研究发达国家纤维产业发展过程 吸取先进方法

时间:2017-08-24  来源:未知  作者:木木  点击量:

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核心提示:近年来,国家对新材料的研发愈加重视,产业也有所发展,规模更是扩大不小。纤维产业便是其中之一,只是,较之发达国家,我国纤维

近年来,国家对新材料的研发愈加重视,产业也有所发展,规模更是扩大不小。纤维产业便是其中之一,只是,较之发达国家,我国纤维产业还有待增强。

研究发达国家纤维产业发展过程 吸取先进方法

目前发达国家在纺织技术研究方面主要着力于三方面:一是新材料的研究开发及应用,二是利用新技术对旧材料实现再开发(新功能)、再应用(新用途),三是通过新构思再造旧材料的新价值。他们的研究模式包括:多/跨学科穿插研究是核心,多/跨领域技术交叉互用是主门路,多/跨领域联合研究开发是大趋势。

1.美国的智能纺织打算

技术研究层面,美国在碳纤维、芳纶等高性能纤维及其复合材料,生物基纤维材料,地毯、非织造布等产业用纺织品领域的优势明显,他们特殊重视信息技术和管理信息系统。

战略层面,国家组织、高校、大企业是产业重大核心技术供应和产业化主体。国家战略会推动技术融会,2016年4月,白宫成立第八个NNMI项目(国家制造创新网络方案):革命性纤维与纺织品创新制造中心,旨在NNMI项目框架指导下,展开将传统纺织品进级为全新的集成化和网络化的新一代纺织品。美国先进功能织物同盟AFFOA(AdvancedFunctionalFabricsofAmerica)成为中标单位,由麻省理工学院牵头,与美国国防部配合,有52家公司及非营利组织,32所大学,5个州及处所政府部门,28个州代表参加其运营,其中有杜邦、康宁、英特尔等至公司和康奈尔等一流大学。纺织显然具备最为深入的军方色彩,以及深挚的材料、电子、互联网背景。

2.德国的未来纺织项目

德国纺织工业是工业4.0助推传统产业升级的典型,其当前三大目标为:提高资源利用率,推行循环经济;打造以客户为中心的柔性价值链,强调数字化制造过程、大规模定制、新的贸易模式等;研发未来的新型纺织纤维材料,强化德国纺织纤维材料的优势位置。

德国纺织产业技术创新体系很完备,与纺织相关的大学和研究机构10多个,研发职员超过2000人。高校和研究机构致力于跨学科、跨专业的前瞻性研究,新领域的开拓,如“蓝天”(基础)研究;以政府资助项目为主。以“四大学会”--亥姆霍兹结合会(HGF)、马克斯?普朗克学会(MPG)、弗朗霍夫应用研究增进协会(FhG)、莱布尼茨科学联合会(WGL)为代表的国家级研究机构有相关的分领域研究所,其研究重点是纤维新材料。三家全球著名的专业纺织科研机构(海恩斯坦研究院、邓肯多夫国家纺织纤维研究院、图林根纺织塑料研究院(TITK)),专注于前瞻性应用研究,与企业协作亲密,具备产业化才能。

3.日本的纺织技术研究方向

日本的高技术纤维和高端纺织服装技术的领先优势显明,其高性能纤维现有的水平简直为世界第一,拥有碳纤维、对位芳纶和超高分子量聚乙烯三大高性能纤维研发和生产核心技术;还有聚芳酯、PBO、超高强维尼纶等重要品种的研发技术,其装备制造、信息和主动化技术也为纺织产业供给了壮大的支撑。

日本大企业是产业技术供给和产业化的主体,例如东丽、帝人等大企业在新合纤领域基本拥有除装备外的从纤维到纺织品较完整的技术创新链。东丽公司拥有从碳纤维到复合材料制品的生产和研发。企业设立有不同性质的研发中心和研究所,如东丽、帝人等企业在海外设立有研究所,从事应用基础研究。日本的大学会为企业专门提供技术服务,并联合进行项目研发、技术咨询服务。

