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洛阳理工学院毕业设计论文
编辑：广东弗艾博纤维技术研究有限公司
3.1国外芳纶纤维的发展现状
3.1.1 国外芳纶纤维的发展史
芳纶纤维最早开发于20世纪60年代初，1962年美国杜邦公司率先研制出商品名为“Nomex”间位芳纶，并于1967年开始工业化生产；1966年又研制出商品为“Kevlar”的高性能芳纶，并于1971年开始工业化生产；目前全球从事芳纶1414生产的厂家主要有美国杜邦公司(Kevlar)、日本帝人公司(Twaron、Technora)、俄罗斯耐热公司(Pycap)等。
自20世纪60年代美国杜邦公司成功的研发出芳纶纤维并率先实现产业化后，迄今30年多年中，芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程，现在国外芳纶无论是研发水平还是规模化生产都日趋成熟。在芳纶纤维生产领域，对位芳香族聚酰胺纤维发展最快。如美国杜邦的Kevlar纤维，荷兰阿克苏·诺贝尔公司(已与帝人合并)的Twaron纤维，日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等[12]。
3.1.2 国外芳纶纤维的生产
美国杜邦是芳纶开发的先驱，他们无论在新产品的研发、生产规摸上，还是在市场占有率上都居世界一流水平，仅他们生产的Kevlar纤维，目前就有Kevlar-49、Kevlar-29等十多个牌号，每个牌号又有数十种规格的产品。杜邦公司Kevlar纤维的总产能达3.0万t/a以上，目前杜邦公司有三个生产高性能芳纶的基地，最早的生产基地是在Richmond，产能2.2万t/a(合成树脂3.0万t/a以上)，第二个生产基地是在英国北爱尔兰Maydown，产能0.7万t/a，第三个生产基地是在日本的合资东丽一杜邦(TDC)，产能0.4万t/a。杜邦公司在2006年宣布扩大Kevlar纤维的生产能力，增设新的生产线，计划在未来五年产能将扩张50％。帝人、赫斯特等芳纶生产的知名企业也不甘示弱，纷纷扩产或联合，并积极开拓市场，希望成为这个朝阳产业的生力军。近年来日本敌人通过收购并投资荷兰阿克苏·诺贝尔公司，使其产量增加1倍，形成了与杜邦公司抗衡的竞争格局。
国外芳纶纤维产能主要集中在日本、美国和欧洲，生产芳纶纤维的公司也较为集中， 目前全球从事芳纶纤维生产的厂家主要有5个：美国杜邦公司(Kevlar)、日本帝人公司(Twaron、Teehnora)、俄罗斯卡明斯克化纤股份公司(SVM、AP—ITIOC、Rusar) 和特威尔化纤股份公司(SVM、Apmoc)、韩国科隆公司(Kolon)，其他国家或公司仅有少量生产一。2009年，全球芳纶纤维生产能力约9.51万t/a，其中对位芳纶纤维产能约6.61万t/a，杜邦和帝人二家公司产能合计6.15万t/a，占对位芳纶纤维产能的93%；间位芳纶纤维的产能约为2.9万t/a，主要的生产公司仍为杜邦公司，产能为全球总产能的75%以上。预测到2015年全球对位芳纶纤维产能可达6.61万t/a，间位芳纶的产能为5.2万t/a。2009年全球芳纶纤维的消费量约为7.5万t，其中对位芳纶纤维5.2万t，间位芳纶纤维2.3万t。芳纶纤维的消费区域主要也集中在美国、欧洲和日本。欧洲是世界芳纶纤维的最大消费市场，其消费量占全球总消费量的48％，约3.6万t；美国消费量占全球36%，约2.7万t；日本消费量约占全球11%，约0.8万t；其他地区约0.4万t。随着生产技术的发展以及生产成本的逐步降低，芳纶纤维的消费领域已经逐步从应用于军工和航天领域的特殊材料，发展成为在工业和民用领域有着广泛应用的高性能材料。表4-1为国外对位芳纶的产能情况[13-14]：
3.2 我国芳纶纤维的发展现状
3.2.1 我国芳纶纤维的发展史
我国于1972年开始进行芳纶的研制工作，并于1981年通过芳纶1313的鉴定，1985年又通过芳纶1414的鉴定，它们分别相当于美国杜邦公司的Nomex和Kevlar。1986～1990年中国发展国民经济第七个五年计划期间，北京橡胶工业研究设计院、西安交通大学、晨光化工研究院、南通合成树脂厂和上海合成纤维研究所共同承担了国家关于芳香族聚酰胺的研制工作。在20世纪90年代，晨光化工研究院、上海合成纤维研究所、东华大学化学纤维研究所、沈阳市红星密封材料厂等单位研制和生产的对位芳纶性能已接近国际水平。但由于资源、成本等方面的原因，我国应用的芳纶大部分仍然依赖于进口。1999年，山东烟台氯纶股份有限公司正式提出建设中国第一个芳纶1313程项目，并于2001年5月份引进了俄罗斯技术。经过艰苦的技术攻关，开发研制出了具有极高科技含量的20多种有色芳纶1313纤维，产品质量可与美国杜邦等世界一流公司媲美。
