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來源：中國工程院；中國工程科學，2020年 第22卷 第5期
作者：李仲平，馮志海，徐樑華，呂春祥，李龍，朱世鵬
摘要：作為我國關鍵戰(zhàn)略材料的重要組成，高性能纖維及其復合材料是保障國家重大戰(zhàn)略實施和高端裝備發(fā)展的物質(zhì)基礎，也是驅(qū)動新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要力量。本文系統(tǒng)分析了高性能纖維及其復合材料領域的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)、我國發(fā)展存在的主要問題，提出了我國高性能纖維及其復合材料要堅持“產(chǎn)品自主、技術自主、體系自主”的發(fā)展思路，明確2025年和2035年發(fā)展目標以及重點發(fā)展任務。在此基礎上，從提升復合材料設計與應用能力、解決產(chǎn)業(yè)化成套裝備問題、建設聯(lián)合創(chuàng)新平臺三個方面提出相關措施建議，以期為推動我國高性能纖維及其復合材料技術與產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供參考。
關鍵詞：高性能纖維；復合材料；產(chǎn)業(yè)化裝備；聯(lián)合創(chuàng)新平臺；2035
一、前言
新材料產(chǎn)業(yè)是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成，對實現(xiàn)我國創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展具有重要的支撐作用。高性能纖維及其復合材料是引領新材料技術與產(chǎn)業(yè)變革的排頭兵，廣泛應用于航空航天、軌道交通、艦船車輛、新能源、健康產(chǎn)業(yè)和基礎設施建設等重要領域，集軍事價值與經(jīng)濟價值于一身，是各國軍事發(fā)展與經(jīng)濟競爭的焦點之一。
近年來，國家有關部門陸續(xù)出臺《中國制造2025》《關于加快新材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的指導意見》《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》等政策文件，強調(diào)了新材料產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位，也為高性能纖維及其復合材料提供了重要的發(fā)展機遇。2018年，中國工程院啟動了“新材料強國2035戰(zhàn)略研究”重大咨詢項目，旨在貫徹落實“十九大”精神，推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，為實現(xiàn)材料大國向材料強國的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變，提供決策與咨詢建議。
本文作為重大咨詢項目子課題“關鍵戰(zhàn)略材料強國戰(zhàn)略研究”的系列成果，主要圍繞關鍵戰(zhàn)略材料的核心之一—高性能纖維及其復合材料進行研究，筆者系統(tǒng)梳理了國內(nèi)外技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，研判了未來發(fā)展趨勢和挑戰(zhàn)，分析了當前我國存在的主要問題，研究確立了高性能纖維及其復合材料的發(fā)展思路、原則和重點任務，針對性提出了政策措施建議，以期為我國高性能纖維及其復合材料發(fā)展決策制定提供參考。
二、國外高性能纖維及其復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀
高性能纖維及其復合材料主要包括碳纖維、有機纖維、陶瓷纖維及其復合材料，是結(jié)構(gòu)輕量化的首選材料，也是極端服役環(huán)境不可替代的功能材料。在世界各國一系列重大科技工程和研究計劃的推動下，全球高性能纖維及其復合材料前沿技術不斷取得突破，產(chǎn)業(yè)化步伐也逐漸跨入成熟發(fā)展階段。
