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        高瞻聚焦

        中國芳綸纖維行業市場調研報告(簡)

        來源:高瞻智庫  瀏覽數:  發表日期:
          一、芳綸纖維行業概述
          1、芳綸纖維行業概況
          芳綸纖維全稱為“芳香族聚酰胺纖維”,英文為Aramidfiber(杜邦公司的商品名為Kevlar是芳綸纖維的一種,即對位芳綸纖維),是一種新型高科技合成纖維,具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優良性能,其強度是鋼絲的5~6倍,模量為鋼絲或玻璃纖維的2~3倍,韌性是鋼絲的2倍,而重量僅為鋼絲的1/5左右,在560度的溫度下,不分解,不融化。它具有良好的絕緣性和抗老化性能,具有很長的生命周期。芳綸的發現,被認為是材料界一個非常重要的歷史進程。
          芳綸纖維是重要的國防軍工材料,為了適應現代戰爭的需要,目前,美、英等發達國家的防彈衣均為芳綸材質,芳綸防彈衣、頭盔的輕量化,有效提高了軍隊的快速反應能力和殺傷力。在海灣戰爭中,美、法飛機大量使用了芳綸復合材料。除了軍事上的應用外,現已作為一種高技術含量的纖維材料被廣泛應用于航天航空、機電、建筑、汽車、體育用品等國民經濟的各個方面。在航空、航天方面,芳綸由于質量輕而強度高,節省了大量的動力燃料,據國外資料顯示,在宇宙飛船的發射過程中,每減輕1公斤的重量,意味著降低100萬美元的成本。除此之外,科技的迅猛發展正在為芳綸開辟著更多新的民用空間。據報道,目前,芳綸產品用于防彈衣、頭盔等約占7~8%,航空航天材料、體育用材料大約占40%;輪胎骨架材料、傳送帶材料等方面大約占20%左右,還有高強繩索等方面大約占13%。
          芳綸纖維包括全芳香族聚酰胺纖維和雜環芳香族聚酰胺纖維兩大類。全芳香族聚酰胺纖維中,按結構劃分且工業化生產的主要分對位芳綸和間位芳綸。
          圖表:間位芳綸和對位芳綸性能參數

          資料來源:公開資料、高瞻智庫
          2、芳綸纖維產業鏈
          由于兩大類芳綸的化學性質差異性,對應的下游應用場景也大不相同。間位芳綸主要適用于環保濾料、消防搶險、個體防護、絕緣航空等場景應用;而對位芳綸則適用于光纜防護、汽車領域、安全防護、摩擦密封等場景中。
          圖表:芳綸纖維產業鏈圖


          資料來源:高瞻智庫
          3、芳綸產品工藝流程
          圖表:芳綸纖維工藝流程圖



          資料來源:高瞻智庫
          4、芳綸產品性能特點
          目前,芳綸纖維的生產主要集中在美國、日本及歐洲。我國于上世紀80年代開始,進行中試研究,積累了寶貴的工業化生產經驗,逐步建立起了生產線。與其他纖維相比,芳綸纖維具有強度高、模量高、耐高溫、耐酸堿腐蝕、絕緣性好、重量輕等優點,現已廣泛應用于建材、電子電器、防彈制品、交通、軍事、航空等領域。
          圖表:芳綸與其它幾種工業絲性能對比