3.2.2 国内芳纶纤维的生产
随着我国经济的迅速发展，我国的芳纶需求量和生产量越来越多。2009年我国间位芳纶纤维产能7600t/a,对位芳纶纤维产能255t/a，芳纶纤维总产量约8000t。国内间位芳纶纤维的主要生产企业有3家，分别为烟台氨纶股份有限公司、广东彩艳股份有限公司和圣欧 (苏州)安全防护材料有限公。2004年烟台氨纶股份有限公司在完成了间位芳纶中试的基础上实现了500t产业化生产线，并于2006年将生产线扩大至2500t/a。2009年底公司又新建生产装置，产能达到4600t/a，完全投产后产量也将大幅增加。广东彩艳股份有限公司于1996年开始研发芳纶纤维生产技术，2000年时建成200t/a间位芳纶纤维中试生产线，2004年时，建成l000t/a间位芳纶纤维生产线。圣欧(苏州)安全防护材料有限公司成立于2005年，隶属于圣欧集团(中国)有限公司，公司间位芳纶纤维产能达到2000t/a，为国内第二大问位芳纶纤维生产企业，也是中国最大的芳纶绝缘纸生产商。国内对位芳纶纤维的主要生产企业有4家，分别为中蓝晨光化工研究院、上海东华大学、烟台氨纶股份有限公司和广东彩艳股份有限公司。中蓝晨光院在20世纪90年代掌握年产30t对位芳纶纤维技术的基础上，正在扩大建设千吨级的对位芳纶纤维生产装置。东华大学在2000年后开始对位芳纶纤维的研究工作，2006年与两家民营企业组建了上海艾麦达纤维科技有限公司，并在常熟市贝斯特皮革有限公司建成年产1000t规模的中试装置。烟台氨纶股份有限公司2008年取得对位芳纶纤维中试成功，建成连续运转百吨级中试生产线，计划建设1000t/a对位芳纶纤维生产装置。广东彩艳股份有限公司是主要的间位芳纶纤维生产公司，对位芳纶纤维还处于研发阶段，有小试装置，规划建设l000t/a对位芳纶纤维的生产装置。另外，国内还有多家单位如河北硅谷化工公司、江苏仪征化纤公司、河南帘子线公司等都在进行对位芳纶纤维工业化生产的研究，其中仪化公司计划投资11亿元人民币建设3000t\a对位芳纶项目，河北硅谷化工公司计划建设千吨级对位芳纶纤维的生产装置。2009年中国芳纶纤维生产厂家概况如表4-2[15]:
3.3 我国芳纶纤维的消费现状及预测
由于芳纶的投资成本高，技术难度大，工艺技术严格保密，长期以来只有美国和日本等极少数国家生产，产品被视为重要战略物资而严格管理，形成了技术和贸易的垄断，在价格上、货源上对我国实行特别限制，再加上国内技术、资金、原料和设备等原因，中国至今未能实现芳纶1414的工业化生产。近10年来，由于我国高科技产业的高速发展，芳纶1414又是支持高科技产业的基础材料，市场容量扩大，对芳纶1414的需求日趋紧迫，据统计我国每年直接和间接进口的芳纶及相关制品数以亿元计，缺口5000t以上，市场潜力极大[16]。
2009年，我国芳纶纤维的消费量约5125t。目前芳纶纤维的主要消费领域是防弹防护材料、线缆材料、橡胶和复合材料工业。尤其是对位芳纶纤维在防护材料和复合材料上的应用增长较快。防护材料主要用于防弹织物以及防火织物，用于军事、安保、消防等领域；线缆主要用于高强绳索和光缆的张力构件；橡胶工业领域的用量稳步增长，主要是轮胎、胶管、传动带和胶料用短纤维的用量增长较快；复合材料主要应用于固体火箭发动机壳体，航天器的机身、主翼、尾翼等。预计到2015年，我国芳纶纤维的市场年需求量将会达到11000t，2009～2015年的年均增长率为13.6%。2009年国内芳纶纤维的消费结构及2015年的预测如表4-3所示[17-18]:
3.4 我国芳纶纤维的进出口情况
2009年，我国芳纶纤维的进口量约2519t，出口量约394t，净进口量2125t。近几年，我国芳纶纤维进口量增长较快，2007年时芳纶纤维进口量有1850t，到2009年进口量已超过2500t。2007～2009年芳纶纤维进口的年均增长率约为 16.7%。表4-4为2007～2009年国内芳纶纤维进出口情况[19]：
3.6 国内外芳纶纤维的发展展望
芳纶凭借其良好的机械性、优异的耐燃性阻燃性、稳定的化学性质等，在海内外用户中赢得普遍赞誉，具有广阔的市场发展前景。
