九九久年产3200吨高强高模聚乙烯纤维项目可行性研究报告

2012-03-24

江苏九九久科技股份有限公司 年产 3200 吨高强高模聚乙烯纤维项目 可行性研究报告 江苏省纺织工业设计研究院有限公司 二○一二年三月 江苏省纺织工业设计研究院有限公司1 目录 第一章总 论 .................................................................................................................. 5 第一节项目背景............................................................................................................ 5 第二节可行性研究报告编制依据.............................................................................. 9 第三节项目概况............................................................................................................ 9 第四节问题与建议 ..................................................................................................... 12 第二章 市场预测 ............................................................................................................. 13 第一节产品的主要用途............................................................................................. 13 第二节建设背景.......................................................................................................... 19 第三节国际市场现状及供需预测............................................................................ 21 第四节国内市场现状及供需预测............................................................................ 24 第三章 建设规模与产品方案........................................................................................ 28 第一节 建设规模.......................................................................................................... 28 第二节 产品方案.......................................................................................................... 28 第三节 产品质量标准 ................................................................................................. 29 第四章厂址选择............................................................................................................ 30 第一节 厂址所在位置现状 ........................................................................................ 30 第二节 厂址建设条件 ................................................................................................. 30 第五章 技术设备工程方案............................................................................................ 35 第一节 技术方案.......................................................................................................... 35 第二节 主要设备选择 ................................................................................................. 39 第三节 土建工程方案 ................................................................................................. 39 第六章 主要原材料、燃料供应 ................................................................................... 46 第一节 主要原材料、燃料供应................................................................................ 46 第二节 主要原材料价格............................................................................................. 47 第七章总图运输与公用、辅助工程 ......................................................................... 