對位芳綸全球市場、應用領域及產業發展分析
芳綸纖維與碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維并稱為三大高性能纖維，在國防軍工和民用工業上都有廣泛的應用，是強國強軍的戰略物資。產品主要應用在光纖光纜、繩纜織帶、骨架材料、復合材料、摩擦密封材料、紡織和防彈防護等領域，標配就是防彈衣。
用芳綸纖維制作的防彈衣重量只有1.5kg，承受和分散子彈、彈片能量的強度比鋼板高數倍，可以抵抗輕機槍的連射。作為纖維材料領域中的“金字塔”，我國的高性能纖維產業起步較晚，技術水平和規模化生產能力與發達國家有較大的差距。高性能纖維的生產技術過去一直被西方國家封鎖。隨著我國國防軍工和國民經濟的發展，對高性能纖維的需求量會愈來愈大。而國際上，產品價格卻不斷上漲，國內高性能纖維在國防和特殊領域上的應用還受制于國外供應。因此，大力發展高性能纖維產業，打破國外封鎖與壟斷，進一步提升我國的軍事裝備實力和國民經濟的產業升級，成為我國化纖工業推進自主創新、轉型升級的一個主攻方向。
中國石化歷經16年時間，突破了聚合、紡絲、工程放大等關鍵核心技術，形成了具有自主知識產權的對位芳綸成套技術，對我國對位芳綸產業的發展具有重要意義。這項成果突破了國外的技術封鎖，填補了國內空白，攻克了國內多個攻關團隊久攻不下的難題。本文將介紹全球對位芳綸的生產應用情況以及我國對位芳綸日后的發展趨勢，并對我國對位芳綸的產業發展提出了建議。
一、對位芳綸的研發
對位芳綸的發現和后續的應用開發都與美國杜邦公司密不可分。早在1945年，隨著尼龍纖維的商業化和聚酯纖維的發展，杜邦公司的領導層就制定了長遠發展規劃，希望在之后的生產中，開發出一種兼具超高強度、耐高溫的纖維。到了20世紀60年代，杜邦公司對低溫溶液聚合方法的完善和無機鹽溶液促進難溶聚合物溶解過程的研究為芳綸的誕生奠定了基礎，隨后在1972年，杜邦公司解決了對位芳綸紡絲問題，從而推出了商業化的對位芳綸并命名為Kelvar。
圖：對位芳綸Kelvar
各國的對位芳綸研發也不甘落后，相繼推出類似產品。日本帝人公司于1972年開始生產自己的對位芳綸并命名為Technora，荷蘭阿克蘇諾貝爾公司在1986年推出的對位芳綸商品名為Twaron，韓國科龍公司于1979年開始研發，2005年實現工業級生產。俄羅斯早在1985年就建成了生產線，商品名為Terlon，后來卻轉向雜環芳綸，其主要型號有Armos、SVM和Rusar。
我國對位芳綸的研究始于1972年，在之后的20年間，先后經歷了實驗室研究、小試和中試等幾個階段，并被列為國家重大科技攻關項目和國家“863”計劃,取得了一系列科研成果，但由于諸多原因，并未能實現產業化。近年來泰和新材、中藍晨光和平煤神馬等公司在芳綸領域持續攻堅克難，向市場推出了許多工業化產品，但是對位芳綸的性能和產能對比國外領先水平仍然有些差距。另外國產對位芳綸也大多應用在低端市場，能夠用于軍事國防和航空航天上的少之又少。因此對位芳綸及其產品的研發生產在我國仍然是個技術難題，亟需解決。
二、芳綸的應用領域
1. 軍事國防領域
芳綸復合材料可以制造導彈的固體火箭發動機殼、壓力容器、宇宙飛船駕駛艙、潛艇、防彈裝甲車、防彈運鈔車、防彈板、防彈頭盔、防彈衣等。
2. 安全防護領域