21世纪是新技术新材料的时代，也是高科技纤维的时代。随着科技进步和世界经济的进一步发展，芳纶纤维还将在更多领域有所应用，现在芳纶纤维不仅仅在航空航天、军事、工业生产方面得到了很好的运用，更是渗透到了人们生活中的方方面面。芳纶纤维在市场容量和更加复杂的性能方面将会加速发展。目前，美国、日本的芳纶制造商都争相扩大生产，世界芳纶工业正迎来一个大发展的机遇。我国要打破外国的芳纶技术垄断和突破生产技术的障碍，就必须全力以赴进行工程技术攻关，研制出具有中国自主知识产权的芳纶技术专利，生产出可与国外同类产品媲美的高性能芳纶纤维，以取得市场的制高点和主动权。随着我国对位芳纶产业化进程的推进，我们的化纤工业一定能在产业用纺织品领域发挥越来越大的作用[20]。
3.5 我国芳纶纤维的市场需求情况
近年来我国芳纶纤维市场需求旺盛，国产产品供不应求，大部分用量依靠进口，2009年国内市场缺口约2000t。预测未来我国芳纶纤维市场仍将大量进口，国产芳纶纤维在数量和质量上仍与进口产品有一定差距，但差距将逐步缩小，自给率逐步提高。2007～2009年国内芳纶纤维的供需变化及预测如表4-5所示：
3.6 国内外芳纶纤维的发展展望
芳纶凭借其良好的机械性、优异的耐燃性阻燃性、稳定的化学性质等，在海内外用户中赢得普遍赞誉，具有广阔的市场发展前景。
21世纪是新技术新材料的时代，也是高科技纤维的时代。随着科技进步和世界经济的进一步发展，芳纶纤维还将在更多领域有所应用，现在芳纶纤维不仅仅在航空航天、军事、工业生产方面得到了很好的运用，更是渗透到了人们生活中的方方面面。芳纶纤维在市场容量和更加复杂的性能方面将会加速发展。目前，美国、日本的芳纶制造商都争相扩大生产，世界芳纶工业正迎来一个大发展的机遇。我国要打破外国的芳纶技术垄断和突破生产技术的障碍，就必须全力以赴进行工程技术攻关，研制出具有中国自主知识产权的芳纶技术专利，生产出可与国外同类产品媲美的高性能芳纶纤维，以取得市场的制高点和主动权。随着我国对位芳纶产业化进程的推进，我们的化纤工业一定能在产业用纺织品领域发挥越来越大的作用[20]。
结 论
发展具有差别化、功能化、特殊意义的高性能纤维和特种纤维是21世纪的主要研究课题，芳香族聚酰胺纤维作为典型的高性能纤维必将得到全面的发展。现代国防、消防、化工、冶金、水电、地矿、核工业等行业对具有隔热、透气、阻燃、耐温、耐腐蚀的特种材料的需求也将造就一个潜在的巨大市场。通过改性、新型成型技术和差别化研究，进一步改善其压缩强度、耐疲劳强度、弯曲模量、耐水耐光性能和表面粘合力，提高其使用性能，改善加工条件，降低生产成本，可以预计随着芳纶纤维生产技术和应用技术的革新，与芳纶纤维相关的功能纺织品将会得到更广泛的应用。
用芳纶纤维增强的复合材料具有耐腐蚀、耐疲劳、抗冲击、隔热等优异性能，在许多领域尤其在航空航天领域得到了广泛应用。由于芳纶具有优良的性能，故该纤维及其制品应用于轮胎行业、防弹衣、运动器材，航空航天、军需工业建筑业、涂覆织物制品等多种行业中。正是由于它的用途十分广泛，它曾被称为“全能纤维”。据统计，用于防弹衣、头盔等约占7％～8％；航空航天材料、体育用材料约占40％；轮胎和胶带骨架材料等约占20％；高强绳索等占13%左右。
现阶段我国的芳纶产品主要是高温过滤用的低端产品，服装及其他高端领域的应用较少，一些高端产品，如间位芳纶纸、长丝、可染纤维等尚未开发成功。高端间位芳纶产品的技术开发难度较大，成为芳纶在高端产品中应用的主要阻力。另外由于目前只有美国、日本、荷兰等国家可进行芳纶纤维大规模工业化生产，国内较少厂家能生产芳纶的成本较高，这就阻碍芳纶在许多行业的应用，如轮胎行业等。随着社会的发展，芳纶作为一种高性能的纤维，其应用将会越来越广泛，国内芳纶要借鉴国外的经验，进一步加大芳纶的生产规模，减少原纤化，提高摩擦性能，改善染色性能等，将会成为以后芳纶研究的主要方向[21]。
谢 辞
本课题在选题及研究过程中得到胡骥老师的悉心指导。胡老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。胡老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，给我以终生受益无穷之道。对胡老师的感激之情是无法用言语表达的。感谢诸位老师等对我的教育培养。你们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深的鞠一个躬，并深深的表示感谢。