（一）高性能纖維及其復合材料技術與產(chǎn)業(yè)日漸成熟，發(fā)達國家逐漸形成先發(fā)優(yōu)勢
作為主要的技術發(fā)源地，并得益于強大的工業(yè)基礎和長期積累，美國、日本和歐洲等國家和地區(qū)在高性能纖維及其復合材料領域已形成先發(fā)優(yōu)勢。美國的優(yōu)勢集中在黏膠基碳纖維、瀝青基碳纖維、氧化鋁纖維、芳綸纖維、樹脂基體和熱工裝備等方面，復合材料應用技術也遙遙領先；日本在聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維、陶瓷纖維及其復合材料、復合材料體育用品等方面具有明顯優(yōu)勢；歐洲在紡絲裝備和復合材料制造裝備方面基礎好、水平高，本土復合材料發(fā)展有一定規(guī)模的宇航工業(yè)牽引。美國、日本和歐洲在高性能纖維及其復合材料方面具有很高的相互依存度，技術與資本交叉融合，形成其產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。俄羅斯等傳統(tǒng)東歐國家繼承了蘇聯(lián)自主發(fā)展的復合材料技術，有機纖維、黏膠基碳纖維及復合材料的技術水平較高，各種熱加工設備實用可靠，可基本滿足其國防工業(yè)需求。
（二）高性能纖維及其復合材料領域的新一輪技術突破正在加速推進
碳纖維微納缺陷控制技術的突破為其高性能化提供了有力支撐，并再次引發(fā)高端碳纖維產(chǎn)品的競爭熱潮。日本東麗株式會社和美國赫氏集團陸續(xù)推出7GPa級超高強度碳纖維T1100G和IM10，而后日本三菱集團與東邦化學株式會社也相繼推出對應級別的碳纖維。2018年11月，東麗株式會社宣布通過納米尺度上微結(jié)構(gòu)及石墨取向調(diào)控，開發(fā)出了M40X碳纖維，在與M40J碳纖維模量相當?shù)那闆r下，實現(xiàn)拉伸強度和斷裂延伸率提升約30%；2019年3月，赫氏集團立即呼應并推出HM50碳纖維。M40X和HM50碳纖維的特點是高強度、高模量、高斷裂延伸率，預示著碳纖維技術的競爭達到全新高度，并體現(xiàn)出下一代碳纖維的主要特征。
在芳綸纖維方面，美國杜邦公司和日本帝人株式會社形成規(guī)格完整的產(chǎn)品系列，近年發(fā)展定制化技術，開發(fā)了橡膠增強用的Kevlar29AP、Twaron1015芳綸纖維，以滿足工業(yè)領域的放量應用。俄羅斯的新一代雜環(huán)芳綸纖維Rusar的強度高達6.0GPa，相比于Armos纖維提高了20%以上。此外，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維、聚酰亞胺（PI）纖維、聚對苯撐苯并雙噁唑（PBO）纖維等，均已形成一定產(chǎn)業(yè)規(guī)模，在美國、日本的航天、交通、橋梁、防彈防燃服以及競技體育等特殊領域獲得應用。
日本企業(yè)覆蓋了三代碳化硅纖維產(chǎn)品，最高使用溫度從1300℃提升到1800℃以上，并且衍生出多功能化碳化硅纖維。美國明尼蘇達礦業(yè)及機器制造公司（3M公司）發(fā)明Nextel312氧化鋁纖維之后，陸續(xù)開發(fā)了Nextel550、Nextel720等更高性能的纖維；此外，以美國、日本、法國、俄羅斯為代表的國家已實現(xiàn)氮化硼、氮化硅、硅硼氮等新型陶瓷纖維的批量研制與應用，陶瓷基復合材料基體也由單一基體發(fā)展到復合基體、超高溫基體，在航空發(fā)動機、航天飛行器、空間相機及核能等領域的應用逐步深入。
（三）全球行業(yè)壟斷格局不斷加劇，優(yōu)勢企業(yè)主導地位難以撼動
