羅益鋒

1 我國特種纖維產業(yè)的起步

我國的特種纖維于1960年左右，先后誕生于國內的2家科研院所，一個是中國科學院長春應用化學研究所（以下簡稱“長春應化所”），另一個是化工部北京化工研究院纖維素所（以下簡稱“北化院纖維所”）。當時，長春應化所研究的是碳纖維，而北化院纖維所研究的是靜電紡過氯乙烯納米纖維非織造布和聚間苯二甲酰間苯二胺（又叫“間位芳酰胺”）纖維（m—ARF）。北化院纖維所于1963年獨立組建成化工部北京合成纖維研究所，同時上海市合成纖維研究所（簡稱“上海合纖所”）也相繼成立，同樣研發(fā)軍工需要的m—ARF，前者選用溶液縮聚和直接濕紡工藝，而后者采用界面縮聚和干法紡絲工藝。遺憾的是，這2個科研項目在“文革”開始后都相繼下馬。1969年，北京合成纖維研究所根據當時備戰(zhàn)的需要，遷至湖南并改名為“岳陽石化總廠研究院”。

1970年初，上海合纖所根據軍工需要研制了聚酰亞胺纖維（PIMF），可用作投放原子彈時的防輻射降落傘材，隨后該所開始研發(fā)PAN基碳纖維（PAN—CF）和聚對苯二甲酰對苯二胺（又叫“對位芳酰胺”）纖維（p—ARF）。上海紡織科學研究院成功研制了酚醛纖維和聚砜中空纖維超濾膜，發(fā)明了線型酚醛樹脂與20%聚乙烯醇水溶液相混溶、并進行濕紡與后道甲醛交聯的技術，克服了純酚醛纖維的脆性難題，并降低成本，但纖維的抗燃性有所下降，隨后投入中試。湖南株洲工業(yè)研究所采用線型酚醛樹脂與約5%尼龍6（PA6）相混合的熔紡技術研發(fā)酚醛纖維，并投入中試生產。1976年毛主席逝世后，在冶煉水晶棺的過程中，高溫爐工作服采用的原料就是他們所生產的酚醛纖維。同年上海市合成樹脂研究所開始研發(fā)另一種p—ARF，即聚對苯二甲酰胺纖維，一時間這2種纖維產業(yè)形成了競爭的格局。

北京合成纖維實驗廠則研發(fā)了PA6和PP兩種熔噴法超細纖維非織造布，前者用于我國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”的鎳鎘電池隔膜材料，同時試制了DMSO法丙烯睛快速中轉化溶液聚合直接紡絲制備PAN原絲新工藝。由原北京航空工業(yè)部621研究所（現北京航空材料研究院）用自制的簡易碳化小試線試制碳纖維制成碳纖維增強復合材料（CFRP）飛機螺旋槳樣品。1972年底北京合纖廠將300t/a的DMSO法PAN纖維中試裝置無償調撥至山西榆次化纖廠，經進一步改造后形成碳纖維專用原絲生產線。

1974年，西安絕緣材料廠為滿足軍工對耐高溫（H級）電機絕緣材料的需求，自行開發(fā)出m—ARF中試生產線，但該生產線因關鍵技術未攻破、產品質量不及杜邦的Nomex紙而中止。此后大連合成纖維研究所也研發(fā)聚噁二唑纖維（PODZF），并在金州氯酸鉀廠投產，后因市場有限而停產。到70年代后期，清華大學化工系和中國紡織大學（現東華大學）也加入p—ARF的基礎研究和中試工作。清華大學從德國Forne公司引進小型干噴—濕紡試驗裝置，開展縮聚和紡絲研究；而中國紡織大學開展間歇縮聚及其設備的研究。

值得提出的是，20世紀70年代是我國PAN—CF研發(fā)工作普遍開花的年代，參與的單位除上海合纖所和山西榆次化纖廠外，還有中國科學院山西煤炭化學研究所（以下簡稱“煤化所”）、安徽大學、遼源石油化工廠、廣州陶瓷化工廠、吉林化工研究院、上海碳素廠、吉林碳素廠、蘭州炭素廠等。為了整合研發(fā)力量和實現統(tǒng)一領導，原國防科學技術工業(yè)委員會（以下簡稱“原國防科工委”）召開了“7511會議”，由張愛萍上將親自領導，對全國PAN—CF的研發(fā)工作做了統(tǒng)一步署。