          資料來源:公開資料、高瞻智庫
          5、芳綸產品應用領域
          圖表:芳綸產品主要應用領域及特點

          資料來源:高瞻智庫
          二、芳綸纖維行業發展環境分析
          材料是人類一切社會生活和經濟發展的基礎性要素,作為關鍵資源投入,一次次推動著技術革命的進步。新材料是指新出現的具有優異性能或特殊功能的材料,或是傳統材料改進后性能明顯提高或產生新功能的材料。新材料作為基礎性和支柱性戰略產業,是高新技術的先導。21世紀以來,越來越多的國家將新材料產業的發展作為國家重大戰略決策,美國、日本、歐洲、俄羅斯等處于全球新材料領先地位的國家(地區)進一步細化新材料產業發展方向。新材料作為全球“工業4.0”高新技術的先導,近年來各國紛紛出臺相關政策大力支持當地新材料產業的發展,而全球各地新材料產業發展規劃各有特色。
          同樣,我國也高度重視新材料產業發展,目前通過綱領性文件、指導性文件、規劃發展目標與任務等構筑起新材料發展政策金字塔,予以全產業鏈、全方位的指導。其中綱領文件主要為《中國制造2025》,指導性文件包括《中國制造2025》重點領域技術路線圖、《新材料產業發展指南》等。
          芳綸是國家鼓勵發展的新材料品種。2006年,中國化纖工業協會將間位芳綸列為“綠燈”項目,對位芳綸纖維被列為“雙綠燈”項目。2012年7月,國務院印發了“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃,在新材料產業高性能復合材料分支中明確提出積極開展芳綸開發及其產業化。在新材料“十二五”發展規劃中也明確了要突破對位芳綸產業化瓶頸,并拓展其在蜂巢結構、絕緣紙等領域的應用。此外,在2017年發改委發布的《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》(2016版)中,芳綸再一次被列入高性能纖維及復合材料分支開發的名單中,表明我國對芳綸發展的高度重視。
          圖表:芳綸纖維行業部分相關政策

          資料來源:國務院、工信部、發改委、高瞻智庫
          新材料是國際競爭的重點領域之一,也是決定一國高端制造及國防安全的關鍵因素,我國歷來對新材料產業發展高度重視,市場的增長潛力也是十分巨大的。2011年我國新材料產業總產值僅為0.8萬億元,到2020年我國新材料產業總產值已增長至5.5萬億元,年復合增長率為23.89%。預計2021年我國新材料產業規模將突破7萬億元。
          圖表:2011-2021年中國新材料產業規模及增長情況(單位:萬億元,%)

          數據來源:國家統計局、高瞻智庫
          三、芳綸纖維行業發展分析
          受困于國際社會對我國的技術封鎖,我國芳綸纖維的生產和商業化都起步較晚,無論是技術水平還是規?;a均處于落后階段。上世紀70年代,我國開始進行芳綸纖維的研制工作,直到2004年煙臺氨綸(現名泰和新材)才實現間位芳綸纖維的產業化生產,目前已經發展成為了全球第二大間位芳綸纖維供應商。2011年,泰和新材又在國內率先實現對位芳綸纖維的商業化運營,其對位芳綸纖維產能1500噸/年,位居國內第一位,全球第四位。目前,我國的泰和新材、中藍晨光等企業的產能均達到了千噸級,另外其他的生產商還有河南的神馬股份集團、中石化儀征化纖、藍星(成都)新材料、四川金路公司等。
          2020年,受疫情及中美貿易摩擦等因素影響,間位芳綸市場需求偏弱,部分參與者在低端領域中低價搶占市場,以保證其自身貨物周轉和現金流,行業面臨一定挑戰;防護領域主要參與者為包括泰和新材、中藍晨光在內的行業龍頭,相互間的競爭較為理性,產品價格較為穩定。對位芳綸方面,受疫情及貿易摩擦等因素影響,以光纜為代表的工業領域需求下降較大,同時部分行業參與者改、擴建項目準備投產,對市場心態產生一定影響,價格競爭壓力逐漸顯現??傮w來看,2020年芳綸及主原料價格整體較為穩定。
          安全、環保、節能是芳綸的主要應用領域,符合社會發展的潮流。隨著新《環保法》和新《生產安全法》的實施,芳綸在環保過濾領域和安全防護領域均迎來了全新的發展機遇;隨著國務院機構改革及應急管理部的組建,統一指揮、專常兼備、反應靈敏、上下聯動的應急管理體制初步形成,相關部門及企業主動提高安全防護水平的內生動力不斷增強,芳綸在高端領域的應用不斷增長;2020年,《防護服裝阻燃服》《個體防護裝備配備規范》等國家強制標準先后發布,對防護工裝的阻燃性能、物理性能等提出了更為明確、嚴格的要求,為芳綸等阻燃材料相關行業帶來新的市場空間;與此同時,隨著我國高端裝備制造業的發展,國產芳綸在通信、汽車、航空、軌道交通等領域的用量也將逐步增加。
          四、芳綸纖維行業現狀分析
          從全球市場來看,截至2020年底,全球芳綸名義產能約11-12萬噸,主要產能被杜邦公司、帝人、科隆等國際大公司占據。其中,間位芳綸約4萬噸,對位芳綸約8萬噸,我們按照間位芳綸10萬元/噸,對位芳綸14萬元/噸測算,全球芳綸產業規??蛇_到152億元。國內公司以泰和新材為代表,2020年總產能實現11500噸,位居全球第三位。2020年全球芳綸需求量約8-9萬噸,較2019年下降約20%。芳綸行業的競爭相對寡頭,目前的市場容量相對較小,宏觀環境、供求形勢及競爭手段的變化都會對行業產生較大影響。在國內,就對位芳綸來說,其需求就達12000噸左右,而目前國內對位芳綸有效產能約3000噸/年,反映出國內供需缺口較大,進口依賴性較高。
          2020年國內間位芳綸應用最大的領域是高溫過濾材料,占比超60%,其次是安全防護用品。間位芳綸因耐溫性好、力學性能好等優點,在水泥、瀝青、冶金等領域高溫過濾材料都有不可替代的作用。間位芳綸織物阻燃且不會熔融滴落,常被用于制作工業、軍事、消防隔熱阻燃防護服。全球間位芳綸的需求主要分布在電氣絕緣紙、防護衣和高溫濾料,分別占比達到了34%、29%和20%。與國際市場需求明顯不同,我國生產的間位芳綸產品主要集中于低端的高溫濾料市場,該市場競爭激烈,產品利潤率低。
          圖表:2020年國際及國內間位芳綸下游應用市場分布(單位:%)

