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美德日發達國家纖維產業革命如何進行?

2017年08月22日 星期二 來源:中國化學纖維工業協會 我來說兩句 保存為書簽

——再看:我國纖維新材料產業技術與核心競爭力建設

環球聚氨酯網訊:目前發達國家在紡織技術研究方麵主要著力於三方麵:一是新材料的研究開發及應用,二是利用新技術對舊材料實現再開發(新功能)、再應用(新用途),三是通過新構思再造舊材料的新價值。他們的研究模式包括:多/跨學科交叉研究是核心,多/跨領域技術交叉互用是主途徑,多/跨領域聯合研究開發是大趨勢。

1.美國的智能紡織計劃

技術研究層麵,美國在碳纖維、芳綸等高性能纖維及其複合材料,生物基纖維材料,地毯、非織造布等產業用紡織品領域的優勢明顯,他們特別重視信息技術和管理信息係統。

戰略層麵,國家組織、高校、大企業是產業重大核心技術供給和產業化主體。國家戰略會推動技術融合,2016年4月,白宮成立第八個NNMI項目(國家製造創新網絡計劃):革命性纖維與紡織品創新製造中心,旨在NNMI項目框架指導下,展開將傳統紡織品升級為全新的集成化和網絡化的新一代紡織品。美國先進功能織物聯盟AFFOA(AdvancedFunctional Fabrics of America)成為中標單位,由麻省理工學院牽頭,與美國國防部合作,有52家公司及非營利組織,32所大學,5個州及地方政府部門,28個州代表參與其運營,其中有杜邦、康寧、英特爾等大公司和康奈爾等一流大學。紡織顯然具有最為深刻的軍方色彩,以及深厚的材料、電子、互聯網背景。

2.德國的未來紡織項目

德國紡織工業是工業4.0助推傳統產業升級的典範,其當前三大目標為:提高資源利用率,推行循環經濟;打造以客戶為中心的柔性價值鏈,強調數字化製造過程、大規模定製、新的商業模式等;研發未來的新型紡織纖維材料,強化德國紡織纖維材料的優勢地位。

德國紡織產業技術創新體係很完備,與紡織相關的大學和研究機構10多個,研發人員超過2000人。高校和研究機構致力於跨學科、跨專業的前瞻性研究,新領域的開辟,如“藍天”(基礎)研究;以政府資助項目為主。以“四大學會”--亥姆霍茲聯合會(HGF)、馬克斯·普朗克學會(MPG)、弗朗霍夫應用研究促進協會(FhG)、萊布尼茨科學聯合會(WGL)為代表的國家級研究機構有相關的分領域研究所,其研究重點是纖維新材料。三家全球著名的專業紡織科研機構(海恩斯坦研究院、鄧肯多夫國家紡織纖維研究院、圖林根紡織塑料研究院(TITK)),專注於前瞻性應用研究,與企業合作密切,具備產業化能力。

3.日本的紡織技術研究方向

日本的高技術纖維和高端紡織服裝技術的領先優勢明顯,其高性能纖維現有的水平幾乎為世界第一,擁有碳纖維、對位芳綸和超高分子量聚乙烯三大高性能纖維研發和生產核心技術;還有聚芳酯、PBO、超高強維尼綸等重要品種的研發技術,其裝備製造、信息和自動化技術也為紡織產業提供了強大的支撐。

日本大企業是產業技術供給和產業化的主體,例如東麗、帝人等大企業在新合纖領域基本擁有除裝備外的從纖維到紡織品較完整的技術創新鏈。東麗公司擁有從碳纖維到複合材料製品的生產和研發。企業設立有不同性質的研發中心和研究所,如東麗、帝人等企業在海外設立有研究所,從事應用基礎研究。日本的大學會為企業專門提供技術服務,並聯合進行項目研發、技術谘詢服務。

從這些發達國家纖維新材料的發展可歸納出七大關鍵詞:

一是產業鏈和產學研。即使碳纖維做得好,沒有複合材料,沒有零部件肯定不行,這是毫無疑問的。

二是大企業、大公司。現在中國有點例外,雖然也有大企業涉足這方麵,但總的來說大企業的積極性並不高。

三是國家戰略、前瞻性的研究。

四是跨學科、跨領域。纖維新材料不僅是應用在傳統的紡織、家紡領域,已跨到整個國民經濟其他領域了。

五是大數據、智能製造。

六是軍方背景、軍轉民、民轉軍。

七是新功能、新應用。

 

我國纖維新材料產業技術與核心競爭力建設

我國纖維新材料發展現狀

在工業和信息化部和國家發展改革委2016年底聯合發布的《化纖工業“十三五”發展指導意見》中,從三方麵對我國“纖維材料”工業發展現狀進行定位:一是紡織工業整體競爭力提升的重要支柱產業,2016年,我國化纖產量4943萬噸,占世界化纖總量的70%,化纖占我國紡織纖維加工總量的84%,毫無疑問它是一個支柱性的產業。二是具有國際競爭優勢的產業。三是戰略性新興產業的重要組成部分,化纖已經不再僅僅應用於傳統的紡織服裝,它實際上關係到國防、軍工、交通、能源、醫療衛生等各個方麵。

衡量一個國家纖維材料發展水平通常著眼於以下幾個方麵:一是大宗的基礎性的原材料,即功能性紡織新材料的發展水平;二是生物基化學纖維及原料核心技術的發展;三是高性能纖維產業化技術的突破;四是纖維材料的前沿技術研究等。

1.功能性紡織新材料整體技術進步顯著

當前我國功能性纖維材料已達到國際先進水平,冠以全球領先也不為過,其最主要的特點是常規纖維的多功能化和高性能化。具有阻燃、抑菌、抗靜電等功能,如矽-氮係阻燃粘膠短纖維、聚丙烯腈預氧化纖維、阻燃滌綸、阻燃錦綸,導電滌錦複合纖維、導電間位芳綸纖維,銅碳納米聚酰胺6生態抑菌纖維、聚乳酸生態抑菌纖維、超細旦多孔再生聚酯生態抑菌纖維、異形聚酰胺6生態抑菌纖維等,主要應用於特種軍服和消防服、飛機和高鐵內飾材料、高檔紡織品、醫用衛材等領域。

2.生物基化學纖維及原料核心技術取得新進展

關鍵技術取得重大突破:生物基纖維原料的生物發酵和分離純化核心關鍵技術、高脫乙酰度殼聚糖、褐藻酸鹽和竹、麻漿粕的量產化、綠色化生產技術取得突破;殼聚糖纖維、新溶劑法纖維素纖維、海藻酸鹽纖維和生物基聚酰胺纖維等紡絲、後整理產業化關鍵原創性技術取得重大突破。

初步形成產業規模:生物基化學纖維總產能達到35萬噸/年,其中生物基再生纖維19.65萬噸,生物基合成纖維15萬噸,海洋生物基纖維0.35萬噸。

標準體係初步建立:生物基化學纖維標準體係建設取得質的突破,截止2017年,共計發布實施標準21項,其中有13項行業標準和8項化纖協會團體標準。

應用領域進一步拓寬:從服裝、家紡、衛生材料等領域逐漸拓展至航空航天、軍工、交通運輸、產業用、醫用敷料等領域。

3.關鍵戰略纖維新材料

目前,包括碳纖維在內,我國高性能纖維所有品種穩步發展,品種齊全,產能規模已居世界前列。碳纖維、間位芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚苯硫醚纖維和連續玄武岩纖維發展基礎強化;間位芳綸、連續玄武岩纖維、聚酰亞胺纖維產業發展進程加快;聚芳醚酮纖維、碳化矽纖維研發力度加大。碳纖維、聚酰亞胺纖維、高性能聚乙烯纖維、高模量芳綸纖維、聚四氟乙烯纖維等生產工藝技術進步明顯;碳纖維、芳綸、玄武岩纖維等高水平研發體係初步形成。

