芳纶行业概况
芳纶行业概况
一、芳纶简介
芳纶是指以芳香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的高科技合成纤维，全称为芳香族聚酰胺纤维，1974年，美国贸易联合会将其命名为“Aramid fiber”，简称AF。其定义是：至少有85%的酰胺键（-CONH-）直接与两个苯环中的碳原子相连接。芳纶和碳纤维、超高相对分子质量聚乙烯纤维一起统称为世界3大高性能纤维。
芳纶具有轻质、阻燃、耐温、绝缘、抗辐射、高强度、高弹性模量等优异特性；广泛应用于军事国防、安全防护、航空航天、环保、电子电气材料等领域。
（一）芳纶的分类
目前实现工业化生产的主要是间位芳纶（芳纶1313）和对位芳纶（芳纶1414）。间位芳纶（芳纶1313）的分子是由酰胺基团相互连接间位苯基所构成的锯齿形线型大分子。在它的晶体里氢键在2个平面上存在，如格子状排列，从而形成了氢桥的三维结构；对位芳纶（芳纶1414）的大分子结构是酰胺键连接在苯环的对位，形成一种近似刚性的直链结构，是一种主链型高分子液晶聚合物。两者化学结构相似，但性能差异较大，应用领域各有不同。
间位芳纶具有突出的耐高温、阻燃和绝缘性，主要应用于高温防护服、电绝缘和高温过滤等领域。对位芳纶则具有高强度高模量的特点，主要应用于个体防护、防弹装甲、力学橡胶制品、高强缆绳、石棉替代品等。
1、间位芳纶
间位芳纶全称聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，俗称芳纶 1313，有“防火纤维”之美称，是一种综合性能优异的有机耐高温阻燃纤维，是一种热稳定性高、阻燃性突出和电绝缘性好的高性能纤维材料，被广泛应用于安全防护、环境保护和现代工业等领域。
在安全防护领域，间位芳纶制成的防护服装、防护手套等安全防护装备，能有效抵御高温、火焰、电弧等作业伤害，大限度保护劳动者安全，广泛应用于军队、消防、石油、电力、林业等领域；
在环境保护领域，间位芳纶可加工成针刺无纺布、机织滤布，广泛应用于水泥、钢铁、筑路等行业的高温烟气过滤，除尘效率达99.99%，可大大减少空气污染物的排放，实现环境保护绿色可持续发展；
在现代工业领域，间位芳纶以其耐温、阻燃、绝缘等特性，在各类高温输送装备、电力变送装备、电气绝缘装备及其他工业生产领域得到广泛应用，是现代制造业的基础性、关键性材料。
间位芳纶化学结构式：
2、对位芳纶
对位芳纶全称聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，俗称芳纶1414，有“防弹纤维”之美称，是当今世界产量大、用途广的高性能纤维之一。在汽车工业领域，对位芳纶是汽车胶管、轮胎、同步带中不可缺少的骨架增强材料，是刹车片、离合器片中重要的环保型增强耐磨材料，尤其是环保型涡轮增压汽车，芳纶的应用更是不可替代；在信息通信领域，对位芳纶的应用，极大的推动通信行业的发展，对位芳纶如今几乎应用于所有的光纤光缆、新型手机电池等信息及通信产品，其在加快通信现代化建设中发挥重要作用。
（二）芳纶的发展历程
（三）芳纶的主要性能特点
芳纶具有轻质、阻燃、耐温、绝缘、抗辐射、高强度、高弹性模量等优异特性；广泛应用于军事国防、安全防护、航空航天、环保、电子电气材料等领域。
1、力学性能
对位芳纶显著的特性是高强度、高模量，其强度大于25克/旦，是优质钢材的5～6倍、玻纤的3倍、高强尼龙工业丝的2倍；模量是优质钢材或玻璃纤维的2～3倍、高强尼龙工业丝的10倍；韧性是钢丝的2倍。另外芳纶纤维重量轻，其重量仅为钢丝的1/5左右。
对位芳纶与其他高强度纤维的性能比较
2、耐热性能
芳纶纤维具有长久的热稳定性，芳纶1313在130℃时强度几乎无损失，可以在220℃使用十年以上，在260℃高温下100小时，机械强度仍保持原来的65%，400℃左右开始碳化而不熔融。芳纶1414的耐热性更胜芳纶1313一筹，在150℃下的收缩率为0，在560℃的高温下不分解不熔融。而锦纶和聚酯的强力和模量均随温度的升高而下降。