個體防護裝備的阻燃耐高溫性能是保障人員安全的重要條件。隨著材料科學技術及紡織加工技術的發展，阻燃防護服已經由暫時性阻燃整理、半耐久性阻燃整理逐步發展為耐久性阻燃整理以及本質阻燃材料的應用。
3. 橡膠補強領域
由于橡膠的彈性大，彈性模量較低，在外力作用下極易產生變形，因此很多橡膠制品都必須用纖維材料或金屬材料作為骨架。以芳綸制成的簾子布、線繩、紗線、帆布、整體帶芯、直經直緯織物等被用作輪胎、動力傳動膠帶、物料輸送膠帶、膠管的骨架材料。
4. 環保領域
芳綸具有優異的耐熱性、阻燃性和化學穩定性，可在高溫惡劣環境中長期工作，是加工耐高溫過濾袋的理想材料，用于鋼鐵、水泥、炭黑等空氣污染較重領域的高溫煙塵過濾。
由芳綸1313纖維所織成的非織造布具有非常好的過濾粉塵性質，例如：380g/m²的間位芳綸非織造布作為高溫過濾布具有較滌綸布530g/m²及腈綸布600g/m²更好的過濾性質。在袋式除塵領域，對于間位芳綸濾袋，在廢氣溫度不超過200℃，濕度6%，SO?的含量為100ppm的情況下，使用壽命超過兩年。
5. 電子電氣材料領域
- 天線結構件
- 特種印刷電路基板
- 芳綸絕緣紙
- 光纖
6. 航空航天領域
芳綸可用于制作大型飛機的二次結構材料，如機艙門、窗、機翼、整流罩體表面等，也可以制作機內天花板、倉壁等，可減輕其重量。
7. 運動器材領域
充分利用芳綸耐高溫、耐疲勞等特性，以制作運動條件苛刻的拳擊手套、登山鞋靴、賽車車體、賽馬頭盔等，還可用于制作球拍、滑雪板、滑雪桿、雪橇、弓箭、弓弦、釣魚竿、風箏骨架、高爾夫球棍、賽艇等。
8. 其他領域
- 密封材料
- 繩索
- 摩擦材料
- 建筑材料
表：芳綸的應用領域
三、我國對對位芳綸產業的發展要求
對位芳綸產品是我國重要的關鍵戰略材料，在《中國制造2025》中提出，到2025年國產對位芳綸及其復合材料技術成熟度達到9級。建立統一標準的高性能纖維材料技術體系，攻克系列化高性能纖維高效制備產業化技術，開展與國產高性能纖維相匹配的復合材料基體材料，設計技術、成形工藝、性能表征、應用驗證及回收再利用等研究，確保重大裝備需求。對位芳綸斷裂強度達到20~22cn/dtex，斷裂伸長率達到3%-4% "。
工業和信息化部印發的《紡織工業發展規劃(2016-2020年)》( 工信部規[2016] 305號)以及工業和信息化部與國家發展和改革委員會聯合印發的《化纖工業“十三五”發展指導意見》(工信部聯消費 [2016] 386 號)，均提出推動高性能纖維及其復合材料在建筑交通、國防軍工及航空航天等領域應用技術研發。突破對位芳綸等高性能纖維及復合材料關鍵技術裝備、產品及應用產業化技術，推進對位芳綸等高性能纖維的系列化，以滿足下游用戶的需求。
國家和部委的其他文件也從不同角度對對位芳綸的產業發展提出了要求，如《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》(國發 [2016] 67 號)、《“十三五”國家科技創新規劃》 (國發 [2016] 43號)、《新材料產業發展指南》（工信部聯規[2016] 454 號）、戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄(2016 版》等文件，提出了要完善原輔料配套體系，提高材料成品率和性能穩定性，實現產業化和規模應用”和“突破高強高模碳纖維產業化技術、高性能芳綸工程化技術，開展大型復合材料結構件研究及應用測試"，這些政策對我國對位芳綸研發和建設起到支持和鼓勵作用。
