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世界高科技纤维正形成三足鼎立之势（一）

罗益锋

（全国特种合成纤维信息中心，北京 100025）

摘 要：　全面介绍了以日美欧为中心的世界高科技纤维的发展现状和趋势，简要对比了我国高科技纤维的研发现状、存在的主要问题和当前的机遇，提出了未来发展的几点看法和建议，并预计到 2020 年我国有望发展成为世界第四大高科技纤维生产基地。

关键词：　高科技纤维；高性能纤维；功能纤维中图分类号：　TQ342+.7

文献标识码：　A

文章编号：　1007-9815（2003）01-0001-05

引　　言

目前世界高科技纤维的发展已步入良性循环的快车道，并形成各有特色的日、美、欧三大科研、生产和市场基地，而且正在有力地推动这些地区产业结构的调整和诸多产品的换代升级，保持其支柱产业和国防工业的领先地位。我国迈入新世纪后开始重视高科技纤维的研发，并意识到它将对我国许多产业的升级和经济的持续发展起到重要作用，因此“十五”期间将依靠国家对主要高科技纤维的较大研发投入与发挥有实力和远见企业的积极性，共同推进主要品种的产业化和扩大应用领域，预期到 2020 年后我国有望成为高科技纤维生产大国。以下重点介绍日、美、欧高科技纤维的发展特点和趋势，并对我国的发展提出有针对性的建议。

世界的领先水平，而且有迹象表明它将逐步形成垄断性的生产大国。以下从 2 个方面加以论述。

１．１　　壮大自己具有世界领先水平的产业

最有代表性的是碳纤维，其中聚丙烯腈（PAN）基碳纤维及其原丝，已培育成日本战后 50 10 年居世界领先水平的大支柱产业之一，小丝束（1K－24K）原丝的产能占全球的80% 以上，小丝束（CT）碳纤维的产能占世界的75% 而产量占 70%，或占全球包括大丝束（36K－460K）在内的PAN 55%基碳纤维总产能的。日本 3 3家碳纤维厂的产能和产量排在世界的前位，其中东丽集团的产能现为 7 300t/a，随着 2002 年年底基本恢复供需平衡而来年起可能出现供不应求的局面，为此该公司计划于 2005 年将美国的子公司及 2006 年将法国的子公司的合计产能提高 1 Tenax 倍，而第二大生产厂家东邦公司也计划于 2003 年内将在美国增产碳纤维。第三大生产厂家三菱人造丝公司 2002 2 年月已将在日本爱知县和美国 Grafil 3 200t/a 的产能各提高至和1 500t/a，使总产能达到4 700t/a。另外，从产品

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１　　日本正成为高科技纤维的头号生

产大国

近年来，日本正通过大力研发功能性能、利用美欧所研发的某些高性能纤维生产技术在日本实现产业化，以及兼并日本相对薄弱的美欧高科技纤维事业部或在日本兴建合作合资企业，逐浙发展成为品种较齐全，且在许多重要品种的生产

的系列化程度看东丽已拥有近 20 种牌号和性能档次，最高水平为 T1000，强度高达7GPa，而专利上发表的最高强度已超过 8GPa，在高强高模系列中已能生产 M70J，模量约为650GPa，而专利上已可达到相当于 M75J 的性能水平，而且东丽

产品的性能离散系数最低，此外还有低密度碳纤

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高科技纤维与应用

维、异形断面碳纤维、高压缩强 度碳纤维和高伸长率碳纤维等特殊品种。

在沥青基碳纤维方面，日本的总产能、产品系列化和最高性能水平居世界领先水平，其中 3 家中间相沥青碳纤维的总产能为 1 920t/a，两家通用级碳纤维的总产能为 1 200t/a，合计为 3 120t/a，产品的最高模量高达 935GPa，导热性为6－800W/(m K)，而PAN 基碳纤维只有7－155W/