          數據來源:新材料在線、高瞻智庫
          與此同時,對位芳綸憑借性能優勢,用于增強材料、安全防護材料如防彈衣、頭盔等、航空航天復合材料、摩擦材料如剎車片、運動器材等領域。國內對位芳綸主要用在光學纖維保護增強、安全防護領域,其他領域尚未有大規模應用。全球對位芳綸應用領域較為廣泛,摩擦材料如剎車片、輪胎橡膠增強、安全防護等占據市場優勢。全球對位芳綸的需求主要分布在車用摩擦材料、防彈材料和光學纖維,分別占比達到了30%、30%和15%。從國際消費結構看,汽車相關對位芳綸需求量占比達到45%。在中國等發展中國家,廉價石棉是摩擦材料的主要原材料,石棉替代運動將是芳綸需求的重要增長點。
          圖表:國際及國內對位芳綸下游應用市場分布(單位:%)

          數據來源:新材料在線、高瞻智庫
          五、芳綸纖維行業競爭分析
          新材料產業是我國七大戰略新興產業之一,是整個制造業轉型升級的產業基礎。在國家政策和下游市場的雙重驅動下,我國新材料產業保持了快速增長的態勢。但新材料行業屬于知識密集型、技術密集型和資金密集型新興產業,不是靠簡單的規模擴張而是靠獨特的優良性能取勝,與新技術密切相關;新材料產品的研發具有投入大、周期長、產業風險放大的特點,具有很高的壁壘和風險。作為我國關鍵新材料之一,芳綸纖維同樣具有這種行業特點。
          從全球芳綸纖維市場來看,美國杜邦公司是最先研發和生產芳綸纖維的企業,目前其旗下的產品主要包括Kevlar-29、Kevlar-49、Kevlar-49AP等多個牌號,而每個牌號又有數十種規格的產品,在全球市場上占據絕對領導地位。緊隨其后,日本、歐洲也開始生產芳綸纖維,如日本帝人、俄羅斯JSCKamenskvolokno、韓國Kolon和Hyosung。目前,在國際市場上美國杜邦和日本帝人在芳綸纖維領域占有統治地位,他們兩家的產能占全世界產能的85%左右,而且幾乎壟斷了高等級的對位芳綸纖維產品。據調研結果顯示,全球芳綸纖維產量份額依次為歐洲35.42%、美國34.64%、中國11.04%、日本9.49%、韓國8.40%、其他國家1.01%。
          目前,我國芳綸纖維行業的競爭現狀呈現五個特點:一是規?;a技術壁壘高,少數巨大壟斷,新進入者威脅較??;二是具備批量生產能力的企業不多,買方議價能力一般;三是國內低端應用市場相對飽和,高附加值應用市場供不應求,具備大規模生產能力的企業數量不多,企業間競爭較小,內部競爭壓力不大;四是整體市場處于供需平衡狀態,供應商議價能力一般;五是部分高端應用如防護、軍工領域,有可替代的纖維材料,替代品的威脅較強。
          圖表:國內芳綸行業代表品牌