全球聚丙烯腈基碳纖維主要產(chǎn)能來源于日本東麗株式會社（含卓爾泰克公司）、東邦化學株式會社、三菱集團，美國赫氏集團、氰特公司，德國西格里集團，中國臺塑集團，行業(yè)集中度極高，主要技術被日本和美國控制，市場被日本、美國、歐洲聯(lián)盟壟斷（約達80%）。新興國家（中國、俄羅斯、土耳其、韓國、印度）的碳纖維企業(yè)運營十余年，對碳纖維傳統(tǒng)巨頭沒有形成沖擊和威脅。2015年東麗株式會社收購卓爾泰克公司，其產(chǎn)能和市場占比均超過全球的三分之一，形成一家獨大的壟斷局面。在瀝青基碳纖維方面，美國氰特公司（收購BPAmoco）、日本三菱集團和石墨纖維公司的瀝青基碳纖維技術遙遙領先，形成系列化產(chǎn)品，并占據(jù)全球市場主導地位。
在芳綸纖維方面，美國杜邦公司的對位芳綸（Kevlar）、間位芳綸（Nomex）以及日本帝人株式會社的產(chǎn)品占據(jù)全球主要市場。在高性能UHMWPE纖維方面，荷蘭皇家帝斯曼集團、美國霍尼韋爾國際公司以及日本的東洋紡績株式會社、三井化學公司等傳統(tǒng)優(yōu)勢企業(yè)，共同處于市場壟斷地位。在陶瓷纖維方面，日本Carbon、Ube、Suitomo以及美國3M、DowCorning等公司不僅掌握了氧化鋁、碳化硅、氮化硼等纖維及前驅(qū)體方面的關鍵技術，而且形成了多品種、系列化的產(chǎn)品，占據(jù)了全球80%以上的市場份額，并控制產(chǎn)品銷售區(qū)域，對我國實施嚴格的禁運。
（四）產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐年擴大，國外廠商積極重組聯(lián)合，提前布局大工業(yè)應用
航空航天、體育休閑等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)對碳纖維復合材料的需求保持穩(wěn)定增長，以輸電與風電為主的能源領域、以汽車與軌道運輸為主的交通領域為碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了新的活力，低碳、綠色經(jīng)濟對碳纖維應用的拉動效益顯著，推動產(chǎn)業(yè)跨入到以工業(yè)應用為主的新階段。近年來，拉擠板成功應用于葉片組合梁，實現(xiàn)風電領域?qū)μ祭w維需求的迅猛增長；寶馬公司與西格里集團合資在美國建設總產(chǎn)能為9000t/a的碳纖維工廠，試圖將電動汽車徹底輕量化并控制材料源頭；東麗株式會社收購了卓爾泰克公司，并推出Z600碳纖維，實現(xiàn)大絲束與小絲束多元化發(fā)展，預備應對未來風力發(fā)電、汽車、壓力容器領域?qū)I(yè)級低成本碳纖維的井噴式需求。
三、我國高性能纖維及其復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀
經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，在國家有關部委的大力支持下，通過各類科技項目實施、專項能力建設和國家級創(chuàng)新研究機構(gòu)設立等措施，我國高性能纖維及其復合材料技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了一些可喜成績。
（一）核心技術不斷突破，產(chǎn)品性能逐步提高
國內(nèi)已突破基本型（T300級）碳纖維的研制、工程化及航空航天應用關鍵技術，實現(xiàn)重點型號的自主保障；突破了濕法高強型（T700G級）碳纖維的研制和工程化關鍵技術，完成了部分裝備的應用研究；開展了高強中模型（T800H級）碳纖維的工程化及其應用關鍵技術攻關，已進入重點型號考核驗證和試用階段；開展了高強高模碳纖維研發(fā)，M40級碳纖維已應用于航天領域，M40J級碳纖維進入地面考核驗證階段，突破了十噸級M55J碳纖維關鍵技術；基本突破了系列民用干噴濕紡碳纖維產(chǎn)業(yè)化技術，正在進行高端碳纖維的攻關、應用研究和民用領域的應用推廣。在瀝青基碳纖維方面，突破了高純可紡中間相瀝青和連續(xù)高導熱瀝青基碳纖維（P120級）制備關鍵技術。