从这些发达国家纤维新材料的发展可归纳出七大关键词:

一是产业链和产学研。即便碳纤维做得好,没有复合材料,没有零部件确定不行,这是毫无疑问的。

二是大企业、大公司。现在中国有点例外,虽然也有大企业涉足这方面,但总的来说大企业的踊跃性并不高。

三是国家战略、前瞻性的研究。

四是跨学科、跨领域。纤维新材料不仅是应用在传统的纺织、家纺领域,已跨到整个国民经济其余领域了。

五是大数据、智能制造。

六是军方背景、军转民、民转军。

七是新功能、新应用。

我国纤维新材料产业技术与核心竞争力建设

我国纤维新材料发展现状

在工业和信息化部和国家发展改革委2016年底联合发布的《化纤工业“十三五”发展指导意见》中,从三方面对我国“纤维材料”工业发展现状进行定位:一是纺织工业整体竞争力提升的重要支柱产业,2016年,我国化纤产量4943万吨,占世界化纤总量的70%,化纤占我国纺织纤维加工总量的84%,毫无疑问它是一个支柱性的产业。二是具有国际竞争优势的产业。三是战略性新兴产业的重要组成部分,化纤已经不再仅仅应用于传统的纺织服装,它实际上关联到国防、军工、交通、能源、医疗卫生等各个方面。

权衡一个国家纤维材料发展水平通常着眼于以下几个方面:一是大宗的基础性的原材料,即功能性纺织新材料的发展水平;二是生物基化学纤维及原料核心技术的发展;三是高性能纤维产业化技术的突破;四是纤维材料的前沿技术研究等。

1.功能性纺织新材料整体技术提高显著

当前我国功能性纤维材料已到达国际先进水平,冠以寰球当先也不为过,其最主要的特色是惯例纤维的多功能化和高性能化。拥有阻燃、抑菌、抗静电等功能,如硅-氮系阻燃粘胶短纤维、聚丙烯腈预氧化纤维、阻燃涤纶、阻燃锦纶,导电涤锦复合纤维、导电间位芳纶纤维,铜碳纳米聚酰胺6生态抑菌纤维、聚乳酸生态抑菌纤维、超细旦多孔再生聚酯生态抑菌纤维、异形聚酰胺6生态抑菌纤维等,主要应用于特种军服和消防服、飞机和高铁内饰材料、高档纺织品、医用卫材等领域。

2.生物基化学纤维及原料中心技术获得新进展

关键技术取得重大突破:生物基纤维原料的生物发酵和分别纯化核心关键技术、高脱乙酰度壳聚糖、褐藻酸盐和竹、麻浆粕的量产化、绿色化生产技术取得突破;壳聚糖纤维、新溶剂法纤维素纤维、海藻酸盐纤维和生物基聚酰胺纤维等纺丝、后整理产业化关键原创性技术取得重大突破。

初步形成产业规模:生物基化学纤维总产能达到35万吨/年,其中生物基再生纤维19.65万吨,生物基合成纤维15万吨,海洋生物基纤维0.35万吨。

标准体系初步树立:生物基化学纤维标准体系建设取得质的突破,截止2017年,共计发布实行标准21项,其中有13项行业标准和8项化纤协会团体标准。

应用领域进一步拓宽:从服装、家纺、卫生材料等领域逐渐拓展至航空航天、军工、交通运输、产业用、医用敷料等领域。

3.关键战略纤维新材料

目前,包含碳纤维在内,我国高性能纤维所有品种稳步发展,品种齐全,产能规模已居世界前列。碳纤维、间位芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维和持续玄武岩纤维发展基本强化;间位芳纶、连续玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维产业发展过程加快;聚芳醚酮纤维、碳化硅纤维研发力度加大。碳纤维、聚酰亚胺纤维、高性能聚乙烯纤维、高模量芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维等生产工艺技巧先进显著;碳纤维、芳纶、玄武岩纤维等高程度研发体系初步形成。