48 第一节 总图布置.......................................................................................................... 48 第二节 工厂运输.......................................................................................................... 49 第三节 公用、辅助工程............................................................................................. 50 第八章节能分析............................................................................................................ 59 江苏省纺织工业设计研究院有限公司2 第一节用能标准和节能规范 .................................................................................... 59 第二节能源供应状况 ................................................................................................. 61 第三节能源消耗状况 ................................................................................................. 62 第四节能源消耗指标分析 ........................................................................................ 66 第五节节能措施.......................................................................................................... 68 第六节结论与建议 ..................................................................................................... 78 第九章环境影响评价 ................................................................................................... 79 第一节设计依据.......................................................................................................... 79 第二节三废处理.......................................................................................................... 79 第三节噪声控制.......................................................................................................... 81 第四节绿化设计.......................................................................................................... 81 第十章劳动安全卫生与消防 ...................................................................................... 82 第一节 危害因素和危害程度 .................................................................................... 82 第二节 劳动安全卫生防范措施方案 ....................................................................... 88 第三节 消防设施.......................................................................................................... 90 第十一章 组织机构与人力资源配置........................................................................... 92 第一节 组织机构.......................................................................................................... 92 第二节 人力资源配置 ................................................................................................. 93 第十二章 项目实施进度 ................................................................................................ 95 第一节 建设工期.......................................................................................................... 95 第二节 项目实施进度安排 ........................................................................................ 95 第十三章 投资估算及资金筹措 ................................................................................... 96 第一节 建设投资估算 ................................................................................................. 96 第二节 融资方案.......................................................................................................... 98 第十四章 财务评价......................................................................................................... 98 第一节评价说明.......................................................................................................... 