在芳綸纖維方面，突破對位芳綸和雜環(huán)芳綸關鍵技術，建成多套工業(yè)化裝置。基本型對位芳綸（Kevlar29級）實現(xiàn)穩(wěn)定批量生產(chǎn)和供應，高強型對位芳綸（Kevlar129級）實現(xiàn)國產(chǎn)化供應，在光纜、膠管、防彈等領域?qū)崿F(xiàn)批量應用；雜環(huán)芳綸產(chǎn)品性能達到俄羅斯Armos同等水平，在固體火箭發(fā)動機、高端防彈等領域?qū)崿F(xiàn)批量應用。UHMWPE纖維實現(xiàn)與國際優(yōu)勢企業(yè)比肩，不僅可以部分替代進口，而且具備一定出口創(chuàng)匯能力。PI纖維斷裂強度達到3.5GPa，模量140GPa，實現(xiàn)了耐高溫型、高強高模型PI纖維的商品化。國內(nèi)科研機構(gòu)陸續(xù)突破連續(xù)碳化硅纖維及其復合材料的工程化制備技術，開展了工程應用驗證，同時也初步建立了氧化鋁纖維、氮化硅纖維、系列陶瓷前驅(qū)體等驗證試驗線。
（二）產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐年擴大，積累了一定工業(yè)化經(jīng)驗
2019年，我國碳纖維的需求量約為3.8×104t（見圖1），但超三分之二用量為國外碳纖維；我國碳纖維運行產(chǎn)能約為2.6×104t，實際銷量約為1.2×104t。國產(chǎn)小絲束碳纖維實現(xiàn)銷售約7000t，并在逐步擴大市場份額，其余為國產(chǎn)大絲束碳纖維。中國超高增長需求的主要驅(qū)動者是風電葉片市場，為國內(nèi)碳纖維企業(yè)帶來了難得的發(fā)展機遇。
在芳綸纖維方面，我國建成了多條千噸級對位芳綸生產(chǎn)線，2019年我國對位芳綸產(chǎn)量達到2800t，2020年預計將達到5000t；間位芳綸產(chǎn)能超15000t，產(chǎn)量達到11000t，我國成為間位芳綸的主要生產(chǎn)國之一。2019年我UHMWPE纖維產(chǎn)能約為33000t，產(chǎn)量為23000t，出口為3355t，產(chǎn)品具有一定的國際競爭力。
（三）高性能纖維及其復合材料的戰(zhàn)略支撐作用日益凸顯
我國高性能纖維復合材料應用技術日趨成熟，應用部位由次承力構(gòu)件擴大到主承力構(gòu)件，由單一功能材料向多功能、結(jié)構(gòu)功能一體化轉(zhuǎn)變，有效緩解了國家重大工程、國防重點裝備的迫切需求。高性能纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)也由開拓推廣期向快速擴張和穩(wěn)定成長期邁進，復合材料應用領域由航空、航天、兵器等擴展到了風力發(fā)電、軌道交通、汽車等眾多民用領域；產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，如國內(nèi)碳纖維銷售額達30億元規(guī)模，優(yōu)勢企業(yè)近年陸續(xù)在內(nèi)蒙古、青海等中西部地區(qū)投資擴產(chǎn)工程，這將對中西部地區(qū)科技與經(jīng)濟發(fā)展起到積極的帶動作用，支撐新興產(chǎn)業(yè)的區(qū)域均衡發(fā)展。
四、高性能纖維及其復合材料的發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)
在大國競爭和新型冠狀病毒肺炎疫情疊加影響下，國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)格局將加速重塑。我國高性能纖維及復合材料的自主保障能力需進一步提升，產(chǎn)業(yè)技術將面臨持續(xù)低成本化以及大規(guī)模工業(yè)應用的需求。
（一）高性能纖維及其復合材料將持續(xù)國產(chǎn)化，以滿足重大戰(zhàn)略發(fā)展需求
高性能纖維及其復合材料是實現(xiàn)衛(wèi)星平臺、運載火箭、大飛機、兵器艦船等國家重大工程建設的物質(zhì)基礎，相關產(chǎn)品長期以來處于禁運或高價進口狀態(tài)，在技術與經(jīng)濟上受西方國家遏制。隨著大國競爭的持續(xù)演進，高性能纖維及其復合材料的原材料、裝備、技術封鎖將進一步加劇，高性能纖維及其復合材料的自主研制保障是突破“受制于人”問題的關鍵，也是實現(xiàn)“中國制造2025”發(fā)展計劃的必由之路。
（二）高性能纖維及其復合材料將持續(xù)高性能化，其前沿技術仍是材料學科的研究熱點之一
