3大高性能纤维及其应用新动向与对策建议

碳纤维(CF)、对位芳酰胺纤维(P-AF)和超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维已步入激烈竞争期,生产厂家加大技术创新力度,以达到生产高效化、性能极限化和节能降耗,不断开发新品种,提高在全球的竞争优势。在复合材料成型技术方面,不断提高纤维与树脂界面的粘合性,以发挥极限强度、模量和提高韧性,并朝快速成型和低成本的方向发展,以扩大应用领域。与此同时,国外厂家看好中国未来3大高性能纤维的大市场,DSM率先兼并中国UHMWPE纤维大企业,Zoltek已与中国用户签订合作开发碳纤维协议,帝人可望在2016年前后在华兴建AF生产厂。在这种形势下,提出了我国发展3大高性能纤维的对策建议。     

主要特种纤维及其复合材料的研发现状及发展前景

论述10种主要增强用特种纤维及其复合材料的研发现状与发展前景,目前碳纤维（CF）的最大市场是航空航天和国防军工约占40%,而到2020年汽车将成为CF的大型市场,达到与前者相当的约2.3×10^4 t。对位芳酰胺纤维（P-ARF）的需求将以10%的速率增长,最大用途仍是光缆、防弹和橡胶制品。超高相对分子质量聚乙烯纤维（UHMWPEF）技术上有重要突破,使防弹性能提高25%,而质量下降20%,并应用于人体医疗领域。聚酰亚胺纤维（PIMF）无论作为是耐热纤维或高强高模纤维我国都有重要进展,其中碳化硅纤维（SiCF）在我国开始迈向产业化,而玄武岩纤维（BSF）我国已迈入世界先进水平,但中间相沥青碳纤维（M-PCF）、聚苯并双噁唑纤维（PBOF）和聚芳酯纤维（APETF）则产业化步履艰难。2020年我国可望成为特种纤维及其复合材料的生产大国。     

高性能聚乙烯纤维及其复合材料的进展

本文介绍了高性能聚乙烯纤维的优点与不足及其一些改进方法。高性能聚乙烯纤维复合材料的种类及应用进展。     

近期国外高强高模纤维发展概况

目前国外高强高模纤维的发展依然强劲,2010年PAN基碳纤维的需求量约为3.0×104～3.2×104t,2011年可望达到4×104t,2015年将达到7×104t,此后将以15%左右的速率增长,其主要牵动市场为新一代飞机、大型风电叶片、汽车等。2010年全球对位芳酰胺纤维的需求量已恢复至5×104t,2011年比2010年增长6%,而中长期将以7%～9%的速率增长;杜邦将于2011年年底扩大其产能,而帝人在2010～2012年间计划将产能扩大15%～25%。超高相对分子质量聚乙烯纤维的需求仍将保持15%.的高增长率,帝人也介入到该领域。氧化铝纤维也保持旺盛需求,三菱树脂不断扩大其产能。而高性能人造蜘蛛纤维将投入生产。     

复合材料用高性能纤维及热塑性树脂发展现状

介绍了芳纶、碳纤维和超高相对分子质量聚乙烯等3种纤维的基本性能、国内外生产及应用情况,还介绍了聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚及聚酰亚胺等4种热塑性树脂的性能及在研发和生产方面与国外的差距,由此提出了加强研究机构与企业充分合作、国产材料应用及原材料质量控制的建议,并对今后热塑性复合材料的发展进行了展望。     

创新推动高性能纤维及其复合材料制品的发展

主要介绍了碳纤维及其复合材料的创新与发展动向,包括主要企业最新动态,以及中间相与通用级沥青基碳纤维、其他原丝的低成本碳纤维、对位和间位芳酰胺纤维、碳化硅和氧化铝陶瓷纤维的最新创新动向和扩大应用情况。指出高性能纤维及其复合材料的工艺技术创新,体现在生产工艺的高效化、产品的高性能化和低成本化以及应用领域的不断扩大,其中各种助剂起着重要作用。     

新世纪初高科技纤维的新形势与展望

论述了国内外高科技纤维的最新发展动向,其中国外部分重点论述了8个品种,而国内部分,提出了近期出现的六方面新形势和新动向。最后对未来的发展作了简要的展望。     

PE—UHMW纤维／环氧树脂复合材料研究

对超高相对分子质量聚乙烯(PE-UHMW)纤维进行了铬酸液相氧化和纳米二氧化硅溶胶表面涂覆的复合化表面处理，并对PE-UHMW纤维／环氧树脂复合材料进行了界面性能研究。结果表明，单纯的液相氧化和表面涂覆均可以提高复合材料的界面性能，但液相氧化处理时间过长会使纤维强度降低，而复合化处理则具有协同效应，可以不降低纤维强度而大幅度提高复合材料的层间剪切强度，是一种有效的表面处理方法。     