98 第二节财务效益和费用............................................................................................. 99 第三节盈利能力分析 ...............................................................................................101 第四节偿债能力分析 ...............................................................................................102 第五节不确定性分析 ...............................................................................................102 第十五章 风险分析.......................................................................................................105 江苏省纺织工业设计研究院有限公司3 第一节 项目主要风险因素识别..............................................................................105 第二节 风险程度分析 ...............................................................................................106 第三节 防范和降低风险的对策..............................................................................107 江苏省纺织工业设计研究院有限公司4 第一章 总 论 第一节 项目背景 1.1.1 项目名称 江苏九九久科技股份有限公司年产 3200 吨高强高模聚乙烯纤维项目 1.1.2 承办单位概况 江苏九九久科技股份有限公司是于 2002 年改制成立的股份制中型民营企 业2010 年 5 月在深圳证券交易所成功上市股票代码 002411企业总资产 为 90217.34 万元固定资产原值 23080.84 万元固定资产净值为 17789.14 万元注册资本 23220 万元所属行业为化工行业。公司采用现代企业管理制 度进行管理采用资本运作与市场运作相结合的方式树立“质量第一用户 至上规范管理技术先进”的企业方针。近年来公司获得“南通市质量管理 奖”、“南通市安全生产先进企业”、“南通市科技十强民营企业”、“南通市节约 能源先进企业”、“重合同守信用企业”等荣誉。通过 ISO9001、ISO14001 质量 和环境管理体系认证。资信等级 AAA具有自营进出口经营权。 近年来公司一方面为了贯彻落实政府的决定即执行省政府关于化工企 业必须搬迁进入园区的规定及县政府关于加强环境保护确保安全生产的化工 生产专项整治精神另一方面考虑企业自身发展的需要公司原有的地方受到 各种条件的限制已无发展的余地为此公司在如东沿海经济开发区征地 300 亩并于 2007 年下半年在四个月时间内利用自身力量全面完成了主产品 1000 吨/年 7-ADCA 产品的整体搬迁并顺利投运。2008 年公司在园区又采用企业自 主研发的三氯吡啶醇钠生产工艺建成了 5000 吨/年三氯吡啶醇钠生产装置并 投入运行为我公司今后的发展奠定了基础。根据公司“十二五”发展战略规 划积极响应国家新能源开发的号召2011 年又成功开发了具有自主知识产权 的 400 吨/年六氟磷酸锂生产装置且全部设备实现了国产化现正准备扩产至 2000 吨/年以满足用户需求。 公司目前主要产品有 7-ADCA、苯乙酸、硫酸铵、氯化铵、硫酸吡啶盐、 55-二甲基海因、合成氨、碳酸氢铵、苯甲醛、氯代环己烷、三氯吡啶醇钠、 江苏省纺织工业设计研究院有限公司5 六氟磷酸锂等。 公司目前在如东沿海经济开发区主要从事高科技产品生产和研发现有员 工 1449 人其中大专以上 523 人、研究生学历 12 人。与各类院校建立长期合 作关系公司建有省级研发中心一座并和浙江大学合作建立了企业院士工作 站。多年来通过企业自身的不断努力加上各级政府部门的大力支持公司 业务取得了长足的发展企业经济效益连年递增社会效益显着。 1.1.3 项目背景 上世纪七十年代后期以粉末状超高分子量聚乙烯为原料采用全新的冻 胶纺丝及超拉伸技术制得了高强高模的聚乙烯纤维使化学纤维和化学纤维 工业开始了新的飞跃。高强高模聚乙烯纤维具有优异的物理机械性能成为继 碳纤维和芳纶之后出现的第三代高性能纤维。就强度而言目前高强高模聚乙 烯纤维绳索可以吊起来的最大重量是同样直径钢丝绳吊起最大重量的八倍是 目前已经工业化的纤维中强度最高的纤维。此外高强高模聚乙烯纤维的密度 小于碳纤维和芳纶具有优异的耐化学性和耐气候性高能量吸收性低导电 性防水性等特点。鉴于上述性能该纤维成为继碳纤维和芳纶之后又一种主 要的高性能纤维。1979 年荷兰 DSM 公司首次申请了该纤维的生产专利随后 美国的联合信号公司现在的 Honeywell 公司购买了该专利经改进后生产 水平进一步提高到了 90 年代中期生产规模达到了 1000 吨/年。目前国际上 只有荷兰 DSM 公司美国 Allied 公司日本东洋纺公司和三井公司等几家公 司拥有专利技术并已形成工业化规模的生产。 随着高强高模聚乙烯纤维生产的发展所得到的纤维品质和用途也不断提 高和扩大。超高分子量聚乙烯简称 UHMWPE纤维也称为高强高模聚乙 烯简称 HSHMPE纤维荷兰的 DSM 公司称其所生产的纤维产品为“高韧 性高模量聚乙烯纤维”尽管名称有所不同但所使用的原料都是平均分子量在 106 万左右甚至 5×106 万以上的线型聚乙烯颗粒。 由于超高分子量聚乙烯链长且相互缠结结晶度在 60~85%密度为 0.92~0.94g/cm3 之间熔体呈高弹态粘度极高可达 109 泊几乎没有流动性 难以采用通常的熔融法纺丝制备出高强度高模量的乙烯纤维。直到二十世纪七 十年代荷兰 DSM 公司以粉末状超高分子量聚乙烯采用冻胶纺丝—超拉伸工 江苏省纺织工业设计研究院有限公司6 艺纺制出高韧性高模量聚乙烯纤维后以超高分子量聚乙烯为原料生产高性能 纤维的工业化才有了突破性进展。 目前荷兰的 DSM 公司美国的 Honeywell 公司日本与荷兰联合建立 的东洋纺织—DSM 公司日本的三井公司都已实现了工业化生产在国际市 场上三个公司先后推出自己的品牌有 Honeywell 公司的 Spectra900 Spectra1000 和 Spetra2000DSM 公司的 Dyneema SK60SK65SK70SK75 SK76 等以及三井公司的 Tekmilon。