三、我國對位芳綸產業優勢
1. 我國對位芳綸工藝技術成熟
目前，我國對位芳綸生產多采用低溫溶液連續聚合，聚合物分離、洗滌干燥后用濃硫酸重新溶解、干法紡絲，水洗干燥卷繞成型工藝。主流工藝在對位芳綸紡絲液制備時，先把單體溶解在溶劑中，然后在獨特設計的反應裝置進行聚合反應，得到比濃對數黏度更大的聚合體，采用這種裝置溫控容易、生產穩定，生產安全系數更大，保證了紡絲的順利進行。在溶劑回收階段，多數企業采用從水中將NMP萃取出來，廢水作為萃余相送入蒸餾回收裝置進行蒸餾分離。這種工藝生產安全性較高，并能節省投資成本，且能達到較高的回收效果。合理的工藝路線設計，使產品單耗不斷地降低，產品質量日趨穩定，成本也逐步降低，我國對位芳綸的生產技術整體達到國際先進水平。
2. 對位芳綸產品性能優異
對位芳綸具有優良的力學性能，穩定的化學性質。其最突出的性能是高強度和高模量，強度是鋼強度的3倍，是滌綸工業絲的4倍，初始模量可達414-1019 eN/dtex,為滌綸工業絲的4~10倍，為聚酰胺纖維的10倍以上。在光纜增強、防彈裝甲、石棉替代、復合材料、個體防護等方面有著廣泛、重要的用途，是航空航天信息技術、國防和汽車工業等領域的重要基礎材料，被廣泛應用于國防及現代工業中。
3. 下游產業高質量發展帶來的需求增加
隨著國內對位芳綸的技術進步，產量質量進一步提升、產品價格逐漸降低，將刺激對位芳綸下游行業產品開發和應用擴展。目前我國消費的對位芳綸產品大部分來自進口，隨著國內對位芳綸產品的高質化生產，必將取代部分進口產品，潛在市場空間巨大。
隨著更多差異化對位芳綸產品面向市場，必將填補國內現有市場的空白，在光纜增強、防彈裝甲、石棉替代、復合材料、個體防護、航空航天、信息技術。國防和汽車工業等領域的重要基礎材料，具有廣闊的市場前景。這些因素將促使我國對位芳綸產業近期快速發展。
四、全球對位芳綸的生產及市場情況
（一）國際情況
1. 國際對位芳綸生產情況
對位芳綸最早由美國杜邦公司于20世紀60年代開發成功，1972年開始工業化生產。隨后，荷蘭、日本、韓國及俄羅斯等國家也開始了各自的研究工作。其中美國杜邦和日本帝人在對位芳綸領域擁有技術優勢。
2018年國際對位芳綸的產能約9.2萬1t，美國杜邦公司、日本帝人公司及韓國科龍和韓國曉星公司是世界主要的對位芳綸生產商。美國杜邦和日本帝人公司的產能約占全球總產能的65%，產能分別為3.6萬Va和2.6萬Va，在全球處于壟斷地位。煙臺泰和擁有對位芳綸產能1 500t，居國際領先地位。
2. 國際對位芳綸應用情況
2018年全球對位芳綸的產量約8.2萬t，下游消耗量約8.0萬t (表1)，杜邦和帝人兩個的產量占據了全球對位芳綸消費量的70%左右。
在主要應用領域中，其中航空航天與運動器材使用纖維占35%，汽車輪胎子午線及傳送帶材料用纖維占20%，高強繩索用纖維占10%，防彈衣與頭盔用纖維占11%，其他建筑、軌道交通等增強材料占25%。預計未來5年，全球對位芳綸的需求量將達到13萬t左右，市場增長空間巨大。
