1.高性能纤维产业概述
1.1高性能纤维产业的定义与分类
高性能纤维复合材料是以高性能纤维作为增强材料，树脂作为基体，通过加工成型得到的复合材料，具有质轻、高强高模、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、易加工成型等优异性能。高性能纤维可根据材料的属性进行分类，包括金属纤维、无机纤维和有机纤维。金属纤维因其密度高、比强度低等特点，在高性能纤维家族中的规模相对较小。无机纤维的主要特点是耐高温、耐腐蚀、优良的力学性能，在航空航天、武器装备等领域应用广泛，包括碳纤维、碳化硅纤维、氮化硼纤维、硅硼氮纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维等。有机高性能纤维品种较多，根据大分子链的特性可分为柔性链纤维和刚性链纤维。柔性链有机纤维的典型代表是超高分子量聚乙烯纤维、高强聚乙烯醇纤维等，其大分子主链由一C2一组成，因分子链的高度取向使纤维的力学性能得到明显提升。刚性链纤维包括芳香族聚酰胺纤维(即芳纶)、聚芳酯纤维、聚酰亚胺纤维、聚对亚苯基苯并噁唑纤维(PBO)、聚苯并咪唑纤维等，其中后三种纤维又称为芳杂环类纤维。另外，也可依据纤维的典型特性对有机高性能纤维进行分类，如高强高模纤维（如对位芳纶、高强聚酰亚胺纤维、PBO纤维、超高分子量聚乙烯纤维等)、耐高温纤维（间位芳纶、聚苯并咪唑纤维、聚醚酰亚胺纤维等）等。
1.2高性能纤维产业的技术链
1.2.1高性能纤维及复合材料行业产业链
上游主要有增强材料、基体材料、生产设备。
增强材料：碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维。碳纤维：聚丙烯腈、沥青、粘胶纤维。芳纶纤维：对苯二甲酰氯、对苯二胺、间苯二甲酰氯、间苯二胺；玻璃纤维：叶腊石；超高分子量聚乙烯纤维：超高分子量聚乙烯树脂；聚酰亚胺纤维：聚酰亚胺树脂；聚苯硫醚纤维：聚苯硫醚树脂；聚四氟乙烯纤维：聚四氟乙烯树脂；氧化铝纤维：金属铝的无机盐；玄武岩纤维：玄武岩；
基体材料：树脂基体、金属基体、陶瓷基体、橡胶基体。
生产设备：聚合设备、纺丝设备、高温熔制设备、拉丝设备、氧化设备、碳化设备、成型设备。
中游主要是复合材料、金属基复合材料、纤维增强树脂基复合材料、纤维增强陶瓷基复合材料。
下游主要是军工装备、汽车工业、环保、信息通信、建筑加固、风电叶片、医疗器械、体育休闲。
1.3我国高性能纤维及复合材料市场发展现状
1.3.1核心技术发展
高性能纤维及其复合材料核心技术不断突破，产品性能逐步提高，主要包括碳纤维、有机纤维、陶瓷纤维及其复合材料，是结构轻量化的首选材料，也是极端服役环境不可替代的功能材料。在世界各国一系列重大科技工程和研究计划的推动下，全球高性能纤维及其复合材料前沿技术不断取得突破，产业化步伐也逐渐跨入成熟发展阶段。我国高性能纤维及复合材料在我国相关部委的支撑和推动下，经过数十年发展，通过各类科技项目实施、专项能力建设和国家级创新研究机构设立等措施，技术与产业发展均取得了可喜成绩。
国内已突破基本型(T300级)碳纤维的研制、工程化及航空航天应用关键技术，实现重点型号的自主保障;突破了湿法高强型(T700G级)碳纤维的研制和工程化关键技术，完成了部分装备的应用研究;开展了高强中模型(T800H级)碳纤维的工程化及其应用关键技术攻关，已进入重点型号考核验证和试用阶段;开展了高强高模碳纤维研发，M40级碳纤维已应用于航天领域，M40J级碳纤维进入地面考核验证阶段，突破了十吨级M55J碳纤维关键技术;基本突破了系列民用干喷湿纺碳纤维产业化技术，正在进行高端碳纤维的攻关、应用研究和民用领域的应用推广。在沥青基碳纤维方面，突破了高纯可纺中间相沥青和连续高导热沥青基碳纤维(P120级)制备关键技术。
在芳纶纤维方面，突破对位芳纶和杂环芳纶关键技术，建成多套工业化装置。基本型对位芳纶(Kevlar29级)实现稳定批量生产和供应，高强型对位芳纶(Kevlar129级)实现国产化供应，在光缆、胶管、防弹等领域实现批量应用;杂环芳纶产品性能达到俄罗斯Armos同等水平，在固体火箭发动机、高端防弹等领域实现批量应用。
UHMWPE纤维实现与国际优势企业比肩，不仅可以部分替代进口，而且具备一定出口创汇能力。PI纤维断裂强度达到3.5GPa，模量140GPa，实现了耐高温型、高强高模型PI纤维的商品化。国内科研机构陆续突破连续碳化硅纤维及其复合材料的工程化制备技术，开展了工程应用验证，同时也初步建立了氧化铝纤维、氮化硅纤维、系列陶瓷前驱体等验证试验线。
1.3.2产业规模
高性能纤维及其复合材料产业规模在我国逐年扩大，积累了一定工业化经验。2021年，我国碳纤维的需求量约为3.8×104t，但超三分之二用量为国外碳纤维;我国碳纤维运行产能约为2.6×104t，实际销量约为1.2×104t。国产小丝束碳纤维实现销售约7000t，并在逐步扩大市场份额，其余为国产大丝束碳纤维。中国超高增长需求的主要驱动者是风电叶片市场，为国内碳纤维企业带来了难得的发展机遇。在芳纶纤维方面，我国建成了多条千吨级对位芳纶生产线，2021年我国对位芳纶产量达到2800t，2022年达到5000t;间位芳纶产能超15000t，产量达到11000t，我国成为间位芳纶的主要生产国之一。2021年我UHMWPE纤维产能约为33000t，产量为23000t，出口为3355t，产品具有一定的国际竞争力。
1.3.3高性能纤维及复合材料相关政策梳理
2016年至今，国家出台了一系列政策支持高性能纤维产业发展，表1梳理了2016年以来国内高性能纤维及复合材料相关政策法规，表2梳理了2021年以来苏州市高性能纤维的相关政策。
表1.国内高性能纤维相关政策文件
表2.苏州市高性能纤维相关政策文件
1.3.4高性能纤维产业科创企业地域分布
截至2022年末中国共有高性能纤维产业科创企业10008家，其中碳纤维产业企业共有9345家，占93.3%。