各纤维材料的热性能指标
3、阻燃性能
通常空气中氧气含量为21%，而芳纶1313的极限氧指数大于28%，芳纶1414的极限氧指数在30%左右，属于难燃纤维，所以不会在空气中燃烧，也不助燃，有自熄性，不产生熔滴，遇到极高温度时，纤维会迅速膨胀碳化，形成特有的绝热层，能阻挡外部的热量传入内部，起到有效的保护作用。这种源于本身分子结构的固有特性使芳纶永久阻燃，具有“防火纤维”之美称。
4、耐化学腐蚀性能
芳纶纤维具有优良的耐化学腐蚀性能，通常只有把芳纶长时间暴露在浓度相对高的酸或碱溶液中，才会对芳纶的性能产生显著影响。并且，芳纶对霉菌或锈蚀不敏感。
5、电绝缘性
芳纶纤维电导率很低，而且由于纤维吸湿性较差，使其在高低温和高低湿度环境中均可以保持优良的电绝缘性能。用芳纶1313制备的绝缘纸耐击穿电压可达到100kV/mm。芳纶1414的电阻达到5×1014Ω/cm。由于出色的电绝缘性能，使其在电子电气领域有着很好的应用前景。
除以上介绍的性能之外，芳纶帘线还具有较好的抗老化性、耐磨性以及耐辐射性能等。作为一类高性能材料，芳纶的优异性能在不同的领域被开发应用。
二、芳纶的应用领域
（一）应用领域介绍
1、军事国防领域
芳纶复合材料可以制造导弹的固体火箭发动机壳、压力容器、宇宙飞船驾驶舱、潜艇、防弹装甲车、防弹运钞车、防弹板、防弹头盔、防弹衣等。
2、安全防护领域
个体防护装备的阻燃耐高温性能是保障人员安全的重要条件。随着材料科学技术及纺织加工技术的发展，阻燃防护服已经由暂时性阻燃整理、半耐久性阻燃整理逐步发展为耐久性阻燃整理以及本质阻燃材料的应用。
3、橡胶补强领域
由于橡胶的弹性大，弹性模量较低，在外力作用下极易产生变形，因此很多橡胶制品都必须用纤维材料或金属材料作为骨架。以芳纶制成的帘子布、线绳、纱线、帆布、整体带芯、直经直纬织物等被用作轮胎、动力传动胶带、物料输送胶带、胶管的骨架材料。
4、环保领域
芳纶具有优异的耐热性、阻燃性和化学稳定性，可在高温恶劣环境中长期工作，是加工耐高温过滤袋的理想材料，用于钢铁、水泥、炭黑等空气污染较重领域的高温烟尘过滤。
由芳纶1313纤维所织成的非织造布具有非常好的过滤粉尘性质，例如：380g/m2的间位芳纶非织造布作为高温过滤布具有较涤纶布530 g/m2及腈纶布600 g/m2更好的过滤性质。在袋式除尘领域，对于间位芳纶滤袋，在废气温度不超过200℃，湿度6%，SO2的含量为100ppm的情况下，使用寿命超过两年。
5、电子电气材料领域
（1）天线结构件
（2）特种印刷电路基板
（3）芳纶绝缘纸
（4）光纤
6、 航空航天领域
芳纶可用于制作大型飞机的二次结构材料，如机舱门、窗、机翼、整流罩体表面等，也可以制作机内天花板、仓壁等，可减轻其重量。
7、运动器材领域
充分利用芳纶耐高温、耐疲劳等特性，以制作运动条件苛刻的拳击手套、登山鞋靴、赛车车体、赛马头盔等，还可用于制作球拍、滑雪板、滑雪杆、雪橇、弓箭、弓弦、钓鱼竿、风筝骨架、高尔夫球棍、赛艇等。
8、其他领域
（1）密封材料
（2）绳索
（3）摩擦材料
（4）建筑材料
芳纶的应用领域
三、芳纶应用市场情况
（一）间位芳纶市场情况
目前全球间位芳纶产能约4万吨/年。全球市场需求（不含造纸用纤维）终端消费总量约2.7万吨，其中美国约1万吨，西欧国家约9500吨，占据超过 70%的市场比例，我国间位芳纶纤维用量约5000-6000吨。
国内外间位芳纶主要生产企业及其产能
2018年全球间位芳纶年需求量约4万吨，主要集中在欧美日韩等发达国家和地区; 我国年需求量6000 吨左右，年出口量3000吨左右。
1、我国间位芳纶的应用结构偏低端