(m K)，生产工艺趋于多样化，有普通长丝熔纺

法、离心纺丝法、熔喷法和涡流纺丝法。最近随着产业用途的需求增长，有望大发展。日本还拥有酚醛基碳纤维、化学气相沉积碳纤维、纳米碳纤维和碳管及中空碳纤维等品种。

与碳纤维相关的是活性炭纤维（ACF），日本是唯一拥有粘胶系、PAN 系、酚醛系、沥青系ACF（含碳量各为44.4%、67.9%、78.6% 93.1%和）产品的国家，总产能也是最大（近 1 000t/a），应用范围甚广，主要是饮料水净化、洗澡水净化、

冷库制冰水净化、电镀液净化、空气和臭氧过滤

及生物载体等。

碳纤维的中间产品 PAN 预氧化纤维是黑色的抗燃纤维，东邦的“Pyromex”和旭化成的“Rastan”纤维的产能各为600t/a 180t/a和，是世界小丝束的最大规模，最近有迹象表明，沥青系的预氧化纤维可望有应用前景。目前，钠硫（NAS）电池在日本开始兴起，其正极板使用了石墨毡，而石墨毡是由 PAN 等预氧化纤维毡经碳化和石墨化而制得的，这种二次电池与以往的铅蓄电池相比，电力贮存能力高近 3 倍，因此对夜间电力的有效利用和环保都有重要作用，从而大大推动了预氧化纤维的发展。

在功能纤维领域日本是强项，其中医用的中空纤维透析膜元件几乎占领了世界市场，而且各公司选用的材质各有异同，旭医疗公司的人工肾 2002 5 26年月由×10 /a 只扩大至7×10 /a只，到 2005 10年将达到8 /a只，材质有聚砜（PS）、PAN 和醋酸纤维素，这种装置还可用作治疗黄斑变性的体外血液循环体系；东丽医疗的人工肾总50%，计划到2005 10年扩至8 /a只，它还可用作

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第二十八卷

吸附血液内毒素的败血病血液净化；澄川化学最近与德国一家医疗康复公司协作，将 PS人工肾的产能扩大 2.5 10倍，达到了 /a只，占现有日本市场的 20%，此外还生产中空纤维人工肺，目标也

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是占 20% 的市场份额[3]；东洋纺的三醋酸纤维素

（CTA）人工肾现占日本国内市场的25%，今春

进一步扩大 20%，可用作血液净化；可乐丽是日本唯一选用 EVA（乙烯-乙烯醇共聚物）材质作人工肾的厂家，由于它与纤维素系相比，对高龄透析患者具有温和的生体适应性，因此现有 2.6×只的生产线处于满负荷生产，计划于今明两10 /a

年内扩大至 2.8×106 /a只；帝人的醋酸纤维素系和日机装的 PS 系中空纤维人工肾因规模小而终

止生产，后者转产 PEPA 膜人工肾；巴克斯特则开发面向小孩的 PS 腹膜透析系统。总之，日本的国内需求量为3×108 /a只，因此余下的便输出国外。

在中空纤维气体分离膜方面，宇部兴产生产的聚酰亚胺系分离元件，因综合性能好，特别是耐热性高，分离效果优而得到快速发展。在中空 纤维超滤膜和微滤膜方面，东丽和旭化成所开发的聚偏氟乙烯中空纤维膜已占领世界市场，前者拥有膜面积为 80m2 的世界最大元件，处理水量160－240t/d，2002 10 5a 年销售额为亿日元，后将达到 200 亿日元，后者采用自动化生产线，使成本下降 30%，现正兴建2×105 /a 只的工厂，将于 2003 4 年月投产。可乐丽与栗田也开发了膜面