（二）國內情況
1. 國內市場需求情況
2018年國內對位芳綸消耗量在1萬t左右，其中光纜加強用消耗量在4000 ~5000t，安全防護織物用量3000t左右。隨著我國交通運輸、光纖通信、高速鐵路、航空補強、輕量汽車子午胎用簾子布及剎車片等領域和防護等領域應用的快速發展，對位芳綸的需求將呈現更加旺盛的局面。目前國內對位芳綸裝置產能超過1萬t，但實際有效產能約2000t，產量1500t左右（表2），僅有2%左右用于出口。在我國對位芳綸的市場需求中，除了國內1,500t產品供應外，其余全部來自進口，杜邦、帝人的供應量在5000~6000t，國產對位芳綸產量遠遠小于市場需求，可發展空間巨大。
未來5~10年，隨著我國對位芳綸性能的提升，產品規格的繼續豐富，以及下游制造及應用領域的高質量發展，對位芳綸生產規模的擴大帶來的制造成本降低，對位芳綸的消費將更多應用到軍工、航天、航空、運動休閑器材及建筑領域，預計市場需求增長率保持在10%左右。到2025年對位芳綸的需求量將達到20000t。
2. 對位芳綸市場情況
對位芳綸屬于典型的軍民兩用材料，在軍用方面，對位芳綸纖維織物具有高抗張強度、高彈性模量和低密度的性能特點，能迅速將子彈的沖擊能量吸收并分散轉移，避免造成“鈍傷”，因而防護效果顯著，被譽為“終極防彈材料”，廣泛應用于防彈衣、防彈頭盔、搜排爆服和軍警作訓服等個體防護裝備。
截止2018年底，全球共有對位芳綸產能約7.6萬t/a，主要集中于杜邦公司、帝人公司; 我國現有對位芳綸規?；a企業3家，有效產能2000t/a左右。下游主要集中于安全防護、車用摩擦材料、光纖增強保護、橡膠增強等。
2018年，全球芳綸紙需求約1萬t，國內市場需求約2300t，主要市場份額由杜邦公司所占據。
圖：對位芳綸消費量穩健增長，數據來源：申萬宏源
圖：全球對位芳綸下游分布，數據來源：申萬宏源
圖：國內對位芳綸消費量及國內對位芳綸下游分布，數據來源：申萬宏源
- 對位芳綸的軍用市場
美國利用凱夫拉材料研發出來了著名的PASG噸頭盔，是世界上第一種大量裝備的防彈頭盔。在此之后，各國開始防彈頭盔研制工作，材料上基本都是采用對位芳綸。我國軍隊目前普遍裝備的是QGF02/03式凱夫拉防彈頭盔，另有部分軍隊依舊裝備的是老舊的GK80鋼盔，仍然存在替換需求。根據2018年底陸軍裝備部招標中心新型軍用頭盔招標結果，招標采購數量不少于35萬頂，盔體為芳綸材料，以2kg/頂計算，預計對位芳綸需求約700噸。
此外對位芳綸制成的復合材料具有優異的輕量化效果及防彈等性能，在武器裝備等領域的應用也將逐漸提升。過去很長一段時間西方國家一直將對位芳綸作為戰略物資管制對我國禁運，而我國產量寥寥，原料受制于人導致我國難以在國防軍工領域大規模應用，隨著國產化進程的加快，國防軍工應用有望快速增長。
- 對位芳綸的民用市場
民用市場領域，對位芳綸在信息通信（光纖保護增強）；對位芳綸在汽車工業的應用包括剎車片、輪胎增強、汽車膠管等。
對位芳綸高強度和高模量、較低的密度和耐蠕變性等特點使其常被用作支撐光纖、電纜的增強材料，用來保護光導纖維及電纜導芯因過載引起的軸向應變。纖維的不可燃性，在電纜使用中也起到一定的防火保護作用。因此對位芳綸纖維廣泛應用于室內外光纖和電力纜的增強件，對推動我國新一代通信技術的發展起到重要作用。