經(jīng)過近30年的相對沉寂，依靠細旦化提高拉伸強度的技術路線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。東麗株式會社和赫氏集團相繼推出T1100G和IM10碳纖維，在纖維直徑保持原序列牌號特征基礎上，強度和模量同步顯著提升。近期推出的M40X、HM50碳纖維體現(xiàn)了高強高模高延伸的綜合性能。國內(nèi)開發(fā)的中大直徑T800級碳纖維，實現(xiàn)復合材料壓縮強度與拉伸強度的“壓拉比”從0.52提升至0.67，復合材料壓拉平衡性獲得改善。新一代碳纖維及第三代先進復合材料技術的突破，是實現(xiàn)我國高性能纖維及其復合材料技術比肩國際前沿發(fā)展的重要契機。
（三）高性能纖維及其復合材料將持續(xù)低成本化，并決定其在風力發(fā)電、基礎設施建設、體育休閑等相對成熟領域的市場份額
發(fā)達國家已實現(xiàn)高性能纖維標準化、系列化，未來重要發(fā)展趨勢是低成本化。低成本纖維制備技術不僅要降低生產(chǎn)要素成本，也要突破高性能纖維顛覆性制備技術，建立低成本化的生產(chǎn)工藝。在碳纖維領域，一是對現(xiàn)有制備技術進行改進，如通過“擴容提速”實現(xiàn)紡絲速度大幅提升，擴大單線產(chǎn)能；二是開發(fā)新型紡絲、碳化技術等，大幅降低能耗。另一方面是利用腈綸工業(yè)基礎，開展碳纖維大絲束化制備技術研究，發(fā)展48K以上低成本紡織級原絲及工業(yè)級碳纖維制備技術。當碳纖維價格達到10USD/kg，在風力發(fā)電、基礎設施建設和體育休閑等領域的應用將進一步擴大，將全面筑牢碳纖維工業(yè)應用的壓艙石。
（四）軌道交通、新能源汽車、工業(yè)基礎設施等新興產(chǎn)業(yè)以及新型基礎設施建設有望成為高性能纖維擴大應用的重要機遇和突破口
經(jīng)歷60年發(fā)展，全球碳纖維需求在2019年首次超過1×105t。隨著應用技術的成熟和碳纖維成本的不斷下降，下一個1×105t的增長，預計周期會明顯縮短。近年來，國內(nèi)不斷加大高速列車等軌道交通、新能源汽車及充電樁、特高壓輸電線路等新興產(chǎn)業(yè)以及新型基礎設施投資，同時隨著碳纖維在車體車架、高壓氣瓶、機器人臂、電纜電芯等部件上應用技術的不斷突破，國內(nèi)碳纖維市場有望迎來擴大應用、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要機遇。
（五）國外壟斷型企業(yè)加速兼并重組，新型冠狀病毒肺炎疫情對全球經(jīng)濟沖擊顯著，多種因素疊加將加速國內(nèi)產(chǎn)業(yè)格局重塑
國外高性能纖維巨頭通過并購，不斷加強系列品種的國際壟斷地位；上游原材料企業(yè)與下游應用單位聯(lián)合重組，形成全產(chǎn)業(yè)鏈的控制能力。國內(nèi)高性能纖維行業(yè)經(jīng)過十余年“大干快上”的發(fā)展歷程后，逐漸回歸理性投資。隨著新冠疫情的沖擊，全球市場短期受困，內(nèi)外因素疊加，必將加速完成優(yōu)勝劣汰的行業(yè)洗牌。中國得益于更早控制住疫情，已實現(xiàn)全面復工復產(chǎn)，有望迎來一段特殊發(fā)展空間；國內(nèi)企業(yè)突圍破局，應把握好軌道交通、大型橋梁、島礁建設、大直徑風電葉片、油田開采設備等國內(nèi)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)的蓬勃需求。
五、我國高性能纖維及其復合材料發(fā)展存在的問題
我國高性能纖維及其復合材料研制起步并不晚，但是由于復雜的原因進展一直較緩慢，近十年來雖取得了很大的進步，但產(chǎn)品在性能穩(wěn)定性、成本、規(guī)模及應用水平方面與日本、美國等發(fā)達國家差距明顯。
（一）高端纖維及其復合材料仍存在代差，自主保障能力亟待加強
國外航空航天領域已經(jīng)大規(guī)模應用以T800級碳纖維為主要增強體的第二代先進復合材料，而我國總體上仍處在第一代先進復合材料擴大應用、第二代先進復合材料考核驗證階段，落后一代以上，而且高強高模、超高模量碳纖維尚未建立有效的自主保障能力。在高性能有機纖維、陶瓷纖維等領域，同樣存在高端產(chǎn)品缺乏、質(zhì)量一致性差等問題。