在功能纖維方面，中空纖維分離膜的研發(fā)也進入高潮，原天津紡織工學院（現天津工業(yè)大學）研發(fā)了聚砜和PAN等中空纖維超濾膜和芳酰胺中空纖維反滲透膜，后者用的樹脂由天津合成樹脂廠提供，其中聚砜中空纖維超濾膜先后在天津、招遠、武漢等全國多地投入生產。國家海洋局第二研究所則研制出醋酸纖維素中空纖維水處理膜和苦咸水處理裝置；中國科學院大連化學物理研究所研發(fā)出聚砜中空纖維混合氣體分離膜，應用于合成氨廠尾氣回收氫氣；復旦大學研發(fā)聚丙烯（PP）中空纖維空氣分離膜制備富氧，用于醫(yī)療急救和然燒爐等；而四川化工研究所也通過PP中空纖維分離膜元件進行天然氣提純和氦氣回收。

在塑料光纖方面，原北京玻璃研究所（現北京玻璃研究院）和中國科學院上海有機化學研究所等都對其開展了研制和應用研究；此外遼源工業(yè)研究所系統(tǒng)研發(fā)了陽離子、陰離子和雙型離子交換纖維，應用于水處理和照相廢液回收銀等技術；河南中核五院研究設計有限公司等研發(fā)的離子交換纖維，主要用于處理核工業(yè)用的放射性循環(huán)水；而長沙的中核工業(yè)集團230研究所利用自制的以PAN纖維為起始原料，轉化為偕肟胺類離子交換纖維，用于鈾礦表面的雨水成分探測進行探礦。

在活性炭纖維方面，產量最大的是安徽佳力奇碳纖維有限公司，粘膠基碳纖維的產能約300t/a；南通活性炭纖維有限公司的PAN基活性炭纖維的產能約為100t/a；鞍山塞諾達碳纖維有限公司的瀝青基活性炭纖維產能約為100t/a。此外，江蘇同康特種活性炭纖維面料有限公司、鞍山森鑫活性炭廠和秦皇島紫川活性炭纖維有限公司等也是比較突出的企業(yè)等。

可見，20世紀70年代是我國特種纖維的研發(fā)高潮期，為適應形勢的發(fā)展，原化工部于1978年正式命名北京合成纖維實驗廠情報組為“化工部特種合成纖維情報中心站”（以下簡稱“化工部特纖中心站”）。該專題組自1972年起便系統(tǒng)研究國內外特種纖維的綜合信息研究和咨詢服務，將研究成果通過學術會議、《北京化工》（特種纖維分冊）及《特種纖維簡報》發(fā)行全國，同時協(xié)助北京合纖實驗廠研究所組建聚四氟乙烯膜裂法新生產線，并提供大型熔噴法噴頭的參考資料，為該生產線實現規(guī)?；a作出重要貢獻。

1980年上半年，我國首次向南太平洋發(fā)射洲際導彈試驗成功，但因材料較笨重，射程只有6 000km，不具備戰(zhàn)略意義。為了研制第2代洲際導彈的新材料，1980年3月，當時的原國家科委（現科學技術部）召開“全國特種合成纖維工作會議”，會上正式委托特纖中心站負責全國特種纖維的信息交流、咨詢服務、每5年配合國家重點科技攻關任務，為國家有關部委編寫“國內外特種纖維中長期發(fā)展戰(zhàn)略研究報告”及規(guī)劃草案，并有會議紀要發(fā)送全國各有關單位。

目前，我國已形成重點產品可基本自給、纖維品種較全、質量趨于穩(wěn)定、并朝系列化、規(guī)?；⒏咝Щ?、創(chuàng)新能力不斷提升、市場需求快速擴大、產業(yè)布局正趨于合理的方向發(fā)展，有些重要品種已具備國際競爭力，少數產品是我國獨有。我國迄今仍是特種纖維及其復合材料的制造大國。