國產高性能纖維已開始逐步滿足國防軍工需求,在民用航空、交通能源、工程機械裝備、建築結構和海洋工程等領域也得到廣泛應用。總體上來看,我們在生物基纖維、高性能纖維領域某些方麵跟國外有差距,但是整體基本達到先進水平。

4.前沿纖維新材料

我國前沿纖維新材料品種逐漸擴展,目前以相變儲能粘膠智能纖維、光致變色再生纖維素纖維、蓄熱聚丙烯腈功能保暖纖維和模擬人體器官用中空纖維等為代表的智能仿生纖維逐漸起步;靜電紡納米纖維、納米改性聚苯硫醚纖維、生物納米纖維和碳納米管在理論研究和應用方麵均有所突破,以石墨烯改性聚酯纖維、石墨烯再生纖維素纖維、石墨烯改性聚酰胺6纖維材料為代表的石墨烯材料在纖維應用領域不斷擴展。

總體來說,我國已成為高新技術纖維(含生物基化學纖維)生產品種覆蓋麵最廣的國家;高性能纖維產能、潛在消費量世界第一;部分高新技術纖維的生產及應用技術達到國際領先水平;部分滿足國防軍工、航空航天的需要(“十二五”期間的描述是可以滿足國防軍工、航空航天的急需);常規纖維的多功能化、高性能化和低成本處於領先國家序列。這是成績,當然也有問題,可歸納為幾點:缺乏或者沒有高水平的研發機構;市場應用和開拓跟不上;有技術壁壘,如大飛機、航空航天用的纖維新材料,在國外有聯盟或類似於官方的機構,對每個部件都要進行認證,我國近些年才發展大飛機及碳纖維等新材料,要通過其認證是非常困難的,這也是我們發展當中遇到的問題。

我國纖維新材料產業的創新發展

目前我國纖維新材料產業的創新發展主要體現在三方麵:功能性纖維材料開發與品質提升、生物基化學纖維的產業化、高性能纖維的產業化和產品係列化的發展。未來,我國纖維新材料產業仍需通過“3+1”重大技術(新溶劑法纖維素纖維、生物基合成纖維、高性能纖維高端生產與應用和錦綸熔體直紡技術)突破、智能製造、綠色製造、品牌與質量提升等路徑繼續著力。

1.功能性纖維材料開發與品質提升

(1)大容量聚合紡絲設備開發

開發高效節能的大容量聚酯聚合和熔體直紡的設備和工藝技術,突破錦綸環吹風技術,提升大容量錦綸裝備水平,進一步降低常規纖維的生產成本。利用模塊化技術實現差別化、功能性纖維的規模化生產。

(2)新型纖維品種開發

開發新一代共聚、共混、多元、多組分在線添加等技術,實現深染、超細旦、抗起球、抗靜電等差別化纖維的規模化生產。開發新型中空纖維膜以及阻燃、抗熔滴、抗紫外、抗化學品、抗菌等功能性纖維的製備和應用技術,進一步提高化纖產品在工業及家紡領域的應用比例。

(3)柔性製造技術

建設化纖高效柔性製造技術創新平台,提高工程技術及產品的開發能力,提升關鍵核心技術的自主創新水平,係統解決產業發展技術瓶頸。

2.生物基化學纖維產業化

生物基化學纖維要實現產業化生產,需突破生物基化學纖維關鍵裝備的製造;攻克生物基化學纖維及原料產業化技術瓶頸,實現生物基化學纖維規模化生產;著力拓展在服裝、家紡和產業用紡織品等方麵的應用。

