:積極發展高性能聚乙烯纖維(UHMWPE)干法紡絲技術及產品,突破紡絲級專用樹脂生產技術,降低生產成本。
在核心技術方面,規劃提出要重點突破聚合、紡絲、預氧化、碳化等高性能聚丙烯腈基碳纖維產業化關鍵技術,芳綸纖維聚合、紡絲及溶劑回收技術等。在重點基地方面,提出重點建設江蘇連云港、山東威海、吉林碳纖維及其復合材料基地,重慶、山東泰安、浙江嘉興等高性能玻璃纖維及其復合材料基地。
5.2、紡織產業“十二五”規劃:高性能纖維用量將翻番
2012年1月,工信部對外發布《產業用紡織品“十二五”發展規劃》。提出,“十二五”末,產業用紡織品纖維加工總量達到1290萬噸左右,年均增長9.5%;其中,高性能纖維用量由目前的5萬噸提高到10萬噸。