2积相当于以往 3 72m倍的/元件的大面积PS 中空

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纤维超滤器，处理能力可达 4 000t/d。积水化学公司则采用氟树脂中空纤维作为浓缩除去臭氧水的装置，除去速度比以往法高 2 倍。在中空纤维反渗透膜方面，东洋纺的 CTA 中空纤维反渗透（RO）膜因造价低、回收率高，可将高盐浓度海水一级分离成饮用水，因此在超纯水制备和海水淡化方面正快速取代杜邦的芳酰胺系中空纤维 RO B-9 B-10膜和，现已占世界市场的40% 以上。1998 年沙特阿剌伯靠此技术兴建了世界最大的 1.28×106 t/a 2002 海水淡化装置，年我国台湾维的外径由原 165μm 135细化成μm

，因此强

产能为8×106 /a只，其中PMMA PS 和各占也花 500 亿日元订购同样的生产线。由于中空纤

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第一期 罗益锋：世界高科技纤维正形成三足鼎立之势(一) - 3 -度高，可在 8.4MPa 的高压下运行，回收率由原本新的高科技纤维制造途径。

[4]

40% 60%提高至。在日本国内 2002 年在福冈地3

区也导入了5×10 m/a 的海水淡化装置。此外，

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在多功能衣用纤维方面，日本居世界的优势，已商品化的有远红外蓄热保温、抗菌消臭、防污、调温湿度、调 pH、光变色、森林浴、蝴蝶纹、仿鲨鱼皮、负离子、防花粉和智能性等纤维，正在开发的还有表面能转化纤维、磁性体纤维、吸湿放热等纤维。

在生物

解纤维方面，虽然聚乳酸的合成方面美国领先，但纤维化方面日本钟纺和东丽领先，前者 2001 500t年销售，金额5 2002 亿日元，年开展抗菌、弱酸性衣料后将达 2 000t/a，销售额为15 4 500t/a 亿日元，后者在滋贺厂已建成的纺粘 法无纺布生产装置。

产业技术综合研究所开拓了采用中空纤维膜作为携带式燃料电池用的分离氢离子（质子）的系统，从而确立了甲醇直接改质的关键技术，现已在日美欧申请专利[5]。

在离子交换纤维方面，可乐丽和原子能研究所等单位共同开发的海水提铀纤维状球体，其浓缩效率居世界领先水平，若按国际原子能机构的

预测，将于 2004 年实现产业化。

在水溶性和非水溶 性纤维“Kuralon K-Ⅱ”方面，现已开发出如表 1 所示的各种产品和规格，并广泛应用于卫生、包装、医疗、衣料、摩擦材料、橡胶混料、电池隔膜、印刷线路基板、滤材、擦拭布和增强水泥（FRC）等领域，全球无类似的产品，现已拥有 1.5×104 t/a 的规模，最高强度为 21.12cN/dtex，但一般补强用为14.6cN/dtex，高韧性 FRC REC 1 700MPa用的型强度为、伸度 6%－7%，模量45GPa[6]。

日本化纤协会属下的东丽、帝人、东洋纺、旭化成和尤 吉卡公司计划用纳米技术控制高分子的排列，以此来开发出新的功能和高强度纤维，

预期 2003 年便可列入政府计划，这无疑将开辟日

１．２　　利用美欧所开发的工艺技术，在日本实现重要高性能纤维的产业化

最成功的例子是聚芳酯纤维 Vectran PBO和

纤维 Zylon，前者是美国Celanese 公司所开发

的，后来委托可乐丽公司产业化，由于美国公司撤出，现只有可乐丽公司独家生产，产能为 400t/a，由于强度、模量和不吸水性比 Kevlar

好，应用领域不断扩大，计划于 2005 年扩大至800t/a；后者是美国道化学公司开发的，后转移给东洋纺产业化，现发展很快，最近已由 200t/a 扩大至 300t/a，价格将由1 /kg 1 万余日元降至万日