具體而言，作為“新材料之王”的PAN—CF，我國產能在5000t/a以上的企業(yè)有4家，小絲束有中復神鷹碳纖維有限責任公司（簡稱“中復神鷹”）、江蘇恒神股份有限公司和威海拓展纖維有限公司，產能均達到5 000t/a及以上規(guī)模；大絲束為浙江精功科技股份有限公司和吉林精功碳谷碳纖維有限公司，大小絲束總產能超過5 000t/a。到2020年，國內碳纖維產能達萬噸規(guī)模的企業(yè)可望達到6家。其中，中復神鷹在西寧興建2萬t/a的小絲束生產線有望在2～3年內形成產能，其主要應用市場是風電葉片、氫燃料電池為主的高壓容器、汽車、高鐵、飛機和體育休閑用品。在高檔產品方面，我國可在中試線上制得相當于東麗T1 000和M60J的高端產品，研發(fā)水平有望達到T1 100水平，并向目前全球最高強度水平（7GPa）和M65J乃至M70J的方向進發(fā)。

A RF及其共聚纖維方面，產能1 000t/a的p—ARF企業(yè)已有5家。其中煙臺泰和新材料有限公司（簡稱“泰和新材”）到2020年將擴大至3000t/a的水平；而江蘇瑞盛材料科技有限公司正籌建5 000t/a的生產線，到2025年有的企業(yè)計劃興建1萬t/a的大型生產裝置。在m—ARF方面，泰和新材已擁有近8 000t/a的產能，僅次于杜邦已躍居世界第2位。

在芳綸Ⅲ方面，現有4家50t/a的企業(yè)，其中四川輝騰科技股份有限公司300t/a生產線，但目前處于關停狀態(tài)。目前該品種與俄羅斯的差距還較大，我國只有一個品種，而俄羅斯已有5種系列產品，而且性能上乘。

在UHMWPEF方面，我國現有30余家企業(yè)擁有生產裝置，但實際能正常生產并擁有千噸級產能的企業(yè)只有不足20家，產能最大的企業(yè)是江蘇九九久科技有限公司（4 000t/a），計劃于2020年擴大至1.2萬t/a；另一家頗有發(fā)展?jié)摿Φ氖侵惺瘍x征化纖股份有限公司，是唯一選用十氫萘為溶劑的干法紡絲廠家。

在玄武巖纖維（BSF）方面，由于我國火山巖資料豐富，地方政府又給予資金和政策上的支持，因此近年來發(fā)展迅猛，約有30余家擁有生產裝置，但正常生產的約有十幾家。玄武巖纖維的代表企業(yè)有四川航天拓鑫玄武巖實業(yè)有限公司、浙江石金玄武巖纖維有限公司、山東聚源玄武巖纖維股份有限公司（簡稱“山東聚源”）及山西晉投玄武巖纖維有限公司，產能皆為3000～4000t/a。目前我國玄武巖纖維總產量約占世界的90%左右，現東南大學和山東聚源等正攻克大型池窯和2000孔漏板技術，為未來降低成本和擴大市場打下基礎。

在瀝青基碳纖維（P—CF）方面，通用級纖維代表性企業(yè)有上海宏特新型碳材料有限公司、四川創(chuàng)越炭材料有限公司和鞍山塞諾達碳纖維有限公司，產能各為5000t/a、1000t/a和750t/a；中間相纖維企業(yè)有5～6家，全處于小型中試階段。

在PIF方面，我國居世界領先水平，江蘇奧神新材料股份有限公司的產能為2000t/a，采用干紡路線，其中高強型最高強度高達28cN/dtex；長春高崎聚酰亞胺材料有限公司選用濕紡工藝，產能1000t/a；常州先諾擁有100t/a的小型生產線，既能生產普通型也能生產高強高模型PIF；江西先材納米纖維科技有限公司則生產靜電紡PI納米纖維，單絲直徑為100～1400nm。