而国内的高强高模聚乙烯纤维的生产工 业化正处于边生产、边摸索、边改进、边完善的阶段主要生产企业有中纺投 资北京同益中特种纤维公司年产量 800 吨宁波大成新材料股份有限公司年 产量 1200 吨左右和湖南中泰公司年产量 800 吨左右。而由于国际市场的 大量需求使得国内的生产厂家都不断在扩大或是计划扩大其生产规模以适 应国内、国际市场的需求。 1.1.4 本项目产品的发展趋势预测及项目建设的必要性 我国纺织工业正处于新的产业发展战略转型期依据不同地区纺织产业发 展比较优势区域产业布局调整将继续深化产业转移成为趋势构筑我国东、 中、西部地区纺织产业链新体系形成从沿海到中西部产业梯度格局。同时 我国新型工业化道路的发展模式对纺织工业发展提出更高要求。用高新技术改 造和提升传统产业是优化结构、提高竞争力和经济效益的需要也是建立和 发展资源节约型、环境友好型现代纺织工业的要求更是实现纺织工业可持续 发展的必然选择。 虽然我国早已成为化纤的产量大国但化纤一直以低档普通品种为主 在高技术高附加值纤维领域里还处于较低的水平这和我国化纤大国的地位 极不相称。 本项目的实施不仅能迅速有效地促进行业的技术进步更是在打破国外 大公司的技术封锁替代进口方面起着行业标杆示范作用。 国家发展改革委、科学技术部、商务部、国家知识产权局联合修订的《当 前优先发展的高技术产业化重点领域指南2007 年度》中第“四、新材料” 第“54、特种纤维材料”明确将“高强高模聚乙烯纤维”列为当前优先发展的 高技术产业高强高模聚乙烯纤维项目还属国家发改委制定的《产业结构调整 江苏省纺织工业设计研究院有限公司7 指导目录2011 年本》中“鼓励类”第“二十、纺织”的“4、有机和无机 高性能纤维及制品的开发与生产碳纤维CF拉伸强度≥4200MPa 弹性模量≥240GPa、芳纶AF、芳砜纶PSA、高强高模聚乙烯超 高分子量聚乙烯纤维UHMWPE纺丝生产装置单线能力≥300 吨/ 年、聚苯硫醚纤维PPS、聚酰亚胺纤维PI、聚四氟乙烯纤维PTFE、 聚苯并双恶唑纤维PBO、聚芳恶二唑纤维POD、玄武岩纤维BF、 碳化硅纤维SiCF、高强型玻璃纤维HT-AR等”项目市场前景广 阔预期效益良好。 在国家多个行业的“十二五”规划中都明确将高强高模聚乙烯纤维超高 分子量聚乙烯纤维列为“十二五”重点发展的产业。 《纺织工业“十二五”发展规划》在重点领域中要求“鼓励发展……超高 分子量聚乙烯纤维……促进高性能纤维及其复合材料的产业化扩大应用领 域”。 《化纤工业“十二五”发展规划》在“十二五”的重点任务中要求“努力 提升高性能纤维产业化水平”在“促进高性能纤维产业化”专栏中明确要求“超 高分子量聚乙烯纤维UHMWPE优化现有工艺技术提升产品质量实现 十氢萘工艺技术产业化强化应用技术开发与推广。形成年产 20000 吨的产业 化产能”。 《产业用纺织品“十二五”发展规划》在“重点领域和产品”中要求“提 升超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维等高强纤维的应用技术解决防弹防刺面 料加工技术实现柔性符合防刺防割面料的产业化”。 《石油和化学工业“十二五”发展规划》在“重点任务”中明确将超高分 子量聚乙烯纤维列为“十二五”高端石化化工产品发展重点。 《新材料产业“十二五”发展规划》在“发展重点”中将超高分子量聚乙 烯纤维列为高性能增强纤维发展重点规划要求“积极发展高性能聚乙烯纤维 UHMWPE干法纺丝技术及产品突破纺丝级专用树脂生产技术降低生 产成本” 。同时将高分子量聚乙烯纤维列入新材料产业“十二五”重点产业目 录第 333 条。 由上可见高强高模聚乙烯纤维一直是国家重点扶持的发展对象也是“十 江苏省纺织工业设计研究院有限公司8 二五”期间国家鼓励发展的产业。为满足国内对高强高模聚乙烯纤维不断增长 的需求江苏九九久科技股份有限公司拟建设 3200 吨/年高强高模聚乙烯纤维 生产装置。 项目建成后将进一步拓展江苏九九久科技股份有限公司的主营业务范围 提高国产高强高模聚乙烯纤维的产量占领国内纤维高端市场、替代进口满 足国内市场对高强高模聚乙烯纤维日益增长的需求进一步提升公司行业地位 和国际竞争力不但使企业的技术水平得到一次质的飞跃同时也打破少数国 际大公司的技术垄断对于国内高强高模聚乙烯纤维企业而言有非同一般的标 杆意义。 本项目的实施可以实现利润总额 12144.2 万元税后利润 9108.2 万元有 着良好的经济效益和社会效益。 综上所述本项目的实施符合国家产业政策、符合技术发展方向、实现了 新技术和新工艺的突破、提升企业竞争力、产品从数量向质量转移、满足市场 需求、带动相关产业发展并产生良好经济效益和社会效益。 第二节 可行性研究报告编制依据 本研究报告编制的主要依据 1《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》 2《项目环境影响报告书》及审批文件 3《产业结构调整指导目录2011 年版》 4《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南2007 年度》 5《投资项目可行性研究指南》中国电力出版出版 6《公司法》 7江苏九九久科技股份有限公司提供的可研报告编制委托书 8江苏九九久科技股份有限公司提供的基础资料。 第三节 项目概况 江苏省纺织工业设计研究院有限公司9 1.3.1 项目拟建地点 本项目实施地点位于江苏省南通市如东沿海经济开发区内项目用地呈规 整的方形场地长 254.9 米、宽 239.18 米面积60933 平方米约 92 亩。 项目实施地点地理位置优越交通运输便利。 1.3.2 项目建设规模与目标 项目建设规模年产 3200 吨高强高模聚乙烯纤维 项目建设目标本项目产品属于高端纤维产品通过本项目的实施可使 江苏九九久科技股份有限公司的产品品种向高科技纤维行业发展进一步拓展 了公司的经营业务公司产品结构更加优化进而发展成为国内高端、高品质 纤维的代表性领军企业。 1.3.3 项目主要建设条件 1 市场条件项目产品目前市场供不应求市场缺口较大。 2 资源条件原辅材料供应渠道顺畅价格稳定水、电、汽等公用 工程配套设施齐全供应稳定满足本项目的要求。 3 资金条件本项目的资金通过自筹解决公司将本项目列为重点项 目项目资金上将得到有力的保证。 4 环境条件本项目设计时将采取可靠措施确保环保措施得力、到位 符合环保要求。 5 施工条件目前厂址拟建区域内已完成“六通一平”并已完成普勘 施工条件具备由于公司有多年的建设经验可以有效地组织施工缩短施工 周期。 1.3.4 项目投入总资金及效益情况 本项目总投资 31060.8 万元其中建设投资 26609.8 万元流动资金 3707.2 万元年利润总额达 12144.2 万元。 1.3.5 主要技术经济指标 本项目主要技术经济指标见表 1-1。 