芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展與市場(chǎng)分析展現(xiàn)了芳綸纖維作為一種高性能材料，在改性研究和應(yīng)用領(lǐng)域中的最新進(jìn)展。通過(guò)物理刻蝕、化學(xué)刻蝕以及化學(xué)接枝等方法改性，顯著提升了芳綸纖維與基體材料間的結(jié)合能力，推動(dòng)了其在多種應(yīng)用中的性能和效率。

1、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料改性研究

芳綸纖維是一種高性能材料，但其應(yīng)用受到表面活性不足的限制。為了擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，開(kāi)展了對(duì)芳綸纖維的改性研究。改性方法主要有兩種：第一種方法是改善芳綸纖維光滑表面的特性，通過(guò)降低纖維表面沿軸向的分子取向度，提高表面粗糙度和極性，從而增加纖維與基體材料的浸潤(rùn)性，提升二者之間的結(jié)合能力。第二種方法是通過(guò)在纖維表面增加活性基團(tuán)或“橋接”基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)纖維表面的功能化。這些活性基團(tuán)或橋接基團(tuán)能夠與基體材料通過(guò)化學(xué)鍵或物理作用結(jié)合，從而提高基體和纖維之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度。這些改性方法對(duì)于提高芳綸纖維在多種應(yīng)用中的性能和效率至關(guān)重要。截止2024年3月目前較為前沿的改性研究進(jìn)展如下：

2、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料染色及印花研究

芳綸纖維的染色技術(shù)主要通過(guò)載體染色、非水介質(zhì)染色以及結(jié)構(gòu)生色三種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。載體染色技術(shù)通過(guò)添加特定的載體來(lái)改變纖維的物理狀態(tài)，具體做法是調(diào)整纖維分子鏈的活動(dòng)性，降低芳綸纖維的玻璃化溫度，并減弱分子間的氫鍵力，從而促進(jìn)染料在纖維上的著色。非水介質(zhì)染色依靠溶劑來(lái)改變纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)并使其膨脹，同時(shí)也對(duì)染料分子的聚集狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，以便染料分子更容易地?cái)U(kuò)散到纖維內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)染色。結(jié)構(gòu)生色方法則采用環(huán)保的方式，通過(guò)引入納米粒子并調(diào)整其形態(tài)和粒徑，或是通過(guò)添加高折射率物質(zhì)來(lái)構(gòu)建周期性的納米結(jié)構(gòu)，從而改變織物的顏色。這種方法依賴(lài)于納米粒子或光子晶體的結(jié)構(gòu)和排列來(lái)實(shí)現(xiàn)顏色變化。這三種方法各具特點(diǎn)，為芳綸纖維染色提供了多樣化的選擇，以滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求。截止2024年3月目前較為前沿的染色及印花研究如下：

二、芳綸纖維強(qiáng)復(fù)合材料行業(yè)市場(chǎng)分析

對(duì)位芳綸作為一種新型纖維材料，其應(yīng)用范圍非常廣泛。在某些應(yīng)用中，對(duì)位芳綸作為取代材料，譬如在汽車(chē)膠管中是作為尼龍取代，在防彈裝甲中是作為金屬取代，摩擦密封材料中的石棉取代，所以其市場(chǎng)需求會(huì)隨著科技的發(fā)展，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的提升，下游應(yīng)用市場(chǎng)的打開(kāi)，一直保持著上升趨勢(shì)。此外，對(duì)位芳綸也參與創(chuàng)造了某些新應(yīng)用，譬如室內(nèi)纜里需要用到的光纜加強(qiáng)芯，用于航空航天的新興復(fù)合材料，其用量也會(huì)隨著新應(yīng)用的推廣而穩(wěn)步提升。所以總的來(lái)說(shuō)，對(duì)位芳綸的市場(chǎng)需求在各種下游應(yīng)用中都保持著上升態(tài)勢(shì)。

咨詢(xún)公司預(yù)測(cè)全球?qū)ξ环季]復(fù)合增長(zhǎng)率在未來(lái) 5-10 年內(nèi)會(huì)維持在 8%的水平，至2023 年達(dá)到 108600 噸。未來(lái)對(duì)位芳綸主要替代傳統(tǒng)的聚酯和尼龍纖維，領(lǐng)域主要在橡膠骨架和勞保防護(hù)等。相比之下，我國(guó)的對(duì)位芳綸預(yù)測(cè)的增長(zhǎng)速度要快些，復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)在 15%左右。光纖光纜，防彈防護(hù)和橡膠骨架是主要的增長(zhǎng)點(diǎn)，也是我國(guó)對(duì)位芳綸產(chǎn)業(yè)中最重要的三個(gè)市場(chǎng)。