-Ⅱ纤维物性表1 Kuralon K

类 型 水溶型

牌 号WN2

WN5WN8WJ2WJ5WJ7WJ9

*

强 度（cN/dtex）

4 5 7 4 4 5 7

10 11 147－11

伸 度（%）26201028232012 8 8 67

－12

水溶温度（℃）＜＼55080＜＼5＜＼5＜＼570

高强型

无纺布用 纺织用 补强用 原纤化型

热压温度（℃）≥130≥200≥220≥110≥150≥180≥200≥210

DQ1 EQ2EQ5 SA

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高科技纤维与应用

第二十八卷

元/kg。此外，还有超强聚乙烯纤维Dyneema，原由荷兰 DSM 公司研制的，后与东洋纺合作进行

使之发展成世界最大的领先产业，旭化成公司也随后实现产业化，现日本用于汽车发动机传感器

开发，并成立日本 Dyneema 公司，现产能为的耐热 POF 180已形成系列化，最高耐热温度为410t/a，正翻番至 800t/a，1a 1 000t/a后计划再扩至℃。除了芯鞘型（SF）POF 外，还发展了渐变指以上。

在抗燃纤维领域，早期的酚醛纤维 Kynol 也是由美国金刚砂公司开发的，但美国放弃了而交由日本 Kynol 公司生产，随后转至日本最大的酚醛树脂厂管理，现产能为 500t/a，是世界唯一的该纤维生产厂。

数（GI）POF，使应用领域不断扩大。表2 示出POF 的开发史[7]，可见日本的研发占主导地位。目前三菱人造丝的 POF 10产能为7 km/a，1a 后将提高至 1.5×10 km/a，2003－2004 年再提高至 2×106 km/a，2005 200 年销售目标为亿日元[8]。

1993 Courtaulds年三菱人造丝又兼并了英国在美国倒闭的 Hysol Grafil 碳纤维企业，使之在美国有生产基地，现产能已壮大至 1 500t/a。

随后帝人公司于 2000 AKZO 年兼并了荷兰NOBEL 1.1的×104 t/a 聚对苯二甲酰对苯二胺

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１．３　　兼并国外优势品种的事业部，以期壮

大成世界领先产品

最典型的是塑料光纤（POF

），早在1980 年代三菱人造丝便兼并了美国杜邦的 POF 事业部，

表2 POF 世界重要发展史

年 代1964年1982年1983年

杜邦NTT庆应大学NTT三菱人造丝

单 位

开 发

首次报道PMMA芯的SI POF（在650nm下为500dB/km）最细的PMMA芯SI POF（在670nm下为55dB/km）

首次报道PMMA系FI POF（在670nm下为1 070dB/km）

全氘化的PMMA芯SI POF（在680nm下为20dB/km）PMMA芯SI POF“ESKS”（在570nm下为110dB/km）

1987年法国成立法国POF俱乐部 1990年庆应大学首次报道高速展示PMMA系GI POF（在670nm下为300MHz/km）1992年1993年1994年

庆应大学Essex大学USA日本庆应，IBM庆应，NEC旭化成

1995年1996年

注：

PMMA

全氘化PMMA系GI POF（在688nm下为55dB/km）用补偿电路通过PMMA芯SI POF传导100m为531Mb/s建立高速POF网络（HsPN）国际协议建立日本POF国际协议

在670nm通过PMMA系GI POF和VCSEL传导100m为1.0Gb/s在650nm通过PMMA系GI POF和VCSEL传导100m为2.5Gb/s高速数据传输用的多芯SI POF

首次报道1.3μm用的全氟（PF）聚合物系GI POF（50dB/km）PF聚合物系POF的理论损耗预测（在1.3μm下为0.3dB/km）

GI POF链的理论二进位速率（PMMA:4Gb/s 100m，PF:10Gb/s 1km）

3

三菱人造丝，NEC通过低NA SI POF LED和高速红传导100m为156Mb/s庆应，旭玻璃庆应，KAST

CHn

3

，

PF

CF2CCCF2n

CF2

2

FF

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第一期 罗益锋：世界高科技纤维正形成三足鼎立之势(一) - 5 -（PPTA）纤维Twarron 的事业部，并投资1 400 50%亿日元扩大其产能，使之达到1.85×