江苏省纺织工业设计研究院有限公司10 表 1-1主要技术经济指标表 序号项目名称单位指标值备注 1项目总投资万元31060.8 其中固定资产投资+铺底流动资金万元28431.1 1.1固定资产投资万元27353.6 1.1.1建设投资万元26609.8 1.1.2建设期利息万元743.8 1.2流动资金万元3707.2 其中铺底流动资金万元1112.2 2资金来源万元31060.8 2.1项目资本金万元18665.8 2.2债务资金万元12395.0 建设投资借款万元9800.0 流动资金借款万元2595.0 3财务效益 3.1年销售收入含税万元52800.0 3.2年总成本费用万元32485.9 3.3增值税万元4150.7 3.4营业税金及附加万元498.1 3.5年利润总额万元12144.2 3.6所得税万元3036.1 3.7税后利润万元9108.2 4财务评价指标 4.1项目总投资收益率%39.65 4.2资本金净利润率%48.80 4.3投资回收期含建设期年5.39所得税后 年4.83所得税前 4.4财务内部收益率%28.55所得税后 %35.64所得税前 4.5财务净现值ic=12%)万元22670.1所得税后 万元34553.4所得税前 4.6项目资本金内部收益率%34.99 4.7投资利润率%39.10 4.8投资利税率%54.07 4.90盈亏平衡点%44.22 江苏省纺织工业设计研究院有限公司11 1.3.6 项目建设的可行性 本项目符合国家产业政策和聚乙烯纤维行业的发展要求所采用的技术先 进可靠产品定位行业高端产品市场需求大原辅材料来源稳定项目经济 效益良好社会效益显着各项建设条件具备因此本项目的建设是可行的。 第四节 问题与建议 由于高强高模聚乙烯纤维行业的飞速发展其生产技术也日新月异因此 本报告部分具体方案和数据还需在技术、商务合同谈判时进一步修改和补充。 由于目前市场缺口较大产品效益显着生产意向企业较多因此本项目 的建设速度将是至关重要的。 江苏省纺织工业设计研究院有限公司12 第二章 市场预测 第一节 产品的主要用途 高强高模聚乙烯纤维UHMWPE是 90 年代初出现的高科技、高性能 纤维是当今世界三大高科技纤维碳纤维、芳纶、高强高模聚乙烯纤维之 一高强高模聚乙烯纤维由于分子量极高主链结合好取向度、结晶度高 因此它的强度是当今所有纤维中最高的相当于优质钢丝的 15 倍普通化学纤 维近 10 倍而且密度小模量高能抗紫外线和耐各种化学腐蚀等优异性能和 具有突出的抗冲击、抗切割韧性优点产品可广泛应用于国防军需装备轻质 高性能防弹板材、防弹头盔、软质防弹衣、防刺衣、航空航天复合材料、远洋 航舶、海军舰艇绳缆、远洋捕鱼拖网、深海抗风浪网箱和体育用品器材、建筑 工程加固等高性能复合材料。目前该产品国际上主要生产企业有荷兰 DSM 公 司、美国 HONEYWELL 公司、日本三井公司生产该产品自 90 年代问世以来 即属于西方巴黎统筹产品。 2.1.1 高强高模聚乙烯纤维的性能 高强高模乙烯纤维特殊的结构特征决定了它具有许多良好的优异的性能。 高强高模聚乙烯纤维具有很高的轴向比拉伸强度和模量而且能量吸收性能和 阻尼性能比芳纶优越并且也弥补了高性能的碳纤维、碳化硅纤维等断裂应变 小的弱点。同时它还具有耐紫外线辐射、耐化学腐蚀、比能量吸收高、介电常 数低、电磁波透射率高、摩擦系数低及突出的抗冲击、抗切割等优异性能。 高强高模聚乙烯纤维具有独特的综合性能(见表 2-1)其密度小于 1能浮 于水。它是目前强度最高的纤维之一比强度能达到优质钢的 15 倍模量也 很高仅次于特种碳纤维。断裂伸长率较其它特种纤维高断裂功很大。此外 该纤维还具有耐海水腐蚀、耐化学试剂、耐磨损、电绝缘性、耐旋光性、热性 能等特性。 江苏省纺织工业设计研究院有限公司13 表 2-1高强高模聚乙烯纤维综合性能表 性能指标性能指标 回潮无沸水收缩率1% 亲水性无耐酸性优 耐碱性优耐多数化学试剂性优 耐紫外光非常好熔点135145℃ 导热率沿纤维轴向20W/m热膨胀系数-12×10-6Park 电阻1014Ω介电常数(22℃10GHz)2.25 介电强度900kv/cm损耗角 正切2×10-4 蠕变22℃20%负荷每天 1×10-2%轴向抗张强度3GPa 轴向抗张模量100GPa轴向抗压强度0.1GPa 轴向抗压模量100GPa横向抗张强度0.03GPa 横向模量3GPa 1 优良的力学性能 高强高模聚乙烯纤维的强度在 2.5~3.8GPa断裂伸长在 36%之间与碳 纤维玻璃纤维和芳纶相比纤维的断裂功大。如果再考虑比重的话它是一种 非常独特的纤维在保持良好尺寸性能同时还能节约重量。 高强高模聚乙烯纤维的密度为 0.97g/cm3只有芳纶的 2/3 或高模碳纤维的 1/2而轴向拉伸性能很高。其比拉伸强度是现有高性能纤维中最高的比拉伸 模量除高模碳纤维外也是很高的较芳纶高得多。 纤维的强度还可用自由断裂长度来表述。自由断裂长度是指纤维受自身重 而断裂的理论长度自由断裂长度理论值与纤维品种和纤维特性有关。高强高 模聚乙烯纤维的理论值可达 320 km约为芳纶的二倍。 江苏省纺织工业设计研究院有限公司14 表 2-2Honeywell 高强高模聚乙烯纤维与其它纤维力学性能的比较 性能参数密度 g/cm3强度 g/d模量 g/d伸长% Spectra9000.973013004 Spectra10000.973520003 尼龙 HT1.1483523 聚酯 HT1.38910014 Vectran1.41235203 Kevlar291.45224504 Kevlar491.45249501.9 碳纤维 HS1.771013501.5 碳纤维 HM1.872025000.5 钢7.6033001.4 2优良的耐冲击性能 高强高模聚乙烯纤维是玻璃化转变温度低的热塑性纤维韧性很好在塑 性变形过程中吸收能量因此它的复合材料在高应变率和低温下仍具有良好 的力学性能抗冲击能力比碳纤维、芳纶纤维及一般玻璃纤维复合材料高。高 强高模聚乙烯纤维复合材料的比冲击总吸收能量 Et/p 分别是碳、芳纶和 E 玻璃 纤维的 1.8、2.6 和 3 倍其防弹能力比芳纶装甲结构的防弹能力高 2.6 倍。 高强高模聚乙烯纤维的冲击强度几乎与尼龙相当在高速冲击下的能量吸 收是芳纶PPTA纤维、尼龙纤维的两倍。这种性能非常符合制作防弹材料。 3极好的弯曲性能 高强高模聚乙烯纤维具有极好的弯曲性能能不断裂地形成针织线圈和打 结头。而玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维的弯曲性能较差。 对各种纤维加工性能进行比较超高分子量聚乙烯具有很高的勾结强度和 成环强度高强高模聚乙烯纤维比芳纶成圈性能更好。 4优良的耐化学腐蚀性 由于聚乙烯的化学结构简单因此耐腐蚀性能极好。用这种纤维制造的产 品不会由于和酸、碱、污水、海水等接触而损失其强度。高强高模聚乙烯纤维 具有高度的分子取向和结晶具有良好的耐溶剂溶解性能。 高强高模聚乙烯纤维在多种介质中如水、油、酸和碱等溶液中浸泡半年 江苏省纺织工业设计研究院有限公司15 强度不受影响。高强高模聚乙烯纤维在水中浸泡 2 年仍保留原有强度还可 防生物腐蚀。 高强高模聚乙烯纤维大分子链上不含任何芳香环、氨基、羟基或其它易受 活性试剂攻击的化学基团结晶度又高因此在各种苛性环境中强度均保持在 90%以上而芳纶在强酸、强碱中强度下降则很大。 