国产高性能纤维已开端逐步知足国防军工需求,在民用航空、交通能源、工程机械装备、修建构造和海洋工程等领域也得到广泛应用。总体上来看,我们在生物基纤维、高性能纤维领域某些方面跟国外有差距,但是整体根本达到先进水平。

4.前沿纤维新材料

我国前沿纤维新材料种类逐渐扩展,目前以相变储能粘胶智能纤维、光致变色再生纤维素纤维、蓄热聚丙烯腈功能保暖纤维和模仿人体器官用中空纤维等为代表的智能仿生纤维逐渐起步;静电纺纳米纤维、纳米改性聚苯硫醚纤维、生物纳米纤维和碳纳米管在实践研究和应用方面均有所打破,以石墨烯改性聚酯纤维、石墨烯再生纤维素纤维、石墨烯改性聚酰胺6纤维材料为代表的石墨烯资料在纤维应用范畴不断扩大。

总体来说,我国已成为高新技术纤维(含生物基化学纤维)生产品种笼罩面最广的国家;高性能纤维产能、潜在消费量世界第一;部分高新技术纤维的生产及应用技术达到国际领先水平;部分满意国防军工、航空航天的需要(“十二五”期间的描写是能够满意国防军工、航空航天的急需);常规纤维的多功能化、高性能化和低成本处于领先国家序列。这是成绩,当然也有问题,可演绎为几点:缺少或者没有高水平的研发机构;市场应用和开辟跟不上;有技术壁垒,如大飞机、航空航天用的纤维新材料,在国外有联盟或相似于的机构,对每个部件都要进行认证,我国近些年才发展大飞机及碳纤维等新材料,要通过其认证是非常艰苦的,这也是我们发展当中遇到的问题。

目前我国纤维新材料产业的创新发展主要体现在三方面:功能性纤维材料开发与品德晋升、生物基化学纤维的产业化、高性能纤维的产业化和产品系列化的发展。未来,我国纤维新材料产业仍需通过“3+1”重大技术(新溶剂法纤维素纤维、生物基合成纤维、高性能纤维高端生产与应用和锦纶熔体直纺技术)冲破、智能制造、绿色制造、品牌与质量提升等门路持续着力。

1.功能性纤维材料开发与品质提升

(1)大容量聚合纺丝设备开发

开发高效节能的大容量聚酯聚合和熔体直纺的装备和工艺技术,突破锦纶环吹风技术,提升大容量锦纶装备水平,进一步下降常规纤维的生产本钱。利用模块化技术实现差异化、功能性纤维的规模化生产。

(2)新型纤维品种开发

开发新一代共聚、共混、多元、多组分在线增添等技术,实现深染、超细旦、抗起球、抗静电等差别化纤维的规模化生产。开发新型中空纤维膜以及阻燃、抗熔滴、抗紫外、抗化学品、抗菌等功能性纤维的制备和应用技术,进一步提高化纤产品在工业及家纺领域的应用比例。

(3)柔性制造技术

建设化纤高效柔性制造技术创新平台,提高工程技术及产品的开发能力,提升关键核心技术的自主创新水平,系统解决产业发展技术瓶颈。

2.生物基化学纤维产业化

生物基化学纤维要实现产业化生产,需突破生物基化学纤维关键装备的制造;攻克生物基化学纤维及原料产业化技术瓶颈,实现生物基化学纤维规模化生产;着力拓展在服装、家纺和产业用纺织品等方面的应用。

生物基再生纤维需突破溶剂法纤维素纤维(Lyocell)关键装备制造的技术瓶颈及高效低能耗溶剂回收等自主创新技术,实现规模化生产;拓宽原料起源,建成示范生产线。

生物基合成纤维需突破生物基合成纤维原料的产业化制备技术,重点发展非粮食资源的生物基纤维原料生产,提升聚乳酸、聚对苯二甲酸丙二醇酯及生物基聚酰胺的聚合、纺丝和染整产业化技术水平。