科创型企业主要分布在广东省、江苏省、上海市、浙江省等经济发达省份，江苏共有高性能纤维产业科创企业2029家，占总数的20.3%，苏州市共有高性能纤维产业科创企业数量占全省的25.7%。碳纤维产业科创企业共有9345家，其中江苏省有1863家，苏州市有490家；中国芳纶纤维科创企业共有469家，其中江苏省有109家，苏州市有28家；中国超高分子量聚乙烯纤维科创企业共有194家，其中江苏省有57家，苏州市4家。
2.碳纤维行业
2.1碳纤维的分类
碳纤维是一种高强度高模量的耐高温纤维，由粘胶、腈纶、芳纶、聚酰亚胺等纤维在高温下烧制而成，属于化纤的高端品种。从结构上看，碳纤维主要由碳原子构成，直径约5-10微米，在碳纤维的烧制过程中碳原子在晶体中被键合在一起，产生平行排列的纤维长轴，赋予了碳纤维“外柔内刚”的特性，轻于铝，却强于铁。碳纤维的优良性能包括轻质、高强度、高模量、热膨胀系数小、导热性好、耐化学腐蚀性好、耐磨性好、耐高温性好、阻尼突出、具有优良的透声纳、高X射线透射率、疲劳强度高等。碳纤维也因其优良的性能而被广泛应用到航空航天、汽车工业、风电行业、建筑行业、交通运输、运动器械制造等领域。
目前对于碳纤维的分类主要有三种方式，分别是从原材料、产品规格、力学性能角度出发：
1）按原材料分类：可以分为聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF，市场主流碳纤维）、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、磺化聚乙烯基碳纤维、木质素与PAN混合基碳纤维。
2）按产品规格分类：可以将碳纤维分为大丝束和小丝束，48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，主要分为48K、60K、80K等，目前主要应用于工业领域如纺织、医药卫生、交通运输、土木建筑和能源等。小丝束碳纤维主要分为1K、3K、6K，后又发展为12K和24K，主要应用于国防军工等高科技领域（如飞机、导弹、卫星等）以及体育休闲用品（如渔具、球拍等）。
3）按力学性能分类：可以分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1400MPa、模量在140GPa以下。高性能型碳纤维又分为高强型和高模型，其中称强度大于4000MPa的为超高强型；大于450Gpa的为高模型。
2.2碳纤维的产业链
碳纤维的产业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程。从石油、煤炭、天然气均可得到丙烯；丙烯经过氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝，再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维，碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料，作为生产碳纤维复合材料的原材料；碳纤维经过与树脂、陶瓷等材料结合，形成碳纤维复合材料，最后由各种成型工艺得到下游客户需要的最终产品。碳纤维行业产业链如图1所示：
图1.碳纤维行业产业链
2.3碳纤维需求分析
2022年，全球碳纤维市场需求量为15.6万吨。风电虽然仍是下游最大占比，但同比增速回落至7.8%。体育用品需求同比2021年增长幅度高达23%，回到全球第二大需求市场。压力容器虽然很多仍是小批量需求，但依然保持25%的较高速增长。碳碳复材受光伏行业驱动，依然保持70%超高增速，航天航空基本同比持平。相比之下，国内风电叶片、体育休闲、热场材料等工业领域应用占比更高，航空航天、汽车等领域占比较小。2022年，国内碳纤维需求总量约8.36万吨，体育复材的领导地位再次被风电大幅超越，而碳碳复材、压力容器成为迅速崛起的新星。从全球碳纤维需求量看，中国占比不断增加，从2011年的21%增加至2022年的55%。展望未来，根据赛奥碳纤维技术预测，预计到2025年全球碳纤维需求量将达到20万吨（4年CAGR=14%），到2030年达到40万吨（5年CAGR=14.8%）。预计到2025年，国内碳纤维需求量将达到15.9万吨（4年CAGR=26.4%）。从产品结构看，大丝束占比明显提升。根据赛奥碳纤维技术，2022年大丝束产品份额与小丝束相当，大约均占比43%，相比之下，2018年占比仅为32%，大丝束占比的不断提升，反映的是2022年民用航空市场的疲软以及风电市场的持续增长。而对于碳纤维工业应用而言，成本尤为重要，大丝束是降低成本的主要路径，不仅可以通过低成本扩大工业应用领域，也会不断吞噬成本敏感的小丝束传统市场。风电是当前碳纤维最大下游需求来源。2022年全球风电碳纤维用量约为3.9万吨，占全球碳纤维总需求比重28%。国内风电叶片领域碳纤维需求量为2.65万吨，占国内碳纤维需求总量的36.1%。根据国际风力发电网，碳纤维在风电叶片中的主要应用部位为主梁，与同级别高模玻纤主梁相比，采用碳纤维可实现减重20-30%。以122m长叶片为例，叶片重量的减轻可以大幅降低因自重传递到主机上的载荷，进而可以减少轮毂、机舱、塔架和桩基等结构部件15%～20%的重量，有效降低风机10%以上的整体成本。此外，风机的输出功率也更加平稳均衡、运行效率更高，由于碳纤维的抗疲劳性较高，因此还可以延长叶片的生命周期，降低日常维护费用等综合成本。从工艺上看，碳纤维复合材料主梁的成型工艺主要有碳纤维织物真空灌注、预浸料成型、拉挤工艺3种。其中前两者在叶片中应用较早，技术成熟，但随着叶片大型化对重量要求提高，拉挤工艺逐渐成为主流。风电厂商维斯塔斯自2015年最早将拉挤工艺应用于叶片上。这种设计理念把整体化成型的主梁主体受力部分拆分为高效低成本高质量的拉挤梁片标准件，然后把这些标准件一次组装整体成型，极大地推动了碳纤维在风电领域的应用。近年来，中材科技、时代新材、中复连众、艾朗等叶片厂家，以及金风科技、三一重工、明阳电气、上海电气等主机厂均陆续发布了使用碳纤维或碳玻混合拉挤大梁叶片。
碳/碳复材是以碳纤维为增强相的碳基复合材料，是目前极少数可以在2000℃以上保持较高力学性能的材料，主要应用于三大领域：刹车盘、航天部件、热场部件。