表 2-3高强高模聚乙烯纤维和 Kevlar 纤维的耐化学物质性能 浸润 6 个月后纤维强度保持率% 试剂 高强高模聚乙烯纤维Kevlar 海水100100 10%清洗液100100 液压流体100100 煤油100100 汽油10093 甲苯10072 高氯乙酸10075 冰醋酸10082 1M 盐酸10040 5M 硫酸10070 氨水29%10079 次磷酸溶液910 (5)优越的耐磨性能 材料的耐磨性一般随模量的增大而降低但对高强高模聚乙烯纤维而言则 相反。这是因为该纤维的摩擦系数低所致故而其具有很高的耐久性。高强高 模聚乙烯纤维绳子的破断循环数 n 比芳纶纤维高 8 倍耐磨性和弯曲疲劳也比 芳纶纤维高适合做绳索。由于它的易加工性在工业方面有很好的应用前景。 表 2-4 部分高性能纤维的耐摩擦及耐弯曲性能 UHMWPEKevlar29Kevlar49Carbon HSCarbon HM 耐磨性(断裂圈数)>110×1039.5×1035.7×10320120 弯曲寿命(断裂圈数)>240×10337×10343×10352 结节强度(d/den)1015676700 环结强度(d/den)1218101210~120.70.1 江苏省纺织工业设计研究院有限公司16 (6) 良好的电绝缘性 高强高模聚乙烯纤维增强复合材料的介电常数和介电损耗值低。反射雷达 波很少对雷达波的透射率高于玻璃纤维复合材料。比较不同材料的介电常数 和介电损耗值其中聚乙烯材料最小适用于制造各种雷达罩介电强度约为 700kV/mm能抑制电弧和火花的转移。 (7)良好的耐旋光性能 对各种纤维耐旋光性进行比较高强高模聚乙烯纤维的耐日晒性是所有纤 维中最好的与芳纶纤维相比高强高模聚乙烯纤维的断裂强度在长时间光照 作用下依然有很高的保持率。 芳纶纤维不耐紫外线使用时必须避免阳光直接照射而聚乙烯纤维由于 化学结构上的优势是有机纤维中耐旋光性最优异的纤维即使经 1500 小时的 光照纤维的强度保持率仍在 80%左右而其它纤维均在 50%以下。 (8)热性能 普通聚乙烯纤维的熔点为 134℃左右高强高模聚乙烯纤维的熔点比其高 1020℃。所测的熔点值与施加在被测纤维上的张力有关张力愈大熔点愈高。 高强高模聚乙烯纤维的最高使用温度为 80℃100℃。但在稍高温度短时间下 仍能保持原有性能这一点对用于复合材料时的加工非常重要。 纤维力学性能与使用加工温度有关在 80℃温度下强度、模量约下降 30%在低温-30℃下强度和模量随之升高。热处理130℃3h后强 度和模量均为未经处理纤维的 80%。 另外高强高模聚乙烯纤维增强塑料的热传导率也很高和钢一样高。 (9)其它性能 高强高模聚乙烯纤维在高温和张力下使用会发生蠕变。蠕变行为的大小与 凝胶纺丝中使用的溶剂种类有关若使用的溶剂为石蜡油、石蜡则由于溶剂 不易挥发易残存于纤维内蠕变倾向显着而用挥发性溶剂十氢萘时则所得 纤维的蠕变性能极大地改善。 另外高强高模聚乙烯纤维质轻特别低的比重高强高模聚乙烯纤维是 世界上唯一一种密度比 1.0 还低的超级纤维其比重为 0.97比水还轻这种 纤维能浮于水上。高强高模聚乙烯纤维除具有上述性能外还具有其它优异的 江苏省纺织工业设计研究院有限公司17 物性。 表 2-5高强高模聚乙烯纤维性能汇总表 优越的性能良好的性能存在的缺陷 低密度、高强度后工程通过性蠕变性 耐冲击性高速时耐冲击性低速时高温特性 耐旋光性、耐腐蚀性低温特性压缩性 耐磨性、耐疲劳性能 结节强度 耐水、耐湿性 电器绝缘性 2.1.2 高强高模聚乙烯纤维的应用形式及分类 由于高强高模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 等众多的优异性能在航海、航空、航天、防御装备及现代化战争中发挥了举 足轻重的作用。使用纤维加工成产品主要分为四类即绳索、纺织织物、无 纺织物与复合材料等产品应用领域详见表 2-6。 高强高模聚乙烯纤维产品主要用途 表 2-6 序 应用无纺 绳 索纺织织物复合材料 号 领域织物 系泊、拖网、拖牵缆、 海上挡油堤、 海洋 海上养殖业用缆、海 捕鱼拖网、围 1船体及构件 产业 上采油用缆、海底采 网、深海养殖 集作业用缆网箱 坦克车装甲板、轻 体装甲车车身、航 软质 行器、武装直升机 军事 海上布雷网、降落伞 降落伞、伪装 2防弹 装甲板、防弹运钞 装备绳网 衣车防弹板、通讯指 挥车防弹车身、防 弹头盔等 防割手套、防 防弹、 防弹头盔、防弹衣 安全 3割工作服、防 防刺 高性能插板、防弹 防护品 刺服服盾牌 江苏省纺织工业设计研究院有限公司18 登山绳索、钓鱼线、赛艇、射箭弓、滑 体育船帆、吹气 4球拍网线、风筝绳、雪撬、曲棍球棒、 器械船、击剑服 弓弦吊鱼竿 飞机舱内结构件、 航空“神州”飞船海上救 5驾驶舱安全防护 航天捞网、降落伞绳索 门 6医疗缝线、人造肌X 室抗屏蔽工作台 防护、吊货 7建筑业货物吊绳安全帽 网、 柔性集装箱、起吊绳 索、车辆牵引绳、气 蓬盖布、运输 8运输业 球拉绳、直升机起吊带 绳索 9防洪填石网兜 10通讯光缆加强芯无线发射整流罩 第二节 建设背景 1. 高强高模聚乙烯纤维的发展历史 关于高强高模聚乙烯纤维的基础理论早在 30 年代就有人提出过然而 真正制得高强高模聚乙烯纤维在技术上取得重大突破的是凝胶纺丝法和增塑 纺丝法。荷兰 DSM 公司对所有这些有工业化实用价值的方法进行了系列探讨 于 1975 年开始投入研发Pennings 教授的界面结晶生长法和 P.SmithLemstra 的凝胶法予以充分的支持1979 年申请了第一份关于凝胶纺丝法 (Gel spinning) 制备高强高模聚乙烯纤维的专利1980 年获得公开1981 年授权。经过十年 的努力研究证实凝胶纺丝法是制造高强力聚乙烯纤维的有效方法具有工业 化前途。高强力聚乙烯纤维具有优异的性能和广泛的用途由于其原材料取得 容易生产成本低廉立即引起世界工业强国的注意。 这种纤维的商品化生产始于 1990 年由 DSM 的黑尔伦Heerlen工厂 首先生产出第一批产品商品名“迪尼玛”Dyneema。工厂的能耗相对较低 生产过程不使用有害化学物质产品具有可回收性因此符合时代对环境保护 的要求引起了许多公司的极大兴趣。在亚洲东洋纺首先与 DSM 公司签署 江苏省纺织工业设计研究院有限公司19 了在日本合作生产该纤维的协议在美国联合信号公司获得了 DSM 的专利 使用权并将 DSM 的十氢萘溶剂改为自创的矿物油溶剂开发了自己的专利 商品名“斯贝克特拉”Spectra。1983 年日本三井石化公司采用凝胶挤压超拉 伸法生产的高强高模聚乙烯纤维所用溶剂为石蜡聚合物浓度高达 20%~40% 但残余石蜡不易除净纤维蠕变相对较大近年来有一定改进商品名“泰克 米纶”Tekmilon。 其它正在研究开发的制法还有 ① 纤维状结晶生长法 ② 单结晶超拉伸法 ③ 处理聚合物的超拉伸法 ④ 局部交联拉伸法等。 除④外其余皆使用超高分子量聚乙烯(Mw>106)但目前已工业化的全采用 凝胶纺丝——超拉伸工艺。我国也有采用不同溶剂体系的类似工艺技术并实 现了中试试生产。 