（二）產(chǎn)業(yè)技術成熟度不夠，大規(guī)模高效低成本的成套工藝與裝備技術仍未完全突破，纖維產(chǎn)品“質(zhì)次價高、不好用”
高性能纖維產(chǎn)業(yè)是一個工藝與裝備高度耦合的超長流程精細產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)尚未全面了解和掌握大規(guī)模成套生產(chǎn)工藝技術。現(xiàn)階段國產(chǎn)碳纖維生產(chǎn)仍以12K及以下小絲束產(chǎn)品為主，大絲束、低成本碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)技術尚未全面突破，而國外已開始將大絲束低成本與小絲束高質(zhì)量的生產(chǎn)技術融合，持續(xù)提升產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。我國芳綸纖維在產(chǎn)品性能、生產(chǎn)效率、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、應用支持等方面還存在差距，價格也不具備本土優(yōu)勢，導致國產(chǎn)芳綸纖維的使用積極性不高，企業(yè)成長艱難。UHMWPE纖維單線產(chǎn)能低，投資成本高、生產(chǎn)效率低、能耗高，規(guī)模化低成本生產(chǎn)還難以實現(xiàn)。此外，纖維的產(chǎn)業(yè)化成套裝備設計與制造能力不過關。優(yōu)秀的設計/仿真模擬人員缺乏，設計/模擬軟件依賴進口，基礎工業(yè)技術（如機械加工）、裝備原材料質(zhì)量（如石墨發(fā)熱體材料）與國外差距明顯，導致國內(nèi)自主裝備在精度和產(chǎn)能上不足，設備運行穩(wěn)定性差、故障率高，制約纖維產(chǎn)品的性能與成本控制。
（三）大多數(shù)應用行業(yè)缺乏復合材料設計–評價–驗證能力，“不會用、用不好”問題突出
與傳統(tǒng)金屬材料相比，復合材料的最大優(yōu)勢是可設計性，可根據(jù)服役環(huán)境和結(jié)構(gòu)特點進行優(yōu)化設計。當前，我國僅航空航天領域具有較為完整的復合材料設計–評價–驗證能力，兵器、艦船、汽車、風電、軌道交通、基礎設施建設等行業(yè)則嚴重滯后，更多習慣于跟蹤國外的應用技術與應用領域，以“成型加工”方式開展高性能纖維復合材料的制備，普遍存在“不會用、用不好”的問題，導致國產(chǎn)纖維及其復合材料大規(guī)模“應用出口”不暢。
（四）基礎研究投入不足，部分關鍵科學問題尚未探明，在前沿產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)上缺乏后勁
在國家重大任務的牽引下，我國高性能纖維及其復合材料以參照仿制的國產(chǎn)化思路開展，以產(chǎn)品研制為主，著重解決應用急需。高校與研究機構(gòu)的研發(fā)，往往以型號產(chǎn)品為依托，高性能纖維材料成分–結(jié)構(gòu)–工藝–性能之間的深層次關聯(lián)關系尚未全面掌握，必要的科學機理尚未揭示清楚。材料研制與應用超前于相關學科的基礎研究，導致在面臨新的應用需求時缺乏理論支撐，自主創(chuàng)新發(fā)展后勁不足，難以適應未來技術比肩和引領發(fā)展需求。
（五）健全的產(chǎn)業(yè)體系和健康的產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚未形成，部分領域低水平重復、無序競爭現(xiàn)象仍存在