创新为世界高性能纤维带来勃勃生机

陈述了国内外近期聚丙烯腈基碳纤维、对位芳酰胺及其共聚纤维、超强聚乙烯纤维、玄武岩纤维、液晶聚芳酯纤维及沥青基碳纤维生产厂家的研发、创新和扩产情况,显示了这些高性能纤维对全球开发可再生新能源、节能减排和各种产品的更新换代有重要作用,因此在当前世界经济不景气的形势下,通过不断革新生产工艺、提高生产效率和产品质量、降低生产成本、开发新品种及发展下游复合材料等制品,仍可保持两位数的需求增长。中国的主要高性能纤维正在实现初步产业化,但有些性能档次较低、性能稳定性稍差,远未形成系列化产品,与国外同类产品相比差距较大,今后应进一步加大研发投入,通过不断创新发展自己的知识产权,才能逐步缩小差距,提高产品的国际竞争力。     

2007年中国高性能纤维展望

近几年世界高科技纤维供应短缺,促使中国加大研发的投入力度,并吸引多家有实力的企业参入产业化的行列。2007年PAN基碳纤维、对位芳酰胺纤维、连续玄武岩纤维及聚苯硫醚等纤维将开始兴建较大规模生产厂,这些产品的基本品种依赖进口的时代即将过去。然而,2007年起我国主要高性能纤维又将出现小而散的局面,在未来1～3a间市场竞争将加剧,有关主管部门应加强宏观指导和调控,避免低水平重复建设。     

三维编织PE-UHMW纤维增强PMMA复合材料的力学性能研究

采用真空浸渍法制备了三维编织超高相对分子质量聚乙烯(PE-UHMW3D)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料，重点研究了该复合材料的力学性能、纤维体积含量对复合材料力学性能的影响以及吸湿前后力学性能的对比。研究表明，PE-UHMW3D/PMMA复合材料具有较好的冲击强度。纤维经表面处理后，其弯曲强度、弯曲模量、横向和纵向剪切强度均有不同程度的提高，冲击强度略有下降。随着纤维体积含量的增加，横向剪切强度增加，纵向剪切和弯曲强度增加到一定程度反而下降。吸湿平衡后的力学性能有所下降。     

3种高性能纤维材料的研究进展

重点围绕国内外高性能纤维的发展水平及其在复合材料中的主要用途,介绍了目前广泛应用于树脂基复合材料的3种高性能纤维———碳纤维、芳纶及超高相对分子质量聚乙烯纤维,分析对比了这3种高性能纤维的国内外最新研究进展,并对今后的应用前景提出了展望。     

国内外超高分子质量聚乙烯纤维的开发应用进展

介绍了超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维的性能及其国内外开发应用现状。对几家主要生产商,如DSM公司、Honeywell、日本东洋纺以及3家中国公司的生产及扩能情况进行了详细介绍。     

我国实施高性能纤维复合材料高技术产业化

我国将于2008年至2009年组织实施高性能纤维复合材料高技术产业化专项,该专项将重点支持碳纤维,芳纶纤维、高强聚乙烯纤维及其高性能复合材料的生产技术及关键装备的产业化示范。其中,将重点支持1000t／a级高性能碳纤维和聚丙烯腈原丝生产工艺技术,预氧化炉、碳化炉等大型关键设备,     

超高相对分子质量聚乙烯纤维树脂基复合材料性能研究

风电行业进入平价上网时代,风电叶片需要一种介于玻璃纤维和碳纤维之间性价比高的新型纤维。超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE）纤维具有比强度高和比模量高的优势,相同性能下其价格为碳纤维的30%,因此超高相对分子质量聚乙烯纤维具有极大的性价比优势。对超高相对分子质量聚乙烯纤维的拉伸性能、疲劳性能、纤维与树脂的结合能力和抗蠕变能力进行了系统的研究,研究结果表明,超高相对分子质量聚乙烯纤维浸胶纱拉伸模量100 GPa,上浆剂0.5%的含量性能最佳。并对超高相对分子质量聚乙烯纤维基复合材料在抗蠕变型、高表面粘合型方面提出了改进方向。     

水性聚氨酯的合成及其在高性能纤维复合材料中的应用

综述了水性聚氨酯的合成方法、制备原料及其国内外研究进展,简介了水性聚氨酯在对位芳纶和超高相对分子质量聚乙烯纤维增强复合材料中的应用。指出今后水性聚氨酯将通过复合改性方法来提高其综合性能,以期在高性能纤维增强复合材料制备中有更广泛的应用。     

超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料的现状和发展

高强PE纤维又叫超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维,它是上世纪70年代末研制成功、并于80年代初进入产业化的一种高性能纤维,与碳纤维、芳纶并称为当今世界三大高科技纤维.