2012年7月，我國將寬帶升級工程上升為國家戰略，即“寬帶中國”戰略，隨后幾年，我國新建光纜長度和光纜產量快速增長，帶動對位芳綸需求。近幾年隨著寬帶入戶的普及以及4G建設大潮的退卻，我國光纜產量和新建長度有所放緩。目前國內光纖保護增強用對位芳綸消費量約4-5千噸，國內企業供應量近約6-7百噸，存量替代空間在3000噸以上。而2019年作為5G元年，未來5G建設資本開支將逐步加大，預計將重新帶動光纜需求增長，光纖增強保護用對位芳綸消費量也將進一步提升。
對位芳綸還適用于作為輪胎子午線及其它橡膠制品的增強。芳綸增強輪胎具有較高的行駛速度、操控性和舒適性，還能降低車身重量，減少滾動摩擦和行駛中的噪聲，降低“面外彎曲剛度”，減少滾動摩擦，降低燃油消耗，具有節能、低噪音、長壽命的特性。目前固特異、米其林、倍耐力、普利司通等國際輪胎廠商已商業化應用對位芳綸增強輪胎配套各類高端車型。國內萬力輪胎、青島森麒麟和雙星輪胎等開展了對位芳綸增強乘用胎的研發，玲瓏輪胎、三角輪胎和雙錢輪胎則開展了對位芳綸增強載重子午胎的研發和生產。此外采用針織（或編織）工藝將對位芳綸捻線加工成網格布，再與橡膠復合，現已廣泛應用于汽車膠管，如冷卻水管、燃油管、制動管，尤其是渦輪增壓管。國內汽車膠管代表性企業有美晨生態、安徽中鼎、天津鵬翎、浙江峻和等，芳綸膠管已為大眾、通用、奇瑞等主車廠配套。
五、我國對位芳綸產業發展建議
1. 建立對位芳綸標準及評價體系
建立適合我國對位芳綸實際情況的標準體系和評價體系，制定技術指標適度的標準，滿足引領市場需求，適合生產、使用、研究及下游用戶的使用。加大團體標準的制定力度，填補對位芳綸國家標準行業標準中的空白，并適時制定一定超前的戰略性關鍵技術指引，引領我國對位芳綸產業的良性發展。
2. 建立產業鏈合作開發機制
創新對位芳綸基礎研究、關鍵工程技術研究和應用研究的研發體系，在適合的特色學校，建立相關專業和研究項目，培養多學科交叉輕量化人才，支持培養一批學術帶頭人和工程技術帶頭人。
協調產業鏈上下游企業，開發適應對位芳綸性能的下游符合材料制品，利用示范工程建立產業鏈關鍵技術和生產能力，使產業鏈各企業形成規模效益，提高品種，降低成本，提高競爭力。
3. 發展差異化對位芳綸產品
當前國際上對位芳綸的發展特點是以技術先進性推進應用產品升級換代，如杜邦開發了一系列對位芳綸新品種，如超高強型、超高模量型、中等模量型、高粘結型、抗疲勞型等，相對于國外纖維的產品來說，國內纖維的種類牌號較少。對位芳綸的市場也受到碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維等高性能纖維的影響。這些纖維在近五年間也取得突破性進展，工藝技術水平持續提高，纖維性能逐步提升，產品結構更加豐富，部分產品成本有所下降，下游應用領域不斷拓展，這些高性能纖維會在特定領域對對位芳綸產品形成影響。
4. 培育龍頭企業， 參與國際競爭
發揮中國化纖產業基礎水平高和市場容量大的優勢，集中培育萬噸級對位芳綸及其應用規?；堫^企業，爭取在國際上建立規模化的對位芳綸與復合材料新型戰略產業，集中提高產業鏈的企業規模，推廣到其他制造業，集中提高產業鏈的企業規模，形成規模效益，降低成本，提高競爭力，參與國際競爭。