生物基再生纖維需突破溶劑法纖維素纖維(Lyocell)關鍵裝備製造的技術瓶頸及高效低能耗溶劑回收等自主創新技術,實現規模化生產;拓寬原料來源,建成示範生產線。

生物基合成纖維需突破生物基合成纖維原料的產業化製備技術,重點發展非糧食資源的生物基纖維原料生產,提升聚乳酸、聚對苯二甲酸丙二醇酯及生物基聚酰胺的聚合、紡絲和染整產業化技術水平。

海洋生物基纖維要開發國產蝦(蟹)殼、海藻等海洋生物基纖維原料,建立海藻纖維的原料基地;進一步提高單線產能,降低生產成本,拓展應用領域。

3.高性能纖維產業化和係列化

高性能纖維產業化和係列化生產還需進一步提升與突破高性能纖維重點品種關鍵生產和應用技術,進一步提高纖維的性能指標的穩定性,拓展其在航空航天裝備、海洋工程、先進軌道交通、新能源汽車和電力等領域的應用。

這就要求高性能纖維實現穩定化、低成本化生產,重點是擴大單線產能、優化控製過程,實現T300級和T700級碳纖維、芳綸1313、超高分子量聚乙烯纖維、聚苯硫醚纖維、連續玄武岩纖維等高性能纖維的批量化和低成本生產,強化產品質量標準的製定和執行,全麵提高產品質量的穩定性,進一步增強產品的市場競爭力。

高性能纖維要實現係列化生產,不能一兩個規格品種包打天下,要產學研、產業鏈合作,要提升碳纖維、芳綸、聚酰亞胺纖維和聚四氟乙烯纖維等高性能纖維品種的係列化,以滿足下遊用戶的需求;突破高強高模型碳纖維、連續碳化矽纖維、矽硼氮纖維、聚芳醚酮纖維等新型高性能纖維製備及產業化的關鍵技術。

同時要加強高性能纖維創新體係建設。學習國外、歐美國家,加強高性能纖維及複合材料研發和應用公共服務平台建設,為行業提供技術支撐和培育高質量技術人才。

此外,要持續重點關注智能製造和大數據,提高信息化應用技術。從今年中國紡織工業聯合會組織的春季調研當中,我們發現,智能製造在我們行業中發展迅速,而且十分落地,在產業鏈不同環節中表現出不同的特點。比如在棉紡它的主攻方向是夜班無人值守;在印染是自動分色、配色,實現連續化生產;在服裝中智能製造更多體現的是個性化的定製;在化纖則是在自動落筒、自動包裝到立體倉庫,可節省人員超過50%,生產線投資回報期不超過5年,而且還有意外的收獲,有了這個智能倉庫之後,做小批量的產品和銷售更加方便了,時刻都可以把以前生產的產品從倉庫裏調出來;人和產品少了接觸以後,總體上產品的質量穩定了很多;我們用人臉識別技術來檢測纖維的外觀,不斷地讓機器學習,準確率從一開始的95%達到了99%,企業現在設想的是通過生產環節各個點的工藝數據的收集,以後在化纖行業實現大規模的定製。這就需要提高對數據的“加工能力”,通過“加工”實現數據的“增值”,這就涉及大數據,它是無法在一定時間範圍內用常規軟件工具進行捕捉、管理和處理的數據集合,是需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產。通過行業的不斷創新,大數據會逐步創造更多的價值。

總之,以數字化纖維全流程生產技術、產業鏈智能生產追溯係統、化纖生產智能物流係統、智能示範工廠和智能車間突破性項目為代表的化纖智能製造,是化纖新材料行業創新凝結的碩果。大數據和智能製造可能會給行業帶來顛覆性的變化,這意味著有人要出局,有人可能在這裏異軍突起,也可能帶來人跟機器之間的競爭問題。不管怎麼樣,科技是我們的未來,科技的發展是不可逆轉的,我們隻有很好地應用科技,追求科技,我們的化纖新材料行業才能迎來更加美好的明天。

 
 
 
 

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