對(duì)位芳綸主流供應(yīng)商目前為杜邦，帝人，可隆。杜邦于 2017 年關(guān)停 COOPER RIVER 工廠，這直接導(dǎo)致全球?qū)ξ环季]產(chǎn)能減少了 7000 噸，使對(duì)位芳綸的供應(yīng)出現(xiàn)緊缺。關(guān)停主要因?yàn)槎虐钣?2011 年投產(chǎn)新工廠生產(chǎn)高強(qiáng)高模產(chǎn)品，針對(duì)防彈及光纜市場(chǎng)，但防彈市場(chǎng)受高強(qiáng)高模聚乙烯沖擊，高模產(chǎn)品在中國(guó)售價(jià)又很低，新裝置盈利未達(dá)預(yù)期，同時(shí)美國(guó)和英國(guó)原有工廠設(shè)備需要替換，杜邦不想再加大投資，故而關(guān)停。由于自 2018 年起，市場(chǎng)出現(xiàn)供應(yīng)吃緊的情況，并且全球未來(lái)需求繼續(xù)保持 8%的上升態(tài)勢(shì)，幾家主要對(duì)位芳綸供應(yīng)商紛紛宣布擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃如下：

• 帝人：至 2022 年在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加約 25%的產(chǎn)能，達(dá)到 39000 噸；

• 儀征化纖：2018 年宣布擴(kuò)產(chǎn)至 1000 噸，并計(jì)劃 3000 噸的項(xiàng)目，但實(shí)際市場(chǎng)上的供應(yīng)量仍非常小，讓人懷疑其真實(shí)產(chǎn)能是否已達(dá)到 1000 噸。

根據(jù)前文所述，對(duì)位芳綸是一項(xiàng)技術(shù)門(mén)檻相當(dāng)高的產(chǎn)業(yè)，其投入資金也很大，投資回報(bào)時(shí)間一般超過(guò) 5 年。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，新進(jìn)入者從研發(fā)到百?lài)嵕€再至千噸線最后至萬(wàn)噸線需要至少 10 年的時(shí)間，而且即便實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定還需要 1-3 年的時(shí)間不等，如果要進(jìn)一步具備生產(chǎn)高強(qiáng)高模對(duì)位芳綸的能力，那還需要額外 3-5 年時(shí)間。此外，對(duì)位芳綸的生產(chǎn)制造技術(shù)幾乎沒(méi)有對(duì)外輸出，對(duì)位芳綸基本都是依賴(lài)于自主研發(fā)，技術(shù)壁壘很高。由此可見(jiàn)，新進(jìn)入者的威脅性不大。

位芳綸所應(yīng)用的領(lǐng)域基本都有一定的排他性。所謂的替代，通常只有如下三種情況：

1、被其他纖維取代，但需要犧牲一部分最終產(chǎn)品性能

2、被其他同級(jí)別的高性能纖維取代，譬如碳纖維，高強(qiáng)高模聚乙烯，但由于纖維之間本身的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能差異，其本質(zhì)并不是取代，而是因?yàn)樽罱K產(chǎn)品訴求不同而做的選擇。譬如在軟質(zhì)裝甲中，原來(lái)對(duì)位芳綸使用較多，但是高強(qiáng)高模聚乙烯出現(xiàn)后，由于軟質(zhì)裝甲對(duì)子彈射擊產(chǎn)生的凹陷程度要求不高，所以逐漸以高強(qiáng)高模聚乙烯為主，但是在硬質(zhì)裝甲中，還是需要對(duì)位芳綸的高模量特性。關(guān)于三大高性能纖維的特性及替代關(guān)系如圖所示。

3、被更高級(jí)別的高性能纖維取代，譬如 PBO 纖維，芳綸 III 或者帝人的 Technora纖維，但是這會(huì)使成本大幅度上升，有時(shí)對(duì)性能也是浪費(fèi)。

三、小結(jié)

隨著對(duì)芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)的不斷深入研究，其市場(chǎng)前景顯示出廣闊的應(yīng)用潛力。通過(guò)對(duì)芳綸纖維表面的改性研究，不僅提高了材料的性能，同時(shí)也拓展了其在新興領(lǐng)域中的應(yīng)用。市場(chǎng)分析預(yù)測(cè)，未來(lái)芳綸纖維的需求將持續(xù)增長(zhǎng)，尤其是在橡膠骨架、勞保防護(hù)等領(lǐng)域。盡管面臨如高技術(shù)門(mén)檻和激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等挑戰(zhàn)，芳綸纖維的技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)應(yīng)用前景仍舊被看好。主流供應(yīng)商的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃以及對(duì)新應(yīng)用的探索，預(yù)示著芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料將在全球范圍內(nèi)維持其增長(zhǎng)勢(shì)頭。