1）刹车盘市场：目前国际企业主要包括法国Messier-Bugatti、美国Honeywell、英国Dunlop等。国内飞机刹车盘企业主要有北摩高科、中航飞机股份有限公司西安制动分公司、博云新材、西安超码等，目前市场较平稳发展。
2）航天部件：目前碳碳复材以其优异性能成为大型固体火箭喉衬、发动机的喷管、扩散段、端头帽等的首选材料。
3）热场部件：主要用于单晶硅炉内，包括碳毡功能材料和坩埚、保温桶、护盘等结构材料，正在快速形成晶硅制造热场系统中对石墨材料部件的进口替代与升级换代。国际企业主要包括SGL、日本东海碳素公司等，国内企业主要包括金博股份、西安超码等。由于光伏及半导体行业的技术迭代，硅片也在向高纯度、大尺寸发展，因此热场系统应用中，碳碳复材产品向高纯度、大尺寸的方向发展也是必然趋势。
2.4碳纤维供给分析
2.4.1全球供给
碳纤维行业的技术、资金和产品验证门槛高，大多数企业都拥有较为悠久的历史，企业数量有限。2011-2022年，全球碳纤维产能从9.3万吨增加至22.8万吨，年均扩产约1.14万吨。2022年以前扩张产能主要来自日本东丽、Zoltek、Hexcel、SGL等国外厂商。2022年，全球新增产能主要来自于中国（见图2）：根据赛奥碳纤维技术，吉林化纤集团增长近16,000吨(含收购江城的产能)；常州新创碳谷新入行，新建产能6000吨；卓尔泰克在墨西哥增加的3000吨；中复神鹰增加的8000吨（老厂有产能调整）
图2.碳纤维新增产能分布图
2.4.2国内供给
碳纤维进口总量仍然高于国产量，大丝束开启产业化布局。2022年国内碳纤维仍然供不应求，进口占比（53%）依然较高。国内碳纤维供应可以分为进口、国产供应两部分。2022年，我国碳纤维总需求为6.24万吨，同比2021年4.89万吨增长27.7%，其中进口量为3.31万吨，同比增长9.2%，国产碳纤维供应量为2.93万吨，同比增长58.1%。总体上看，2022年进口和国产碳纤维仍然处于供不应求。从国内市场竞争格局看，目前国内碳纤维企业集中于国企，占比约80%，民企占比约20%。国内领先碳纤维企业主要包括中石化（上海石化）、中国建材（中复神鹰）、中国宝武（宝旌碳纤维及太钢钢科）、中化集团（蓝星）、陕煤（国企，恒神）、吉林化纤（国企），民营企业主要包括光威复材、中简科技、新创碳谷。2022年，全球产能排在前十的厂家中，吉林化纤、中复神鹰、宝旌等三家来自中国大陆，台塑来自中国台湾。总体上看，国内产能主要集中于国企，民营企业占比较低。从产品结构看，长期以来，我国主要在小丝束碳纤维方面实现突破。根据南京日报，目前国内每束碳纤维基本处于1-12K之间，即以小丝束为主。但由于小丝束成本较高，因此抑制了下游企业应用碳纤维的积极性。
业内通常将每束碳纤维根数在48K以上的碳纤维称为大丝束。随着我国首个万吨级48K大丝束碳纤维工程第一套国产线在中国石化上海石化碳纤维产业基地投料开车，标志着我国大丝束碳纤维开启产业化布局。此前大丝束碳纤维生产技术主要掌握在美国、德国、日本的几家大公司手中。中国石油化工集团有限公司（以下简称中国石化）、成为国内最早掌握大丝束碳纤维技术的企业之一。此外，吉林化纤也是目前较早48K大丝束的优势在于在相同工艺条件下，能够大幅度提升碳纤维单线生产能力，而如果控制得好，质量性能也能得到保证，从而实现低成本，打破碳纤维高价带来的应用局限。预计2030年我国大丝束碳纤维产值应该能达到500亿元量级，将带动千亿级的复合材料市场规模。
3.芳纶纤维
3.1芳纶纤维的特点及分类
3.1.1分类
芳纶全称为“芳香族聚酰胺纤维”(英文Aramidfibers)，是一种高性能人造纤维，具有相对较硬的聚合物链分子结构（见图3）。这些分子与强效氢键交联，非常快速高效地传输机械应力，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能。作为一种新型高科技合成纤维，其强度是钢丝的5~6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2~3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶纤维与碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维一起被列为我国重点发展的四大高性能纤维。芳纶纤维与普通锦纶同属酰胺类纤维，大分子主链中均含有酰胺键，不同的是锦纶的酰胺键与脂肪基相连，而芳纶的酰胺键则与苯环相连。芳纶纤维主要包括全芳香族聚酰胺纤维和杂环芳香族聚酰胺纤维两种，可分为邻位芳纶、对位芳纶(PPTA)和间位芳纶(PMTA)三种，其中实现工业化的产品主要有间位芳纶和对位芳纶两种。其中这两大类芳纶的主要区别在于酰胺键与苯环上的C原子的连接位置不同。
图3.芳香族聚酰胺纤维
3.1.2性能
对位芳纶，即聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)，我国称芳纶1414，为分子链中85%以上的酰胺键直接键合在芳香环上的线性高分子聚合物。它是世界上首例采用高分子液晶纺丝液制得的纤维，开创了高性能合成纤维的新时代。间位芳纶，即聚间苯二甲酰间苯二胺(PMTA)，我国又称芳纶1313。间位芳纶是有机耐高温纤维中发展最快的晶种，纤维分子由酰胺基团相互连接间位苯基构成，分子链呈线性锯齿状，由于分子间具有较强的氢键作用，纤维具有优异的阻燃性、热稳定性、耐辐射等性能。它具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长、化学结构稳定、燃烧无熔滴、不产生毒气等优良性能。对位芳纶的耐温性能要高于间位芳纶，连续使用温度范围为-196～204℃，在560℃高温下不分解、不熔化。对位芳纶最显著的特性是超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，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，而重量仅为钢丝的1/5左右，它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶纤维良好的机械特性间位芳纶是一种柔性高分子，断裂强度高于普通涤纶、棉、尼龙等，伸长率较大，手感柔软，可纺性好，可生产成不同纤度、长度的短纤维和长丝，在一般纺织机械制成不同纱支织成面料、无纺布，经过后整理，满足不同领域的防护服装的要求。