在聚對亞苯基苯并雙噁唑纖維（PBOF）方面，我國至少有10家單位開展研發(fā)，2019年建成50t/a中試產能的產學研聯合項目有晨光化工研究院—華東理工大學、江蘇中匯特纖新材料有限公司—浙江工業(yè)大學、中科金綺新材料科技有限公司—中科院北京化學所、哈爾濱工業(yè)大學。

在聚芳酯纖維（LPCF）方面，浙江千禧龍?zhí)胤N纖維有限公司與東華大學合作，已建成100t/a產能的生產線；晨光化工研究院與四川紡織研究院合作，試制出了性能良好的纖維。

在聚苯硫醚纖維（PPSF）方面，為適應高溫粉塵濾袋日益增長的需求，目前已大規(guī)模生產的企業(yè)（產能1000～10000t/a）有四川得陽科技股份有限公司、江蘇瑞泰科技有限公司、江蘇世財環(huán)?？萍加邢薰?、廈門三維絲環(huán)保股份有限公司、海寧新能紡織有限公司、營口耐斯特環(huán)?？萍加邢薰竞头鹕绞兴箻菲仗胤N材料有限公司等企業(yè)。

在聚噁二唑纖維（PODZF）方面，江蘇保得新材料有限公司與原總后裝備研究所合作，已建成1000t/a的生產線，用于高溫粉塵濾袋。

在聚四氟乙烯纖維方面，規(guī)模較大的廠家有上海凌橋環(huán)保設備有限公司和常州中奧興城高分子材料有限公司，各選用薄膜切割法（前者有少量載體紡絲生產線），產能各為400t/a和350t/a。

在碳化硅纖維方面，現有2家小型生產廠，其中蘇州賽力菲陶纖有限公司的產能約為20t/a，而鎢芯碳化硅和碳芯碳化硅纖維均處于小試階段。

此外，處于小規(guī)模中試或小試狀態(tài)的品種有粘膠基碳纖維、聚醚醚酮纖維、蜜胺纖維、氧化鋁纖維、氧化鋯纖維、纖維素納米纖維等。另外我國處于世界領先水平的尖端纖維，有碳納米管（CNT）長絲和氧化石墨烯纖維，前者由中科院蘇州納米所和清華大學研制，強度分別達到100GPa和80GPa；后者由蘇州大學研制，拉伸強度和模量各達到217MPa和5.5GPa，導電率1611S/m。

在功能纖維方面，我國已成為石英光導纖維的最大生產國和出口國，僅蘇州亨通集團的產量就占全球的15%左右；中空纖維分離膜的生產廠家已超百家，只有海水淡化用反滲透膜迄今關鍵技術尚未攻破，透析膜主要由幾家日本在華企業(yè)生產，水處理用超濾膜和氣體分離膜均可自給；活性炭纖維（ACF）產能達百噸級的約有4～5家，其中安徽佳力奇碳纖維有限公司為300t/a，采用粘膠為起始原料；南通活性炭纖維有限公司為100t/a，以PAN纖維為原料；而鞍山塞諾達碳纖維有限公司采用熔噴法通用級瀝青制備非織造布。此外，尚有導電纖維、離子交換纖維、自降解纖維、水溶性纖維、蛋白纖維、甲殼素纖維、海帶纖維、止血纖維、抗菌消臭纖維、各種納米纖維、吸醛纖維、光柵單絲、各種醫(yī)用纖維和金屬纖維等。

4 結語

綜上所述，我國特種纖維的研發(fā)和產業(yè)化經歷了漫長的科技攻關歷程，以自立更生為主，引進國外先進技術和設備為輔，迄今巳發(fā)展成為全球的制造大國，隨著我國“一帶一路”倡儀獲得越來越多國家的認同和加入，出口比例不斷增長。

盡管我國的特纖產業(yè)取得了輝煌業(yè)績，但與國外先進公司的產品相比仍存在差距，特別是在創(chuàng)新能力和復合材料設計等方面差距較大，相信在以習近平總書記為核心的黨中央領導下，到2025年左右我國將邁入特種纖維制造強國的行列，為國民經濟和國防現代化作出應有的更大貢獻。