104 t/a，而且将国内的Technora 芳酰胺共聚纤维的产能提高至 2 000t/a，这样它便具备与杜邦 Kevlar 纤维的竞争力，与此同时兼并了日本东邦

人造丝的碳纤维事业部，目的是使这两种纤维得以互补发展。

东丽公司 2002 1 ATY 年月也兼并了公司的聚苯硫醚 PPS 纤维的事业部，使其包括日本的产能达到 1 600t/a，成为世界最大厂家，加上东洋纺的 640t/a 及吴羽化学和帝人的生产线，日本几乎垄断了全球的市场，主要用于高温粉尘滤袋、抄纸毡和 C 200级（耐℃）电机绝缘材料。2002 年7 月该公司又兼并了杜邦的聚四氟乙烯纤维事业部，计划到 2003 3 000 年使销售额达到万美元，这样东丽又成为世界含氟纤维的最大生产厂家，主要应用于高温粉尘滤袋和滑动材料等。

元件承建奇玉县越生町的净水场装置，处理能力为 4 000t/d。又如东洋纺的活性炭纤维，主要制成溶剂回收装置、除臭机、除湿机、水处理装置等出售。再如熔喷法超细纤维无纺布（M）生产厂，美欧日大都与纺粘法无纺布（S）以各种形式相复合出厂，如 SM、SMS、SMMS、SSMMS 等，甚至制成液体过滤器、血液过滤元件等。其它如间、对位芳酰胺纤维、POF、PTFE、离子交换纤维、吸油纤维等也是如此。

另外，日本把高性能纤维用于民用服装也是首创性，过去在欧美仅限于将耐高温和抗燃纤维用于军服、赛车服和易燃易爆工厂的作业服，而日本已用 Kevlar 纤维作为芯线，棉花作为外包缠丝，制作防摔伤的高档牛仔裤；用超强聚乙烯纤维作混织的运动服特别是登山服；用 PTFE 纤维作混织的滑爽、防污服；最近东丽已将 PPS 耐热阻燃纤维用于秋冬的男士外衣和妇女衣料上，主

要利用其热导率比涤纶低 1.3－1.4 倍，而可抑制体温的放热，当作为冬季高尔夫球运动外衣时，与涤纶混织作为接触皮肤的层面，而外层用加入了紫外光吸收剂的热变换面料组成而成，不仅保温，外热吸收性也高，从而达到暖和的目的。

日本在高科技纤维的应用研究和市场开发方面，也有不少创新产品，如混凝土加固片材、大型复合材料罗拉、燃料电池汽车用的氢气高压容器、燃料电池电极气体扩散层、轻量建材、利用光触媒纤维的流体净化装置、植物生长材料、组合入超导线材的超导电力贮存系统、使用 POF 的读书灯和景观照明灯、比钢筋混凝土便宜的“张力管理”碳纤维筋材和世界最小的纳米碳纤维齿轮等。

总之，由以上 4 个主要因素构成了今日日本高科技纤维的统治地位。

（未完待续）

[9]

１．４　　逐步形成从原料、纤维到下游制品的配套生产体制，并大力开发新市场

最典型的是碳纤维，除住友化学和旭化成只生产 PAN 3 原丝外，日本大厂家都已形成从丙烯腈单体、PAN 原丝、碳纤维、织物、预浸料、片

材及某些复合材料制品如汽车部件等的一贯配套

生产体制，甚至在海外市场地建厂，以增强竞争力和提高收益。中空纤维分离膜也是如此，各厂家都制成分离元件甚至全套分离系统出售，并协助用户培训操作，象旭化成的聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维MF 膜分离系统，已承担横浜和关西地区都市自来水的纯化工程，并计划于 2005 10年在欧美各建4 /a 只的元件生产厂，使欧美水处理的膜化率由目前的 1% 30%提升到；东丽的同一制品也瞄准欧美 106 人口的城市，将相继建成产量3×10－4×10 t/d 能力的净化厂；可乐丽和栗田工业也直接利用其 PS UF 中空纤维膜

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