芳纶纤维优异的阻燃、耐热性能间位芳纶的极限氧指数(LOI)大于28，因此当它离开火焰时不会继续燃烧。间位芳纶的阻燃特性是由其自身化学结构所决定的，因而是一种永久阻燃纤维，不会因使用时间和洗涤次数降低或丧失阻燃性能。间位芳纶具有很好的热稳定性，在205℃的条件下可以连续使用，在大于205℃高温条件下仍能保持较高的强力。间位芳纶具有较高的分解温度，而且在高温条件下不会熔融、融滴，当温度大于370℃时才开始炭化。芳纶纤维稳定的化学性质间位芳纶具有优异的耐大多数化学物质的性能，可耐大多数高浓度的无机酸，常温下耐碱性能好。芳纶纤维的耐辐射性间位芳纶的耐辐射性能十分优异。例如在1.2×10-2w/in2紫外线和1.72×108rads的γ射线的长时间照射下，其强度仍保持不变。芳纶纤维的耐久性间位芳纶优良的耐摩擦和耐化学品性能，经过100次洗涤后，用纽士达®间位芳纶加工的布料撕破强力仍可以达到原强力的85%以上。
3.1.3工艺
芳纶的聚合工艺主要包括低温溶液缩聚法和界面缩聚法。其中低温溶液缩聚法由于生产效率高、工艺相对简单、溶剂消耗少、成本更低而成为国内外间位芳纶和对位芳纶最主要的产业化生产工艺。由于技术难度大、工艺复杂、投资成本高，只有少数国外企业如杜邦采取界面缩聚法生产间位芳纶Nomex，主要工序包括聚合和纺丝。主流聚合技术包括低温聚合和界面聚合，低温聚合不需要提纯，形成的均相体系可以直接纺丝，被国内外广泛采用；纺丝主要包括干法纺丝和湿法纺丝，干法纺丝速度快，纤维结构更加致密，空洞较小而且孔径均匀，产品质量高，国内还未真正突破；对位芳纶国内目前的主流技术都是采用类似杜邦的TPC熔融进料和液体浓硫酸配浆技术，但在关键装备、纺丝速度、工艺稳定性控制及产品质量、整体产能规模以及在高端领域的专用型号产品等方面还与杜邦、帝人存在一定差距。
3.2芳纶纤维产业技术链
3.2.1芳纶纤维产业链
从产业链来看，芳纶行业上游原材料以及工艺存在一定的差异，间位芳纶的上游合成材料主要是间苯二甲酰氯、和间苯二胺；对位芳纶主要是对苯二甲酰氯和对苯二胺；下游主要应用于航空航天、军工国防、交通运输、电子通讯、轮胎橡胶、安全防护、体育休闲、环境保护等领域，是国防建设和经济发展的重要功能性材料。
3.2.2芳纶纤维应用领域
芳纶纤维在我国航空航天、汽车、机电、建筑、体育等诸多领域运用广泛，是未来生活中不可或缺的材料之一。航空领域芳纶纤维密度低、强度高、耐腐蚀性好，可用于制造导弹的火箭发动机壳体以及飞机、航天器的机身、主翼、尾翼等的宽频透波材料和可以承受冲击力量的结构部件。采用环氧树脂浸渍芳纶布形成芳纶预浸料，并直接与蜂窝或泡沫结构相黏结制备的多层蜂巢结构的板材，具有突出的耐冲击和电磁波透过性等特性。将芳纶与薄铝板、环氧无纬布交叠热压后形成的超混复合层板，具有极高的比模量和比强度，抗疲劳寿命是铝合金板的100倍～1000倍，可用于飞机的机身等部位。芳纶纤维制备的树脂基增强复合材料应用于飞机客体中，可使飞机总重量大大减轻。军事领域随着化学、核等新式军用武器的发展，对军用防护服的性能有更多新的要求:耐用、轻便、防弹、阻燃以及良好的环境适应性和伪装性等。用芳纶纤维制成的防弹背心和防弹头盔可以取代老式尼龙背心和罐性钢盔，在防弹背心和头盔中加入适量芳纶，不仅可使其体积小、质量轻，而且防弹效能可提高40%。高档防弹芳纶无纬布与高性能聚乙烯薄膜制成的软质防弹背心，比超高分子量聚乙烯纤维具有更好的防弹性能和耐热性。芳纶纤维也可与其他材料(如金属、陶瓷等)复合，制成各种高强度、耐冲击的防爆罐、防弹盾牌和防弹装甲板等。此外，将芳纶纤维织物黏结在结构物的内壁，可有效吸收爆炸波，防止弹片对人体的伤害。建筑领域芳纶纤维织物的延展性好于碳纤维，材料自身重量轻、自由度灵活，是一种理想的建筑工程加固材料，尤其是在加固不规则形状的构件时，由于其柔软度好，在加固棱角时不必做倒角。将芳纶编织成钢筋状，可作为大型建筑物的水泥增强骨架，除了具有高强、质轻的优点外，还可耐腐蚀，可同时起到较好的抗剪切作用。交通领域由于芳纶纤维密度小，可耐高、低温，并对橡胶有良好的粘附性，可作为汽车或飞机的轮胎帘子线。由芳纶纤维制成的轮胎，重量轻、轮胎薄、滚动阻力低、轮胎承载力高，还有很好的耐磨性、耐切割性及耐刺穿性，且轮胎使用过程中接地压力重心移动小，转向性能好，热量容易发散，不易变形，提高了汽车的乘坐舒适性，延长了轮胎的使用寿命，并可满足现代超音速飞机对轮胎的使用要求。电子电气领域芳纶纤维具有较高的强度和模量及较低的介电系数，电磁波透过率好，在同等刚度条件下，芳纶复合材料制作的雷达天线防护罩厚度比玻璃纤维复合材料可降低30%，电磁波透过率提高10%;芳纶与环氧、酚醛、聚酰亚胺等树脂复合制成的层压基板与陶瓷的线膨胀系数匹配度较高，在热胀冷缩作用下不会引起开裂，可用于制作表面安装技术中的特种印刷电路板，有利于电子设备的小型化和轻质化。利用芳纶纤维强度高、耐高温等特性，用作光纤中的“张力构件”，可保护细小而脆弱的光纤受到拉力作用时不致伸长变形，不会影响光的传输。芳纶纤维与碳纤维的复合产品，有良好的可加工性和半导体性，并可耐高温，多用于制作高电压装置中降低电场的材料。芳纶纸经过绝缘漆浸渍后，绝缘性好，与天然云母片结合用作耐热性电机的绝缘材料。其他领域芳纶纤维分子中含有大量苯环，化学稳定性好，耐腐蚀，比强度高，轻而坚牢，可用于制造海轮用和石油深井用缆绳。利用芳纶纤维耐高温、耐疲劳等特性，以制作档次较高的球拍、钓鱼竿、雪橇、滑雪板、滑雪杆、弓箭、赛艇、高尔夫球杆等，还可用于制作运动条件苛刻的登山鞋靴、拳击手套、赛车头盔、赛车车体等。由于石棉对人体呼吸道有严重危害，可由芳纶替代石棉制成增强橡胶密封板等密封件，用于汽车制动器的衬垫和衬圈。
3.3芳纶纤维产业供需分析
3.3.1全球芳纶行业市场供给分析