海洋生物基纤维要开发国产虾(蟹)壳、海藻等海洋生物基纤维原料,建立海藻纤维的原料基地;进一步提高单线产能,降低生产成本,拓展应用领域。

3.高性能纤维产业化和系列化

高性能纤维产业化和系列化生产还需进一步提升与突破高性能纤维重点品种要害生产和应用技术,进一步进步纤维的性能指标的稳定性,拓展其在航空航天装备、海洋工程、先进轨道交通、新能源汽车和电力等领域的应用。

这就要求高性能纤维实现稳定化、低成本化生产,重点是扩展单线产能、优化掌握过程,实现T3 00级和T700级碳纤维、芳纶1313、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维、连续玄武岩纤维等高性能纤维的批量化和低成本生产,强化产品质量标准的制定和执行,全面提高产品质量的稳定性,进一步增强产品的市场竞争力。

高性能纤维要实现系列化生产,不能一两个规格品种包打天下,要产学研、产业链合作,要提升碳纤维、芳纶、聚酰亚胺纤维和聚四氟乙烯纤维等高性能纤维品种的系列化,以满足下游用户的需求;突破高强高模型碳纤维、连续碳化硅纤维、硅硼氮纤维、聚芳醚酮纤维等新型高性能纤维制备及产业化的关键技术。

同时要加强高性能纤维创新体系建设。学习国外、欧美国家,加强高性能纤维及复合材料研发和应用公共服务平台建设,为行业提供技术支撑和培养高质量技术人才。

此外,要连续重点关注智能制造和大数据,提高信息化应用技术。从今年中国纺织工业联合会组织的春季调研当中,我们发现,智能制造在我们行业中发展迅速,而且非常落地,在产业链不同环节中表示出不同的特点。好比在棉纺它的主攻方向是夜班无人值守;在印染是自动分色、配色,实现连续化生产;在服装中智能制造更多体现的是个性化的定制;在化纤则是在自动落筒、自动包装到立体仓库,可节俭人员超过50%,生产线投资回报期不超过5年,而且还有意外的收成,有了这个智能仓库之后,做小批量的产品和销售更加便利了,时刻都可以把以前生产的产品从仓库里调出来;人和产品少了接触以后,总体上产品的质量稳定了许多;我们用人脸辨认技术来检测纤维的外观,不断地让机器学习,准确率从一开始的95%达到了99%,企业现在假想的是通过生产环节各个点的工艺数据的收集,以后在化纤行业实现大规模的定制。这就需要提高对数据的“加工能力”,通过“加工”实现数据的“增值”,这就波及大数据,它是无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捉拿、治理和处理的数据聚集,是需要新处置模式才干具有更强的决议力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。通过行业的不断创新,大数据会逐步创造更多的价值。

国外对于纤维产业的发展大都是以研发新产品,新技术为主,我国也要从这些方面下手,智能制造和大数据是未来发展的主要问题,值得研究。

纺织曾是上海的“母亲工业”。阅历过上世纪90年代的行业大调整,纺织行业的规模已大大缩小,传统生产能力也已基本退化,上海是否还具备引领中国“大纤维”产业发展的领域知识和基础前提?

周锦碚指出,目前全国纺织行业的两院院士中,上海仍占大半,上海的东华大学一直是国内实力最强的纺织院校,依然在包括低维材料等一些大纤维相关研究领域具有优势。

缪其浩则从“领域知识”角度探讨了从“母亲工业”迈向新兴技术产业的一个依据。城市的领域知识在于多年产业发展积淀下来的产业技术知识和专业人才经验。有些地方传统工业固然消退甚至消失了,而留下领域知识在该行业产生颠覆性创新时可能成为优势。




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