目前我國高性能纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)體系不完整，關鍵裝備、重要原材料和配套材料以及檢測評價環(huán)節(jié)薄弱。在航空航天領域應用的總體規(guī)模仍然比較小，難以驅(qū)動全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展與完善，在以汽車、壓力容器、軌道交通等為代表的工業(yè)領域仍未實現(xiàn)放量（見圖2）。在國家高度關注以及高科技領域投資沖動等多重因素刺激下，目前仍存在低水平重復、脫離產(chǎn)業(yè)實際的投資亂象，項目水平參差不齊，不僅造成大量國家和社會資源占用與浪費，也將嚴重不利于行業(yè)競爭力和可持續(xù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的形成。
六、我國高性能纖維及其復合材料的發(fā)展思路和目標
針對我國高性能纖維及其復合材料發(fā)展現(xiàn)狀及主要問題，圍繞2035年材料強國戰(zhàn)略目標以及“十四五”發(fā)展規(guī)劃，研究確立了解決高性能纖維及其復合材料自主保障、筑牢產(chǎn)業(yè)安全基礎、構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展思路和目標。
（一）指導思想與原則
為實現(xiàn)材料強國的戰(zhàn)略目標，以《中國制造2025》《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》等為依據(jù)，以國防建設和國民經(jīng)濟重大需求為導向，以纖維研制生產(chǎn)和復合材料擴大應用為發(fā)展主線，實施高性能纖維及其復合材料“產(chǎn)品自主、技術自主、體系自主”的“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，牢固樹立科技安全、產(chǎn)業(yè)安全的發(fā)展理念。
一是堅持關鍵品種自主保障原則。大幅提升高性能纖維及其復合材料的自主保障能力，填補高端品種空白，保障關鍵產(chǎn)品安全，滿足國家重大工程需求。
二是堅持產(chǎn)業(yè)鏈自主可控原則。著力解決基礎原材料、關鍵裝備、基礎機電產(chǎn)品等產(chǎn)業(yè)鏈安全隱患和技術短板，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)基礎再造。
三是堅持產(chǎn)業(yè)體系自主發(fā)展原則。構(gòu)建完善的高性能纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)體系，著力培育國內(nèi)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)市場，形成具有特色的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢和市場競爭力，建立上下游協(xié)同的創(chuàng)新研發(fā)體系，支撐高性能纖維及其復合材料技術向自主創(chuàng)新發(fā)展轉(zhuǎn)變。
（二）發(fā)展目標
1.2025年目標
國家重大工程、重點國防裝備、戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)重點領域高性能纖維及其復合材料“受制于人”問題基本解決，重要高性能纖維及其復合材料品種填補國內(nèi)空白，關鍵裝備實現(xiàn)自主可控，全面提升產(chǎn)業(yè)鏈安全。部分品種實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化及應用示范，初步建成完整的高性能纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)體系。
突破高端碳纖維品種工程化制備技術，實現(xiàn)國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)量5×104t/a；建設萬噸級總量的對位芳綸和雜環(huán)芳綸智能化生產(chǎn)能力，打造1~2個知名品牌；UHMWPE纖維國外市場占比達到40%以上，實現(xiàn)高強高模PI纖維千噸級產(chǎn)業(yè)化制備；突破高性能碳化硅、氧化鋁等陶瓷纖維工程化制備及其復合材料應用技術，支撐兩機專項、重型運載、大型客機等重大工程對高性能纖維復合材料的需求。