目前，全球芳纶名义产能约14-15万吨/年，对位芳纶需求8-9万吨、间位芳纶需求4万多吨。全球芳纶行业产能主要被杜邦等龙头企业所占据，占全球市场份额的50%左右，中国产能占比不足20%。近年来国内崛起了一批市场竞争力较强的芳纶生产企业，如泰和新材已经完成500吨/年间位芳纶产业化项目建设，使中国跻身于世界少数几个芳纶生产国之列，截止2022年合计产能19500吨/年，其中间位芳纶14000吨/年、对位芳纶5500吨/年。同时，根据相关资料可知，全球芳纶拟新增产能5万吨/年以上，并且主要集中在中国，尤其是泰和新材未来几年将新增2.6万吨/年。
表3.芳纶纤维新增产能分布表
3.3.2中国芳纶供给市场分析
2017-2012年，由于国内大多数芳纶生产企业产业化技术取得突破，产量呈现持续增加趋势。根据数据显示，2022年，我国芳纶产量2.2万吨，同比增加29.1%，2017-2012年的年均复合增长9.2%，预计2023年接近2.6万吨。目前，我国芳纶行业消费旺盛，2022年需求量达到2.8万吨，其中对位芳纶需求量约1.5万吨，同比增长13.0%，间位芳纶需求量约1.4万吨；预计未来五年我国芳纶未来5年市场需求增长率将保持增长，到2025年需求量将达到3.51万吨，其中对位芳纶需求将达到2.09万吨，间位芳纶1.42万吨。不过，需要值得注意的是国内对位芳纶产量仍然低于5000吨，进口量超过1.4万吨，自给率只有约28%。
3.4芳纶纤维的应用
3.4.1芳纶纸
芳纶纸是一种由制纸级芳纶纤维经纤维分散、湿法成形、高温整饰等工艺技术制成的高性能新材料，具有高强度、耐高温、本质阻燃、绝缘、抗腐蚀、耐辐射等诸多特性，广泛应用于电力电气、航空航天、轨道交通、新能源、电子通讯、国防军工等重要领域，是制造业产业升级过程中的一种关键战略材料。随着新能源汽车、风力发电、光伏发电、5G通信等芳纶纸新兴应用领域的出现，芳纶纸的市场需求逐步扩大。此外，高速列车、地铁轻轨及电网改造的进程加快，机车大功率牵引变压器、电机及智能电网新型输变电设备需求将会大幅度增长，变压器等设备用芳纶绝缘纸的市场将迎来新的增长点。国产大飞机对蜂窝芯材芳纶纸的国产替代需求也将带动国内芳纶纸行业的发展。同时，叠加价格与供应周期的优势，国产芳纶绝缘纸、芳纶蜂窝纸将会不断提高整体市场份额，并进一步实现领域的进口替代（见图4）。中国芳纶纸消费量已从2016年的2371吨提高到2022年的4325吨，2016年至2022年的年均复合增长率为12.13%，其中间位芳纶纸销量为3403吨，市场份额为90.79%，其中在电气绝缘上的应用量约占芳纶纸总消耗量的90.76%。预计2028年我国芳纶纸消耗量将达12290吨，其中间位芳纶纸销量能达11100吨，市场份额为90.32%。2022年，中国芳纶纸市场规模达到了1.93亿美元，预计2028年将达到4.39亿美元，2021-2028年年均复合增长率（CAGR）为14.92%。
图4.芳纶纸蜂窝结构图
3.4.2芳纶涂覆
隔膜是锂离子电池重要的组成部分之一，其性能直接影响着电池的综合性能：（1）隔膜需具备适当孔径，保证通透性的同时防止被刺穿；（2）应具有较高的孔隙率，保障离子的迁移传输效率，提升充放电性能；（3）浸润性良好，利于锂离子的迁移传输，降低隔膜对锂离子的电阻；（4）适当的厚度，在保证较高穿刺强度的情况下减小内阻。锂电池隔膜出货量持续增加。根据EVTank数据显示，2022年，中国锂离子电池隔膜出货量同比增长65.3%，达到133.2亿平米，其中湿法隔膜出货量突破100亿平米，达到104.8亿平米，干法隔膜出货量达到28.4亿平米，全球锂电隔膜出货量已经突破160亿平米，中国隔膜企业出货量的全球占比在2022年已经突破80%。目前市场上已商业化使用的隔膜主要为聚烯烃微孔膜，包括聚丙烯（PP）/聚乙烯（PE）/PP多层复合隔膜、PP或PE单层微孔膜和涂布膜，这类隔膜具有优异的力学性能和电化学稳定性。然而，这些聚烯烃隔膜，如低熔点的PE（135℃）和PP（165℃），在高温下无法维持其尺寸，导致锂离子电池内部存在短路和安全风险。由于其较低的孔隙率和低极性，聚烯烃隔膜还表现出较差的电解质润湿性，这可能导致锂离子传输不均匀和严重的枝晶，锂枝晶会破坏生成的SEI层，不断地消耗电解液，最终增加界面的电阻，从而降低锂电池的可逆容量。此外，隔膜在电池组装中会受到应力、碰撞和跌落造成从而损伤，可能会导致锂离子电池最终失效，所以隔膜的的高机械强度对于提高锂离子电池的安全性非常重要。为了提高隔膜的机械强度和整体性能，通常采用的方法是在聚烯烃隔膜的表面涂覆一层无机陶瓷粒子或有机物，例如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、芳纶树脂等，这类涂覆隔膜能够有效提高隔膜的耐高温性能和机械强度。陶瓷颗粒涂覆隔膜以基膜为基体，表面涂覆Al2O3、SiO2、Mg（OH）2或其他耐热性优良的无机物陶瓷颗粒，经特殊工艺处理后与基体紧密粘结在一起，稳定结合有机物的柔性以及无机物的热稳定性，提高隔膜的耐高温、耐热收缩性能和穿刺强度，进而提高电池的安全性能。陶瓷复合层可以解决PP、PE隔膜热收缩导致的热失控从而造成电池燃烧、爆炸的安全问题；同时，陶瓷复合隔膜与电解液和正负极材料有良好的浸润和吸液保液的能力，大幅度提高了电池的使用寿命。此外，陶瓷涂覆隔膜还能和电解液中少量的氢氟酸进行中和，防止电池气胀，减少电池出现鼓包现象。PVDF（聚偏氟乙烯）是一种白色粉末状结晶性聚合物，熔点170℃，热分解温度316℃以上，长期使用温度-40～150℃，具有优良的耐化学腐蚀性、耐高温色变性、耐氧化性、耐磨性、柔韧性以及很高的抗涨强度和耐冲击性强度。PVDF涂覆隔膜具有低内阻、高（厚度/空隙率）均一性、力学性能好、化学与电化学稳定性好等特点。由于纳米纤维涂层的存在该新型隔膜对锂电池电极具有比普通电池隔膜更好的兼容性和粘合性，能大幅度提高电池的耐高温性能和安全性。此外，该新型隔膜对液体电解质的吸收性好，具有良好的浸润和吸液保液的能力，延长电池循环寿命，增加电池的大倍率放电性能，使电池的输出能力提升大约20%，常应用于高端储能、新能源汽车等场景。芳纶纤维作为一种高性能纤维，具有可耐受400℃以上高温的耐热性和卓越的防火阻燃性等特点，对高耐热性芳纶树脂进行复合处理得到的涂层，一方面能使隔膜耐热性能大幅提升，实现闭孔特性和耐热性能的全面兼备；另一方面由于芳纶树脂对电解液具有高亲和性，使隔膜具有良好的浸润和吸液保液的能力，而这种优秀的高浸润性可以延长电池的循环寿命。此外，芳纶树脂加上填充物，可以提高隔膜的抗氧化性，进而实现高电位化，从而提高能量密度。芳纶涂覆在热稳定性、浸润性、以及电池能量密度等关键指标中表现较好。通过对比不同种类涂覆隔膜性能指标，芳纶涂覆隔膜在各项指标中都居于领先位置；由于芳纶材料自身耐热性极好，所以其作为隔膜涂覆可以大幅降低隔膜高温时的热收缩率，避免电池起火隐患，大幅提升电池的安全性；此外，芳纶作为高分子有机物，与电解液的浸润性极好，且自身抗氧化性强，能够提升电池的循环寿命、充电速度，并提高电池的能量密度。