我国间位芳纶纤维下游应用结构与发达国家存在较大差距，国内市场60%以上用于相对低端的高温过滤材料，而国际市场在电气绝缘纸、安全防护等领域应用占比较高。我国间位芳纶应用于高端产品芳纶纸、长丝、可染纤维虽然开发成功，但还处于初级阶段，而杜邦公司此类高端产品占其产品总量的80%左右，高温滤料用纤维不足20%。高端间位芳纶产品的技术开发难度较大，市场推广门槛较高造成了国产间位芳纶品种结构的极不合理。
国际间位芳纶下游应用领域 我国间位芳纶下游应用领域
经过多年的市场耕耘，芳纶在国内个体防护市场的应用已得到各方的认可，产业防护及警用防护领域的需求呈逐年增长的趋势。国家消防服强制标准已经实施，其他警种、军队的单兵防护及日常作训服防护质量的提升也已提上日程。根据《新时代的中国国防》白皮书介绍，我国现役部队军人约200万人，假设作战套服配备春秋、夏季、冬季各一套，对应约600万套，以平均每套1kg纤维，其中60%间位芳纶计算，对应间位芳纶增量需求3600吨。假若考虑“战训一体化”要求而增加训练套装需求，则对应需求量将达到7200吨。以间位芳纶为主的装备已多次在阅兵方队亮相，例如在纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年阅兵式上，武警反恐突击车方队的战训服、战略打击部队中的导弹部队迷彩阻燃服以及空中梯队中的飞行服等均由芳纶等纤维制成。
同时国家产业防护市场潜力巨大，需要阻燃、耐高温等特种防护的作业人员约600万人，分布在冶金、电力、地矿、油田、化工等行业，间位芳纶是符合国家标准要求的个体防护材料之一。随着社会经济的发展、人民安全、意识、防护标准的加强，以及“体面劳动”理念的推广和践行，我国防护服装用间位芳纶纤维增量市场规模可观。
2、间位芳纶的市场价格2009年间位芳纶价 格高达16万元/吨，随着国内部分低端产能进入，对市场价格造成冲击，一度下跌至仅约7万元/吨。2017年国内两家产能退出，国内企业仅剩泰和新材和圣欧集团（超美斯新材料），间位芳纶行业景气回升，2019年平均价格已上涨至约12万元/吨。
（二）对位芳纶市场情况
对位芳纶属于典型的军民两用材料，在军用方面，对位芳纶纤维织物具有高抗张强度、高弹性模量和低密度的性能特点，能迅速将子弹的冲击能量吸收并分散转移，避免造成“钝伤”，因而防护效果显著，被誉为“终极防弹材料”，广泛应用于防弹衣、防弹头盔、搜排爆服和军警作训服等个体防护装备。
截止2018年底，全球共有对位芳纶产能约7. 6万t/a，主要集中于杜邦公司、帝人公司; 我国现有对位芳纶规模化生产企业3家，有效产能2 000 t/a左右。下游主要集中于安全防护、车用摩擦材料、光纤增强保护、橡胶增强等。
2018年，全球芳纶纸需求约1万t，国内市场需求约2300 t，主要市场份额由杜邦公司所占据。
对位芳纶消费量稳健增长
国内对位芳纶消费量 国内对位芳纶下游分布1、对位芳纶的军用市场
美国利用凯夫拉材料研发出来了著名的PASG吨头盔，是世界上种大量装备的防弹头盔。在此之后，各国开始防弹头盔研制工作，材料上基本都是采用对位芳纶。我国军队目前普遍装备的是QGF02/03式凯夫拉防弹头盔，另有部分军队依旧装备的是老旧的GK80钢盔，仍然存在替换需求。根据2018年底陆军装备部招标中心新型军用头盔招标结果，招标采购数量不少于35万顶，盔体为芳纶材料，以2kg/顶计算，预计对位芳纶需求约700吨。
此外对位芳纶制成的复合材料具有优异的轻量化效果及防弹等性能，在武器装备等领域的应用也将逐渐提升。过去很长一段时间西方国家一直将对位芳纶作为战略物资管制对我国禁运，而我国产量寥寥，原料受制于人导致我国难以在国防军工领域大规模应用，随着国产化进程的加快，国防军工应用有望快速增长。
对位芳纶在个体防弹防刺领域应用
2、对位芳纶的民用市场
民用市场领域，对位芳纶在信息通信（光纤保护增强）；对位芳纶在汽车工业的应用包括刹车片、轮胎增强、汽车胶管等。
对位芳纶在信息通信领域应用 对位芳纶在汽车工业领域应用