          資料來源:高瞻智庫
          六、芳綸纖維行業研究現狀
          美國杜邦公司最早制備芳綸纖維是采用對苯二甲酰氯和對苯二胺在低溫溶液中縮合聚合制備得到,后日本的帝人公司也采用該種方法制備得到Conex芳綸纖維。該方法研究比較成熟,目前工業化生產基本采用該方法。
          孔海娟等以氯化鈣的N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑,同時加入正己烷(與NMP不互溶),以對苯二胺和對苯二甲酰氯為反應單體,采用低溫溶液縮聚反應制得PPTA。研究結果表明,正己烷的引入可以推遲PPTA聚合反應過程中產生凝膠的時間,有利于聚合反應的進行;當正己烷與NMP的體積比為1:2時,可以制得較高相對分子質量的PPTA;正己烷的加入可使PPTA樹脂顆粒的比表面積更大,但對其結構和性能影響不大。
          張康等以氯化鋰的NMP作為溶劑,以對苯二胺和對苯二甲酰氯為反應單體,同時加入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(DAPBI)作為第三單體,采用低溫溶液縮聚法制備得到改性PPTA共聚物。結果表明,該方法制備的有規共聚物比無規共聚物的相對分子質量大;DAPBI的引入使得改性PPTA為非晶無定形聚合物,有規共聚物比無規共聚物的有序性和結晶性能好;有規共聚物的起始分解溫度略低于PPTA,但溶解性能和力學性能得到了提升。
          梁敏思以氯化鋰的二甲基乙酰胺作為溶劑,以對苯二胺和對苯二甲酰氯為反應單體,同時加入4,4′-二氨基二苯砜作為第三單體,采用低溫溶液縮聚法制備得到改性PPTA共聚物。研究結果表明,共縮聚后可以得到粘度高、溶解性好、熱穩定性好的共聚物。
          劉國文等以二甲基乙酰胺作為溶劑,以間苯二胺和間苯二甲酰氯為反應單體,制備得到PMTA。該聚合反應是在微通道反應器中進行,反應物的配比為1.005~1.000,控制反應溫度0℃~10℃,溶劑中水份300x10-6g/g以下,兩種單體進料速率5:4~5:3,制備過程中無需添加縛酸劑,制備得到的聚合物粘度為1.9~2.1,分子量分布穩定。
          芳綸纖維的其他合成方法還包括界面縮聚法、直接縮聚法、氣相聚合法和酯交換法等。但是這些方法因為各自的限制,僅僅局限于理論研究,一直未實現工業化生產。
          七、芳綸纖維行業痛點分析
         ?。?)鑒于目前我國芳綸纖維的生產現狀,未來我國應該在芳綸纖維的基礎理論研究上進一步加強,以期在高性能機制上取得突破,能夠為制備更高性能的芳綸纖維提供理論依據。(2)對位芳綸纖維的聚合和生產過程還存在很多問題,比如分子量及其分布難以控制、聚合過程易出現凝膠化、紡絲的穩定性等,如何開發新的聚合方法以改進聚合過程中芳綸纖維的問題,以及在紡絲過程中如何控制雙螺桿的結構和紡絲工藝以提高紡絲的穩定性,是芳綸纖維聚合和生產中急需解決的問題。(3)積極推動小分子有機化合物的合成,為芳綸纖維共聚提供更多合適的單體,從而合成不同結構的芳綸纖維,以期找到性能更優異的芳綸纖維。(4)芳綸纖維的改性方法很多,物理改性和化學改性方法均有各自的優缺點,如何取長補短,開發復合處理或多級處理方式,是未來解決芳綸纖維表面功能化的途徑。