图5.芳纶涂覆电池隔膜图
4.超高分子量聚乙烯纤维行业
4.1超高分子量聚乙烯纤维的特点及分类
4.1.1概述
聚乙烯（PE），是一种由碳氢键构成的结构最简单的聚合物，2022年全球对PE的需求量为2亿吨，到2026年，PE市场规模预计将达到1430亿美元。PE结构虽简单，如果把普通聚乙烯的分子量做到3×106g/mol以上时，聚乙烯就破茧成蝶变成了超高分子量聚乙烯（UHMWPE），成为一种高性能聚合物材料。UHMWPE的分子链比普通PE链长几个数量级，通常每链含有100,000至250,000个单元，而普通PE仅为700至1800。超高分子量聚乙烯是一种线性结构的具有优良综合性能的工程塑料。UHMWPE分子链很长，沿同一方向排列，相互缠绕，通过强化分子之间的相互作用，较长的分子链能够更有效地将载荷传递给主链，所以UHMWPE具有很高的比模量和比强度。UHMWPE耐磨性位居塑料之首比碳钢.黄铜还耐磨数倍，其耐磨性能是普通聚乙烯的数十倍以上，而且随着分子量的增加，其耐磨性能也会进一步提高。摩擦系数也比其它工程塑料小，可以与聚四氟乙烯相媲美，是理想的润滑材料，由于其良好的耐磨性能和润滑性能，UHMWPE在人工关节方面得到了广泛应用。UHMWPE具有优良的抗水性能，几乎不吸水，其吸水率在工程塑料中是最小的。UHMWPE耐冲击性能也是目前工程塑料中最高的，比以耐冲击性能著称的聚碳酸酷还要高3~5倍。由于UHMWPE分子结构以直链为主，具有超拉伸取向必备的结构特征，其拉伸强度高达3~3.5GPa，拉伸弹性模量高达100~125GPa。UHMWPE还具有优良耐化学药品性，在一定温度、浓度范围内能耐各种腐蚀性介质及有机溶剂。优良的耐低温性能，在冰点以下也具有良好的冲击强度，最低使用温度可以达到一269C。另外，UHMWPE还具有良好的不粘性、无毒、优良的电气绝缘性能、比HDPE更好的耐疲劳性及耐y-射线能力等。
4.1.2技术壁垒——催化剂
催化剂是UHMWPE生产工艺的核心。乙烯的聚合主要受聚合温度、压力、催化剂组成及用量、外给电子体和氧气的影响，催化剂是聚合技术的核心，对聚合产物平均分子量、分子量分布、堆密度、结晶度以及颗粒的大小和形态都有着重要影响。经过半个多世纪的发展。，催化剂的性能和制备技术都得到了迅速地发展，目前主要的UHMWPE催化剂有Ziegler-Natta(Z-)催化剂、茂金属化剂和非茂过渡金属催化剂N催化剂是目前唯一工业化应用的催化剂。Z-N催化剂具有制备简单、成本低、对杂质敏感性低等优点，是目前国内外工业化制备UHMIPE应用最多的催化剂，细分产品品种很多，但也存在共聚能力欠佳、所得聚合物分子量分布较宽，影响树脂的力学性能提升等问题。茂金属催化剂的催化活性更高，能够制备窄分子量分布的聚合物，从而赋予产品更高的力学性能，但受限于所制备的聚乙烯分子量偏低、成本高等缺陷目前还未有茂金属催化剂用于工业化生产UHMWPE的报道。非茂过渡金属催化剂目前已在实验室规模取得一定突破，但核心的负载化过程还未解决，距离批量应用还有一段距离。目前，美国Celanese、日本三井油化、巴西Braskem、荷兰DSM、韩国油化等国际公司以及包括上海化工研究院有限公司在内的国内树脂生产企业均采用Z-N催化剂为主生产UHMWPE树脂。
4.1.3技术壁垒一聚合工艺
釜式聚合工艺:釜式聚合包括Hostalen工艺和三井CX工艺，目前绝大多数的UHMWPE聚合采用Hostalen搅拌釜工艺。Hostalen工艺流程包括两个反应器，在第一反应器中加入乙烯、氢气和催化剂，生产较高熔融指数的树脂，得到的聚合物浆液进入第二反应器，在第二反应器中完成剩余乙烯的聚合反应。该工艺装置的操作压力和操作温度低、操作弹性高、生产灵活且稳定性较好，而且使用该工艺，催化剂耐杂质能力强，对乙烯气原料的纯度要求低。目前全球超过三分之二的UHMWPE聚合采用Hostalen釜式工艺环管聚合工艺:环管工艺主要有Phillips公司的Phillips单环管工艺和neos公司的1nnoveneS双环管工艺。这两种工艺均采用异丁烷为反应介质环管工艺不同于Hostalen艺和X工艺的釜式搅拌，其物料依靠轴流泵的推动在环管中高速流动来撤除聚合反应热。Phillips公司利用改性后的二氧化硅或氧化铝固定催化剂来生产UHMWPE，聚合中不需要加入氢气，投资少，但对催化剂的要求较高。lnnoveneS工艺也较成熟，布局紧凑，产品质量控制稳定，特点是物料停留时间短，牌号切换快。
4.2超高分子量聚乙烯产业链
4.2.1超高分子量聚乙烯下游
纤维和电池隔膜是需求主力现阶段纤维是超高分子量聚乙烯最大消费领域。据中国化信-咨询，2022年我国超高分子量聚乙烯总消费量为21.8万吨，同比增长19%，主要增长来源为纤维和电池隔膜产品。超高分子量聚乙烯纤维是2022年最大的下游应用领域，占比31%;电池隔膜、板材和工业管材分别占比28%、22%和15%。同年，我国电池隔膜出货量同比增长超11%，且未来五年，预计储能电池与动力电池仍将保持迅猛增势，将进一步推动申池隔膜成为超高分子量聚乙烯最重要的增长领域。电池隔膜有望成为超高分子量聚乙烯最大消费领域。据中国化信-咨询预测，预计到2026年，超高分子量聚乙烯树脂总消费量将达41.2万吨，CAGR为17%，其中纤维和电池隔膜总消费量占比将达四分之三。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维，又称高强高模聚乙烯纤维，是继碳纤维、芳纶纤维之后的第三代高性能纤维。