对位芳纶高强度和高模量、较低的密度和耐蠕变性等特点使其常被用作支撑光纤、电缆的增强材料，用来保护光导纤维及电缆导芯因过载引起的轴向应变。纤维的不可燃性，在电缆使用中也起到一定的防火保护作用。因此对位芳纶纤维广泛应用于室内外光纤和电力缆的增强件，对推动我国新一代通信技术的发展起到重要作用。
2012年7月，我国将宽带升级工程上升为国家战略，即“宽带中国”战略，随后几年，我国新建光缆长度和光缆产量快速增长，带动对位芳纶需求。近几年随着宽带入户的普及以及4G建设大潮的退却，我国光缆产量和新建长度有所放缓。目前国内光纤保护增强用对位芳纶消费量约4-5千吨，国内企业供应量近约6-7百吨，存量替代空间在3000吨以上。而2019年作为5G元年， 未来5G建设资本开支将逐步加大，预计将重新带动光缆需求增长，光纤增强保护用对位芳纶消费量也将进一步提升。
对位芳纶还适用于作为轮胎子午线及其它橡胶制品的增强。芳纶增强轮胎具有较高的行驶速度、操控性和舒适性，还能降低车身重量，减少滚动摩擦和行驶中的噪声，降低“面外弯曲刚度”，减少滚动摩擦，降低燃油消耗，具有节能、低噪音、长寿命的特性。目前固特异、米其林、倍耐力、普利司通等国际轮胎厂商已商业化应用对位芳纶增强轮胎配套 各类高端车型。国内万力轮胎、青岛森麒麟和双星轮胎等开展了对位芳纶增强乘用胎的研发，玲珑轮胎、三角轮胎和双钱轮胎则开展了对位芳纶增强载重子午胎的研发和生产。此外采用针织（或编织）工艺将对位芳纶捻线加工成网格布，再与橡胶复合，现已广泛应用于汽车胶管，如冷却水管、燃油管、制动管，尤其是涡轮增压管。国内汽车胶管代表性企业有美晨生态、安徽中鼎、天津鹏翎、浙江峻和等，芳纶胶管已为大众、通用、奇瑞等主车厂配套。
商业化的对位芳纶增强轮胎应用
从全球看车用摩擦材料加橡胶增强材料消费量约3万多吨，国内由于纤维原料制约以及汽车工业发展与海外仍有差距，该领域应用尚处于起步阶段。2018年我国汽车产量约2780万辆，占全球约30%，是大的汽车生产消费国，未来对位芳纶市场大有可为。
3、对位芳纶的市场价格
对位芳纶需求旺盛，价格大幅上涨。尤其在2018年，由于国内越来越严格的环保要求导致国内对位芳纶生产原料供应紧张，加上同期美军启动单兵武器装具换装,其中包括迷彩服、头盔、作战靴、战斗背心等单兵装具，因此杜邦产品优先保障美国供应，国内供给缺口增大，导致产品平均价格由2017年约15.5万元/吨上涨至约23.5万元/吨，同比上涨51.6%。2019年对位芳纶价格整体稳定，平均价格维持在22-24万元/吨。
对位芳纶价格持续上涨（万元/吨）
由于对位芳纶在军工领域具有重要应用属性，而国内技术落后于海外企业，因此对位芳纶是政策长期重点支持的新材料之一，国产化替代需求强烈。国内对位芳纶80%依赖进口，其中主要来自于美国、日本等企业，而近年来全球贸易环境不确定性增强，军工等高端、敏感性应用领域容易受到海外企业限制，因此国产化替代需求愈发迫切。
我国对位芳纶应用领域分布如下图所示：
我国对位芳纶主要是应用于光纤、绳索和橡胶补强等领域。而应用于例如国防军工高端防弹领域的芳纶产品则较少。以2014年为例，我国对位芳纶实际供应量在1000吨左右，主要应用在高温材料、摩擦材料、缆绳等较低端领域。国内大多数对位芳纶下游生产企业主要还是依靠进口。
对位芳纶全球消费量约8万吨，国内消费量约1万吨，主要用于安全防护、车用摩擦材料、光纤保护增强等领域。对位芳纶生产工艺壁垒高，美国杜邦和日本帝人占据全球约70%份额，国内80%以上依赖进口。由于对位芳纶在国防军工等领域具有重要应用，而全球贸易环境不确定性增强，敏感性应用领域易受海外牵制，使得对位芳纶国产化替代需求愈发迫切。（申万宏源）
总结
综上，国内市场芳纶纤维的应用还处在比较低端和狭窄的领域，在高端防护领域尚处在开发阶段，但随着军队国防领域、工业生产领域、以及民用领域防护要求的逐步提高，国内市场的需求会出现极大的增长，即使在军警战斗训练服市场每年就有几万吨的需求。