2、行业技术水平较低 虽然近年以来国内高强高模聚乙烯纤维行业获得了长足的发展但是因为 国外的技术垄断及国内研发水平的落后国内高强高模聚乙烯纤维经过多年的 发展虽然已经具备了初步的市场竞争力但产业化进程相当慢同时因为行业 起点较低国内的技术水平目前还处于比较低的阶段。为此化纤行业协会已 经将高强高模聚乙烯纤维和碳纤维、芳纶、PBO、光导纤维等高技术纤维生产 技术列入国家鼓励引进技术目录并列为化纤行业“十二五”期间的发展重点 【《纺织工业“十二五”科技进步纲要》中国纺织工业协会 2010 年 11 月附 件 1“十二五”纺织工业科技攻关及产业化项目第二条“纤维材料高新技术 产业化5 项”中“7.高性能纤维材料及应用产业化技术和装备研发”编号 3 “超高分子量聚乙烯纤维”产业化。】。包括高强高模聚乙烯纤维在内的特种纤 维将面临非常好的发展环境和政策支持。 3、高新技术纤维是我国化纤行业的发展方向 新中国成立以来特别是改革开放以来我国化纤行业有了飞速的发展 成为纺织工业中发展最快的新兴行业。但是我国化纤工业特别是在差别化、功 江苏省纺织工业设计研究院有限公司20 能化的化纤生产上无论品种、数量与国外先进水平比都存在极大的差距 有些品种目前仍然是空白。高档面料、高档服装的生产仍需大量进口国外的化 纤原料。如果仍然走盲目上规模、铺摊子低水平重复建设的老路发展常规 品种和低附加值的产品在国内国际市场上都将缺乏生命力和竞争力。 国家发改委对化纤工业发展的指导意见中明确了发展指导思想贯彻落 实科学发展观按照走新型工业化道路的要求着力增强自主创新能力加快 行业结构调整和产业升级推进产业由“数量型”向“技术效益型”的战略转 变大力发展高新技术纤维、生物质纤维以及高性能差别化、功能化纤维积极 引导生产向大公司、大企业集团集中加快企业信息化建设加大节能降耗、 环境保护力度加强各类法规和标准化工作落实企业社会责任全面提升行 业核心竞争能力为实现化纤强国的战略目标奠定良好基础。 “十二五”期间化纤工业发展主要任务在于全面提升自主创新能力、 大力发展高新技术纤维、大力发展生物质工程技术、大力发展差别化纤维以 加快产品结构的调整。 第三节 国际市场现状及供需预测 2.2.1 供应状况 高强高模聚乙烯纤维产品于八十年代一经问世就引起了世界发达国家的 极大兴趣和重视历经十几年的中试、工艺完善到九十年代中期形成了商品 化规模生产。 目前国际市场超高强高模聚乙烯纤维产品被荷兰的 DSM 公司、美国的 Honeywell 公司与日本的三井公司所垄断2005 年出版的《现代工程材料手册》 中写到三家公司都“取得了丰厚的利润”。根据国际市场目前供不应求状况 三家公司正准备扩大产量。 荷兰国有能源化学公司Dutch State MinesDSM是荷兰三大化工公司 之一其于 1979 年发表第一份关于高强高模聚乙烯纤维的专利之后在荷兰 Heerlen 地区建成 5 套纺纱生产线和一套 UD单取向高强高模聚乙烯纤维预浸 材料为弹道用片材生产线成为首家将该种纤维工业化生产企业。2004 年 江苏省纺织工业设计研究院有限公司21 5 月份该公司在因反恐而需求旺盛的美国北卡罗来纳州 Greenvill 新建的一条 Dyneema 纱生产线、两条 UD 生产线投产使其 Dyneema 生产能力扩大 40% 到 4500 吨/年、Dyneema UD 材料的生产能力翻一番达到 2000 吨/年。2008 年 1 月份DSM 宣布第三次扩产计划以数千万美元的投资扩大美国北卡的 Dyneema 生产能力并于年内投产。新计划完成后将使纤维生产线总数达到 9 条在全球 Dyneema 纤维生产量将提高约 18%达到 4700 吨/年单向UD 防弹板的生产量将提高 25%达到 2500 吨/年。 美国 Honeywell霍尼威尔是一家全球年销售额 260 亿美元、在技术和 制造方面占世界领先地位的多元化跨国公司是世界五百强企业之一。霍尼韦 尔特殊材料集团就是其下属的年销售额 40 亿美元的战略业务集团为全球客户 提供高性能专业材料公司于 20 世纪 80 年代中期开发成功高强高模聚乙烯纤 维商品名 Specra其市场售价稍高于杜邦公司 Kevlar 产品。2001 年以后该 公司也不断的扩产目前的 Specra 产能在 3000 吨左右。 三家公司近三年生产情况详见表 2-7 表 2-7近三年国外企业生产情况 产 量吨/年 序号生产厂家 2009 年2010 年2011 年 1荷兰 DSM 公司600072007200 2美国 Honeywell200030003000 3日本三井公司60010001000 合计88001120011200 由于三家公司在前期技术购买、工艺试验中投入了数以亿计美金为了获 取高额的回报三家公司采用封锁技术、操纵价格最高达 66 万元人民币/吨 垄断了国际销售市场。三家公司高额的价位相对制约了超高分子量聚乙烯纤 维产品在更广泛的领域应用和发展。 2.2.2 需求状况 高性能纤维是支撑高技术产业的重要新材料是现代国防必不可缺的战略 物资大力发展高性能纤维也是推动许多行业更新换代和产业升级的动力 高性能纤维的不断创新是高性能产业用纺织品及复合材料用纤维领域的重要进 江苏省纺织工业设计研究院有限公司22 步。随着世界高新技术、纤维合成与纺丝工艺的发展以及军事、航空航天、 海洋开发等产业应用的迫切需要包括高强高模聚乙烯纤维在内的高性能纤维 的开发与应用前景将更为广阔市场需求持续快速增长产能和产量不断扩大 而价格也会随之不断攀升。 高强高模聚乙烯纤维在现代化战争和航空、航天、海域防御装备等领域发 挥着举足轻重的作用特别是用于制作直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、 防暴警察的防弹衣、防刺衣等其中以在防弹衣中的应用最为引人注目。高强 高模聚乙烯纤维具有轻柔的优点大大减轻产品的重量如头盔就可以减轻 300-400g相当于壳体重量的 40%且防弹效果优于芳纶现已成为占领美国 市场的主要纤维随着其性能的逐步改进和提高市场应用前景将更加广阔。 “911”之后美国强制飞机驾驶舱内壁必须做一层高强高模聚乙烯纤维 欧洲也在计划作出类似的规定。目前高强高模聚乙烯纤维总量的 45%用于生产 单取向高强高模聚乙烯纤维预浸材料 UD。装备装甲车、坦克一辆需 UD 产品 400kg装备一个师就需 UD240t制作一件防弹衣需 UD 产品 2kg。此外由 于国内外反恐的需要用于飞机驾驶舱内壁和座舱防弹门以及部队、武警、 公安、银行保卫人员的安全防护特种装备的高强高模聚乙烯纤维也有着极大的 市场容量。据测算仅用于装备全国银行系统保卫人员高强高模聚乙烯纤维 需求量就在 1000t 以上。 聚乙烯纤维自商业化以来一直在迅速发展。美国发生恐怖事件和世界不 断发生局部战争以来防弹衣料、防切割手套和军需装备用聚乙烯纤维的需求 迅速扩大。同样在民用领域聚乙烯纤维产品以其优良的性能迅速成为海上 用绳缆、船舶系留绳、远洋渔网和海上网箱等的主要材料其市场需求保持旺 盛的增长。 在民用方面特别是绳索、缆绳方面的应用。用该纤维制成的绳索、缆绳、 适用于海洋工程高强高模聚乙烯纤维制成的绳索在自重下的断裂长度是钢 绳的 15 倍是芳纶的 2 倍。