          八、芳綸纖維行業前景分析
          展望未來,在規模方面,隨著我國國防經費的不斷增加、汽車消費量的持續擴大及電氣設備生產能力的不斷增強,下游行業對芳綸纖維的需求日益擴大。未來上述行業發展還將繼續深化,將為芳綸纖維行業進一步發展帶來更大的發展機遇和廣闊的市場空間。我國需要逐步擺脫對芳綸纖維的進口依賴,重點培養國內芳綸生產企業,實現芳綸纖維行業規?;l展。在應用方面,隨著芳綸纖維產品性能的持續提升,未來產品應用范圍將持續擴大,并廣泛應用于電氣絕緣材料、阻燃織物、安全防護、高溫過濾、航空航天、光纜增強、蜂窩結構與橡膠骨架增強材料及繩纜等領域。
          另外,從供求來看,現階段我國對位芳綸纖維的產量僅僅2000噸左右,遠遠無法滿足每年10000噸的需求,而且未來幾年我國對位芳綸纖維的需求量將會呈兩位數的增長。在間位芳綸纖維方面,我國間位芳綸纖維需求約10000噸,而國內總產能為8600噸,產能也明顯不足??梢?,我國芳綸纖維市場仍具有較大的增長空間與發展潛力。
          從細分應用市場來看,芳綸纖維是當今極為重要的國防軍工材料。它具有超高強度、高模量和耐高、重量輕、耐酸耐堿等優異性能,其強度是鋼絲的5~6倍,模量為鋼絲或玻璃纖維的2~3倍,韌性是鋼絲的2倍,重量僅為鋼絲的1/5左右,且絕緣性能良好,抗老化,有很長的使用周期。為適應現代戰爭需要,目前美、英等發達國家的防彈衣均采用了芳綸材質。芳綸防彈衣和頭盔的輕型化,大大提高了快速反應能力、戰斗力和防護能力。除軍事應用外,在宇宙飛船發射過程中,每減輕1公斤重量,意味著降低100萬美元成本,所以芳綸民用市場前景也十分廣闊。
          但同時,雖然我國的芳綸纖維產量逐年在攀升,但是我們也必須注意到相對于國外,我國對芳綸纖維的基礎理論知識研究還有待提高,研究不夠全面系統,整體研發水平還有較大提升空間。另外,雖然我們的生產線在逐步地提升產能,但是我們的關鍵技術還未完善,穩定生產還不能全程控制。
          九、芳綸纖維行業發展建議
          基于以上痛點及行業風險挑戰,我們提出了以下三點發展建議:一是整合研發力量,建立產業鏈合作開發機制。國內芳綸研發起步晚、發展慢,目前研發單位雖多,但處于小而散的狀態,低水平的重復建設較為普遍。建議整合研發資源,選擇具有較強芳綸研發能力的特色高校和院所重點支持,實現集成創新;同時協調產業鏈上下游企業,開發符合下游應用的制品,使產業鏈形成規模效應,降低成本,提高競爭力。二是發展差異化芳綸產品。目前,國際上芳綸的發展趨勢是以技術先進性推進應用產品的升級換代。相對于國外芳綸產品來說,國內芳綸產品結構單一,差異化程度低,高端產品尚不具備批量供應的能力。應依托龐大的市場需求為拉動,差異化發展有競爭力的芳綸產品。三是加大技術攻關扶持力度,培育龍頭企業,參與國際競爭。與國外芳綸企業相比,目前國內芳綸產業的工程化技術水平落后,核心裝備國產化程度低、技術突破緩慢。建議借助市場容量大等優勢,通過國家扶持和社會投資驅動,集中培育萬噸級芳綸及其應用規?;堫^企業,形成規模效益,降低成本,提高競爭力,參與國際競爭。

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