超高分子量聚乙烯纤维是目前工业化高性能纤维材料中比强度和比模量最高的纤维，是分子量在100万以上的聚乙烯树脂所纺出的纤维(普通聚乙烯的分子量一般在4-12万》，其断裂伸长率高于碳纤维和芳纶，柔韧性好，在高应变率和低温下力学性能仍然良好，抗冲击能力优于碳纤维、芳纶等，是一种非常理想的防弹、防刺安全防护材料。超高分子量聚乙烯纤维与普通的聚乙烯纤维相比，具有强度高、韧性好，以及优良的抗冲击性和抗切割性、高耐磨性、耐化学腐蚀性等特性。其中，超高分子量聚乙烯纤维的比强度是优质钢材的15倍，是玻璃和尼龙66的4倍，是碳纤维的2.6倍，是芳纶纤维的1.7倍:在抗冲击性能方面，超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比冲击总吸收能量是碳纤维的1.8倍、芳纶的2.6倍，防弹能力是芳纶装甲结构的3.6倍。由于质轻高强及比能量吸收高的特点，超高分子量聚乙烯纤维已逐步取代芳纶，成为个体防弹防护领域的首选纤维。超高分子量聚乙烯纤维具有超高强度、超高模量、低密度、耐磨损、耐低温、耐紫外线、抗屏蔽、柔韧性好、冲击能量吸收高及耐强酸、强碱、化学腐蚀等众多的优异性能，被广泛应用于军事装备、海洋产业、安全防护、体育器械等领域（见图6）。
图6.超高分子量聚乙烯产业链图
4.2.2超高分子量聚乙烯国内发展现状和趋势
国内UHMWPE纤维企业正处于成长阶段，目前产品多用于中低端领域。2005年，以同益中、湖南中泰、宁波大成为代表的国内超高分子景聚乙烯纤维企业实现技术突破后，UHMWPE纤维行业良好的市场前景和经济效益吸引多家企业投资，国内新建了数十条UHMWPE纤维生产线，形成了较为完善的规模化生产能力。国内企业研发和生产的超高分子量聚乙烯纤维产品主要经历了三个发展阶段:(1)逐步实现了超高分子量聚乙烯纤维的批量化生产，打破海外龙头技术垄断、填补了国内空白，实现了超高分子量聚乙烯纤维产品的进口替代;(2)国内企业研发和生产的超高分子量聚乙烯纤维及复合材料产品，在主要指标和功能方面，已达到国际领先知名品牌的同等水平，实现了在相关高端应用领域的进口替代，特别是改变了我国在部分军工装备领域(例如海军舰艇缆绳和武警、陆军防弹衣等)的对国外产品的依赖及受制约的局面:(3)在抗蠕变等高端产品以及医用缝合线、雷达天线罩等细分应用领域，我国仍处于起步阶段，我国企业仍将持续进行产品及应用研发。国内UHMWPE纤维企业在高端应用领域有待突破。尽管2011年之后我国超高分子量聚乙烯纤维的产能已经超过全球总产能的50%，但是国内的超高分子量聚乙烯纤维整体呈现中低端产能富余、高端产能紧缺的情况。我国超高分子量聚乙烯纤维企业在医用缝合线、雷达天线罩等高端应用领域的产品研发仍处于起步阶段，在产品一致性及稳定性、抗蠕变产品等细分领域仍处于不断追赶海外龙头公司的位置。以同益中为代表的国内企业仍需在高端领域内继续实现“从有到优”更高端产品的突破。
4.3超高分子量聚乙烯供需分析
4.3.1国内外超高分子量聚乙烯纤维需求
近年来，我国超高分子量聚乙烯纤维的需求量保持持续较快增长，主要来源于军事装备、海洋产业和安全防护等领域。未来，随着市场需求的不断增加，超高分子量聚乙烯纤维行业仍将持续快速发展。一方面，超高分子量聚乙烯纤维作为现代国防必不可少的战略物资，国家出台了一系列政策将其列为关键战略材料;另一方面，随着产业技术水平的持续提升，超高分子量聚乙烯纤维的应用领域不断拓宽，日益增加的军品、民品应用将为超高分子量聚乙烯纤维带来庞大的市场需求。据同益中招股书中披露，2015年至2022年，中国超高分子量聚乙烯纤维需求量复合增长率为19.87%，2023年至2025年，预期中国超高分子量聚乙烯纤维需求量复合增长率为15.05%。目前欧美市场超高分子量聚乙烯纤维下游应用领域中，防弹衣和武器装备占比约70%，绳缆占比约20%，劳动防护占比约5%，渔网占比约5%;中国市场超高分子量聚乙烯纤维下游应用领域中，防弹衣和武器装备占比约32%，防切割手套占比约28%，缆绳材料占比约26%，体育器材占比约6%，其他占比约8%。隔膜是现有锂电池内层组件中技术壁垒最高的材料，直接决定了锂电池的使用性能和安全性。锂电池隔膜是一种具有多孔网络结构的绝缘材料，平均孔径为0.03~0.10m，其主要作用是使电池的正、负极分隔开，防止两极接触而短路，能让离子自由通过，阻隔电流传导，防止电池过热。喝膜的性能决定了电池的界面结构、内阳等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性。根据隔膜的结构特点，键电池隔膜可分为聚烯烃隔膜、无纺布隔膜与无机复合隔膜。其中，聚烯烃隔膜是目前商业化钾电池隔膜的主流，以聚乙烯PE)、聚丙烯(PP)等为主。
4.3.2超高分子量聚乙烯纤维技术
隔膜约占锂离子电池成本的7%。根据彭博新能源财经的数据，2022年离子电池正极成本加起来占每个电池总成本一半以上，为51%。电池制造过程包括电极制备、电池组件和电池电化学激活，这一过程占总成本的24%，负极占总成本的12%，隔膜、电解液和电池外壳分别占总成本的7%、4%和3%。中国锂电隔膜出货量快速增长。据高工产研理电研究所(GG11)调研数据，2022年，国内隔膜出货量达到78亿平米，同比增长109.7%，2018年至2022年CAGR达53.64%;2022年上半年中国锂电隔膜出货量54亿平米，同比增长超55%。我国隔膜企业已占有全球市场70%以上的市场份额，但UHMWPE电池隔膜材料仍以进口料为主。锂电隔膜市从全球发展趋势来看，锂电池隔膜产业是逐步向国内转移的过程，我国隔膜企业出货量份额持续增加。2022年受全球新能源汽车终端需求提升的驱动，全球钾电池隔膜出货量为107亿平米，同比增长70%。我国隔膜企业已占有全球市场70%以上的市场份额。UHMIPE电池隔膜专用料具有分子链间缠结度强、熔体黏度大等特点，其隔膜制品具有电化学稳定性好、寿命长、安全性高等优点，是锂电池隔膜材料的主要开发方向。但由于该材料颗粒粒径要求严苛、工业生产难度大、行业准入门槛高，国内市场以进口料为主，国产料多处于小规模研发和生产阶段，未来有部分厂商可大规模生产。