该绳索解决了以往使用钢缆遇到的锈蚀和尼龙、聚 酯缆绳遇到的腐蚀、水解、紫外降解等引起缆绳强度降低和断裂需经常进行 更换的问题。用高强高模聚乙烯纤维制作的缆绳比水轻、能浮于水面之上同 时又耐海水和紫外线的照射国内外的海事局已经陆续要求出海的船只必须配 江苏省纺织工业设计研究院有限公司23 备一条重达 100kg 的高强高模聚乙烯纤维缆绳以替代传统的钢索。 安全、环保、能源以及新材料是推动当今世界高新技术纤维发展的四大要 素。由于高强高模聚乙烯纤维具有众多的优异特性在高性能纤维市场上包 括从海上油田的系泊绳到高性能轻质复合材料方面均显示出极大的优势目前 属世界范围内的稀缺物资估计世界年需求量约 5 万吨其中欧美需求量占 70%。但目前全世界年产量仅 2 万吨左右供需缺口很大。据国内外专家预测 未来 10 年内世界高强高模聚乙烯纤维的市场年需求量将在 20 万吨市场潜力 巨大。 由于高强高模聚乙烯纤维具有比强度高、比模量高等众多的优异性能国 外已经广泛应用于军事、航空、海洋产业、体育运动器械等众多领域其中缆 绳应用发展尤为迅速每年以 300%的速率递增推动了纤维产业的高速发展。 近几年由于中国高强高模聚乙烯纤维的产业化发展相对打破了国外三 家公司的垄断国产纤维价格低约 15-28 万元/吨也相应促进了聚乙烯纤 维在应用领域的发展尤其是中东战争及各国军事装备的发展使得聚乙烯纤 维在国际、国内市场出现供不应求的局面。据高强高模聚乙烯纤维发明人荷兰 Lemstra 教授统计2009 年世界纤维总产量约为 2 万吨而 2009 年需求量在 3 万吨以上2015 年以后国际纤维市场年需求量将超过 10 万吨以上其中欧美 占 70%。 第四节 国内市场现状及供需预测 2.3.1 国内市场供应状况 近几年由于中国高强高模聚乙烯纤维的产业化发展相对打破了国外三 家公司的垄断国产纤维价格相对较低约 15-28 万元/吨也相应促进了聚 乙烯纤维在应用领域的发展尤其是中东战争及各国军事装备的发展使得聚 乙烯纤维在国际、国内市场出现供不应求的局面。 国内高强高模聚乙烯纤维已经具备了一定的市场竞争力早在 1985 年东 华大学就率先提出对高强高模聚乙烯纤维项目产业化的研究并开始对该产品 的生产技术进行研究取得了一批高强高模聚乙烯纤维专利在一些关键技术 江苏省纺织工业设计研究院有限公司24 上走在了世界的最前列。在中试成果的基础上东华大学于 1999 年底与湖南中 泰特种装备有限公司建成一套 100 吨/年的工业化生产装置2000 年又扩产为 200 吨/年。产品经湖南省科委组织专家鉴定“属国内领先并达到国际同类产品 先进水平”。2000 年被认定为国家重点新产品。此外北京同益中特种纤维技 术开发有限公司、宁波大成特种纤维公司也在东华大学研究的工艺成果基础上 进行了小试、中试工业化生产开发并相继建成了高强高模聚乙烯纤维工业化 生产装置。目前国内生产高强高模聚乙烯纤维产品的还有杭州翔盛高强纤维材 料股份有限公司、江苏中益特种纤维有限公司、山东爱地高分子材料有限公司、 上海斯瑞聚合体科技有限公司、上海派锐丝化工科技有限公司等。 近年来相关科研单位和生产企业逐步攻克了高强高模聚乙烯纤维产业化 生产中的如凝胶纺丝技术、萃取技术及萃取装备、纳米颗粒使用技术、超倍拉 伸技术等一系列技术难题形成了完整的生产技术软、硬件并全部采用国内 市场上能采购的国产原料实现产品全国产化使高强高模聚乙烯纤维及其 UD 材料的产业化取得突破产品已逐渐被社会认可和赞誉。目前中国化纤行业协 会已经将高强高模聚乙烯纤维和碳纤维、芳纶、聚苯并双恶唑、光导纤维等高 技术纤维生产技术列入国家鼓励引进技术目录并列为化纤行业“十二五”期 间的发展重点包括高强高模聚乙烯纤维在内的特种纤维在我国将会面临良好 的发展环境和有力的政策支持。 目前国内各生产厂家超高分子量聚乙烯纤维近两年生产量详见表 2-8。 表 2-8近年国内超高分子量聚乙烯纤维生产厂家情况 产 量吨/年 序号生产厂家 2009 年2010 年2011 年 1宁波大成120012001200 2北京同益中600600800 3山东爱地800800800 4湖南中泰800500500 5翔盛化纤300450300 6山东翔宇300300300 7北京威亚200200300 8淮安高鸿100/ 江苏省纺织工业设计研究院有限公司25 9上海斯瑞600600500 10连云港奥神/300150 11常熟秀珀/300300 12浙江金昊/300300 13仪征化纤/300600 14其它70014001000 合计560072507050 2.3.2 国内市场需求状况 在国内高强高模聚乙烯纤维应用较多的也是绳索类产品仅江苏泰州缆 绳厂的纤维材料年需求量在 300 吨以上其次应用于软质防弹衣、防刺服、防 弹头盔等类产品市场的需求量也很大。 据中国化纤协会专家统计 2010 年国际纤维需求量在 3 万吨左右而 2015 年国际纤维市场年需求量将达到 10 万吨目前国内对高强高模聚乙烯纤维的年 需求量在 10000 吨以上我国高强高模聚乙烯纤维年产量已达 8000 余吨不仅 可以替代从国外进口而且可以出口创汇每年出口收入超过 20 亿元市场前 景十分广阔。随着军品、民品特别是量大面广的各类高强轻质缆绳等领域的开 发国内高强高模聚乙烯纤维需求量正以每年 30%的速度递增。 我国过滤材料产业急需高性能纤维特别是近年来随着科技环保的注重 过滤材料领域具有极大的发展空间。随着全球环保意识的增强企业不断开发 新的、更有效的过滤材料以提高过滤系统的过滤效率及使用寿命。而高强高 模聚乙烯纤维作为过滤材料具有突出的优势可用于液体、汽车等特殊过滤环 境中其需求量将呈逐年增加的趋势。 由于国产高强高模聚乙烯纤维价格比国际市场较低每年外贸出口量约占 国内总产量的 60%以上。 据统计 2009 年国内市场需求量约在 6000 吨左右表 2-9 为近年高强高模 聚乙烯纤维国内市场表观用量及 2015 年国内市场预测。 江苏省纺织工业设计研究院有限公司26 表 2-9高强高模聚乙烯纤维表观用量情况 序用量吨 应用领域主要客户群 号2009 2010 20112015 远洋运输公司、海底油田开发公 1海洋产业司、渔业捕捞公司、海上养殖公 1800 2500 35005800 司、船舶制造厂等 2军 工解放军部队、武警部队1700 2000 32004000 安全防护产 3公安干警、特警大队、保安公司 1200 1600 18003500 品 4运动器械各体育运动器械制造厂80120180300 5建筑业各建筑公司150150150300 6运输业各物流公司100100100300 7航空航天/5050200 8医疗及其它//1050 9外贸出口1000 1500 15004000 合计6080 8020 10490 18450 通过以上的供需预测分析结合国内外下游产业的发展趋势不难得出以 下的结论 1、国内超高分子量聚乙烯纤维处于起步阶段产业正处于行业成长期根据 2009 年、2010 年国内市场情况行业成长速度将以年

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