参考文献
[1]李哗．对位芳纶的发展现状、技术分析及展望E[J]．合成纤维，2009，9(2):1-5
[2]罗益锋．高性能纤维掘金勿忘科学发展[J]．中国化工信息，2010, 1(8):6-7
[3]李新新，张慧萍，晏雄．芳纶纤维生产及应用状况[J]．天津纺织科技，2009，187（5）：4-9
[4]罗益锋．聚焦海外高性能纤维新动向[J]．中国化工信息，2010：2(1): 8-9
[5]杨青，王小菊．改性芳纶短纤维Sulfron3001在轮胎胶料中的应用[J]．橡胶工业，2010，57(5):300-302
[6]刘庆备，梅李超，孙友德．超级芳纶III的特性简介[J]．高科技纤维与应用，2008，33(5):7-10
[7]江恩伟，杨中强，俞宗根，等．对位芳纶纤维纸在覆铜板中的应用研究[J]．绝缘材料，2010，43(2):20-23
[8]袁金慧，江棂，马家举，等．芳纶的应用和发展[J]，高科技纤维网与应用，2005，30(4)：27-30
[9]王维相，翁亚栋．芳纶在橡胶制品中的应用概况[J]，橡胶工业，2004，51（25）：437-438
[10]黎继荣．芳纶材料在高性能轮胎中的应用[J]，科技资讯，2000，31（16）：35-36
[11]董纪震，吴宏仁，陈雪英．合成纤维生产工艺学[M]．北京纺织工业出版社，1989
[12]高田忠彦．对位型芳纶的性能与应用[J]．高科技纤维与应用，1998，23(6)：40
[13]马立，鲁烈峰，白仲安，等．芳纶纤维增强复合材料的机械加工[J]. 制造技术研究，2007，6(28)：30
[14]严志云，刘安华，贾德民．芳纶纤维的表面处理及其在橡胶工业中的应用[J]，橡胶工业，2004，51（12）：56
[15]Thangaratnam R K, Palaninathan R, Ramachandran J. Thermal buckling of laminated composite shells[J]. AIAA Journal, 1990, 28(5): 859 -860
[16]Chen J K, Sun C T, Chang C I. Failure analysis of a graphite epoxy laminate subjected to combined thermal and mechanical loading[J]. Journal of Composite Material, 1985, 19(5): 408-423
[17]Ballantyne A, Woodroffe J A , Cronburg T L. Modeling of the interaction of 10.6 μm laser radiation with reinforced plastics[J]. AIAA Journal, 1981, 19(6):731-738
[18]Stavridi M, Ginneken B, Koenderink J J. Surface bidirectional reflection distribution function and the texture of bricks and tiles[A]. SPIE[C]. 1996 , 2599: 406-417
[19]Zaworski J, Welty R, Drost M K. Measurement techniques for bidirectional reflectance of engineering materials[A]. ASME[C]. 1993, 244:172-177
[20]Davis H. Microstructure Organization in Para aramid Fibers[J]. Textile Research Journal, 2000, 70(11): 945
[21]Xiao Dong Hu, Shawn E Jenkin, Byung G Min, et al. High Performance Fiber(J). Macromolecular Materials and Engineering, 2003, 288(11): 823-843
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