国内UHMWPE生产企业尝试突破国外技术壁垒，开发具有竞争力的高端湿法UHMWPE理电池隔膜专用料依然存在较大难度，主要体现在以下方面：
(1)进口的UHMWPE理离子电池隔膜专用料基本被美国、韩国、德国和日本等少数国家垄断，国内研发和生产起步较晚，自主知识产权质乏我国锂电池隔膜的研发和生产起步较晚，自主知识产权匮乏;
(2)隔膜要求不断提高，对原料树脂的杂质含量、批次质量一致性乃至颗粒形态的要求极高，而国内企业对上游原材料的研究不够深入，国产UHMWPE电池隔膜专用料配方研究欠缺系统性，
(3)我国的隔膜企业大多是工艺模仿，缺乏系统基础研究支撑，没能完全理解和掌据隔膜加工的基本科学问题和技术原理，很难提升隔膜的性能，生产出的隔膜一致性、均匀性、热收缩性能等比较差，合格率偏低，量产化能力有待进一步提高。
我国锂电池隔膜专用UHMWPE料依赖进口，国产替代进程加速。2016-2022年，我国电池隔膜专用UHMWPE料进口量年均增速在23.5%左右，2022年总进口量达到13700吨，进口依存度45%。由于国内非外资企业UHMMPE研发和生产能力仍比较有限，再加上新产品打入市场的认证周期较长未来一段时间内我国UHMWPE电池隔膜专用料国产量增速预计难以满足需求增速。
2022年，我国仅有南京塞拉尼斯和扬子石化有理电池隔膜专用UHMWPE料量产产品，两家企业累计年产量在14000吨左。另外，河南沃森(UHMNPE产能10000吨/年)有电池膜实验料投放试用，但没进一步量产。东方盛虹子公司斯尔邦石化2万吨的超高分子量聚乙烯已于2022年年底投产，主要应用是为下游的锂电隔膜。联泓新科投资7.9亿元在山东新建2万吨/年超高分子量聚乙烯和10万吨/年酷酸乙,联合装置及配套设施项目已于2022年7月开工，预计2024年上半年建成投产，装置可生产隔膜料与纤维料，隔膜料主要用于生产锂电池隔膜。
随着原材料树脂制备技术的提升，国产UHMWPE树脂的品质有望得到改善，从而实现隔膜用原料的完全国产化:同时，由于隔膜加工工艺与表面改性技术的提升，高端湿法隔膜有望完全实现国产化，满足国内高端锂电池需求。从隔膜产品结构来看，2022年中国键电隔膜市场出货仍以湿法隔膜为主，市场占比进一步提升，达79%，湿法隔膜市场占比提升主要受动力电池市场需求快速增长带动。然而当前新能源汽车补贴逐步退坡，新能源汽车厂商成本控制压力传导至上游。碳酸铁钾技术进步带来能量密度提升导致磷酸铁锂电池的装车量和产量迅速上升。因此随着磷酸铁锂出货量大幅提升和储能市场需求爆发，未来干法隔膜的中国市场需求预计会处于持续增长。
5.未来展望
5.1加强面向航空航天领域高性能纤维研究
加强面向航空航天领域高性能纤维及复合材料基础研究和应用基础研究，组建复合材料工业创新中心，形成国家战略科技力量储备。苏州市在面向航空航天领域应用的高性能纤维及复合材料具有较强的科研创新能力，拥有一批高质量的研发机构、创新平台、研发团队，建议继续加大支持相关纤维及复合材料基础研究和应用基础研究力度，提升产业技术创新能力，“做尖”苏州市高性能纤维及复合材料。一是建议实施复合材料领域重大科技任务，为基础研究提供稳定经费支持。针对苏州市具有比较优势和重点发展的高性能纤维及复合材料，如C/C复合材料、沥青基碳纤维、碳化硅纤维等，瞄准行业领域重大前沿科学问题，有针对性地实施重大科技任务，给高性能纤维及复合材料基础研究和应用基础研究提供稳定的经费支持。二是组建复合材料工业创新中心，强化国家战略科技力量。统筹整合高校高性能纤维及复合材料领域优势力量，组建复合材料工业创新中心，瞄准高性能纤维及复合材料领域关键共性技术，完善共性基础技术供给体系，夯实产业创新发展基础，为解决“卡脖子”问题提供源头支撑。力争在C/C复合材料、沥青基碳纤维、碳化硅纤维等复合材料细分领域的技术创新能力保持国内领先、国际一流水平，形成国家战略科技力量储备。
5.2抓住风电叶片和轨道交通应用需求机遇
聚焦发展碳纤维复合材料，完善产业链，开发低成本制备技术。苏州市在风电叶片和轨道交通装备制造领域具有比较优势。风电叶片目前已成为全球碳纤维及复合材料最大的应用领域，对碳纤维复合材料产业具有非常强的牵引作用。轨道交通装备轻量化已是发展趋势，未来如果列车车体用碳纤维复合材料替代金属材料，对碳纤维的需求量将是万吨级，未来有可能成为牵引碳纤维及其复合材料产业发展的最强动力。一是重点发展轨道交通装备用碳纤维复合材料。重点支持时代新材大力发展轨道交通装备用碳纤维复合材料，充分发挥其作为中国中车的新材料产业平台优势，针对列车车体对碳纤维复合材料的应用需求，开发相应的复合材料产品，形成紧密的产业链配套。二是引进培育碳纤维和树脂基体材料企业。以苏州市风电叶片和轨道交通用碳纤维复合材料需求为牵引，大力引进培育上游的碳纤维和树脂基体企业，进一步完善苏州市高性能纤维及复合材料产业链。三是开发低成本复合材料工艺技术。目前碳纤维复合材料应用主要痛点难点为综合成本太高、“好材不会用”等。坚持问题和需求导向，聚焦风电叶片和轨道交通装备用复合材料构件，加强在复合材料结构设计、复合材料加工以及成型技术方面研发支持力度，引导广大科研人员开发低成本复合材料工艺技术，为碳纤维复合材料的大规模应用提供技术支撑。
5.3打造碳化硅纤维创新创业高地
加快科技成果转化，培育行业龙头企业。碳化硅纤维是苏州市的优势产业，着力打造国家碳化硅纤维产业创新高地，形成碳化硅纤维特色产业，塑造新材料产业新名片。一是打造碳化硅纤维国家级创新平台，强化产业技术支撑。强化人才和资金支持力度，打造国家碳化硅纤维技术创新中心或国家重点实验室。二是推进创新科技成果在省内转化，促进产业做强做大，力争实现第三代碳化硅纤维在省内成果转化。通过推进科技成果转化，促进产业做强做大，将苏州市创新优势转化为产业发展优势。三是培育碳化硅纤维行业龙头企业，引领产业规模化发展。龙头企业对区域产业发展具有强大的拉动作用，建议苏州市根据企业创新能力和企业生产规模，确定碳化硅纤维产业领域龙头企业培育对象，通过支持企业承担各类政府资助科技重大项目、支持企业引进高层次人才以及实施“一对一”帮扶等政策措施，提升企业技术创新能力和产业化水平，促进企业高质量发展，打造行业龙头企业，引领产业规模化发展。
来源：《石化行业走出去联盟》