2.2035年目標
高性能纖維及其復合材料自主保障問題全面解決，形成高性能纖維及其復合材料自主發(fā)展體系。建立涵蓋材料設計、研發(fā)、應用的上下游協(xié)同創(chuàng)新體系，實現(xiàn)高性能纖維及其復合材料技術多元化、品種系列化、產(chǎn)能規(guī)模化發(fā)展，綠色、可持續(xù)產(chǎn)業(yè)體系全面建成，產(chǎn)品進入國際高端應用供應鏈。
實現(xiàn)國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)量達到1.5×105t/a，對位芳綸纖維國內(nèi)自給率達到80%以上，芳綸、UHMWPE、PI等有機纖維創(chuàng)新型產(chǎn)品技術達到國際領先水平，構(gòu)建陶瓷纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)鏈。高性能纖維及其復合材料的規(guī)模、質(zhì)量、成本在國際市場具有一定優(yōu)勢和品牌影響力。
七、我國高性能纖維及其復合材料的重點發(fā)展任務
（一）碳纖維及其復合材料
突破高強中模、高強高模、高強高模高延伸碳纖維及其復合材料工程化制備關鍵技術，實現(xiàn)高強中模碳纖維拉伸強度≥7GPa；高強高模碳纖維拉伸模量≥650GPa；高強高模高延伸碳纖維拉伸強度≥5.7GPa，拉伸模量≥370GPa，斷裂延伸率≥1.5%，滿足高端裝備用碳纖維及其復合材料全面自主保障需求。
突破千噸級濕法、干濕法和大絲束（48K及以上）工業(yè)級碳纖維成套工藝裝備與產(chǎn)業(yè)化制備技術，突破國產(chǎn)大絲束碳纖維用紡絲油劑和上漿劑等配套材料、國產(chǎn)碳纖維中間體制備等關鍵技術；突破新型紡絲、預氧化碳化等顛覆性制備技術，實現(xiàn)國產(chǎn)碳纖維穩(wěn)定化與低成本化，支撐國產(chǎn)碳纖維的規(guī)模應用。
攻克復合材料設計–制造–評價–考核驗證等應用共性關鍵技術，突破復合材料回收再利用技術，持續(xù)推進國產(chǎn)碳纖維及其復合材料在航空航天、兵器、交通、能源、建筑等國防和國民經(jīng)濟領域的工程應用，構(gòu)建完整的碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)鏈。以國產(chǎn)T300、T700級碳纖維為增強體的第一代先進復合材料在民用領域應用取得顯著突破，以國產(chǎn)T800級碳纖維為增強體的第二代先進復合材料實現(xiàn)規(guī)模化應用，高強高模高韌第三代先進復合材料實現(xiàn)自主發(fā)展。
（二）有機纖維及其復合材料
突破芳綸、PI、UHMWPE、PBO等高性能有機纖維產(chǎn)業(yè)化制備及其復合材料工程應用關鍵技術，實現(xiàn)在國家重大裝備上的穩(wěn)定應用。開發(fā)系列化、功能性對位芳綸，滿足差異化應用領域需求；發(fā)展新一代高強高模、高復合性、低成本雜環(huán)芳綸；突破提升間位芳綸生產(chǎn)效率的新工藝、新技術。開發(fā)耐溫、抗蠕變UHMWPE纖維，完善中高強度UHMWPE工程化制備技術，解決生產(chǎn)過程能耗大、成本高問題。優(yōu)化PBO纖維聚合紡絲工藝，實現(xiàn)穩(wěn)定高品質(zhì)產(chǎn)品供應。開發(fā)低成本、高性能PI纖維技術，突破PI纖維的環(huán)化–牽伸一體化等關鍵工藝與集成設備技術，拓展PI纖維及其復合材料的應用領域。
（三）陶瓷纖維及其復合材料
發(fā)展以超高溫低成本碳化物纖維為代表的高性能陶瓷纖維及其復合材料技術，突破碳化硅、氧化鋁、氮化硅、氮化硼、硅硼氮等纖維及其前驅(qū)體的工程化穩(wěn)定制備技術；解決工程尺寸的復合材料制備工藝與裝備瓶頸，開發(fā)陶瓷基復合材料快速低成本制造技術；形成系列陶瓷纖維及其復合材料產(chǎn)品型譜，實現(xiàn)陶瓷基復合材料在燃氣發(fā)動機等重大裝備上的工程應用。
八、措施與建議
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