Hochleistungsfasern sind ein wichtiger Bestandteil der neuen Materialindustrie. Sie sind strategische Materialien für Chinas Chemiefasersektor. Ihre Entwicklung wirkt sich auf die Volkswirtschaft und die strategische Sicherheit aus. In den letzten Jahrzehnten hat sich China mit Unterstützung der Regierung, von Unternehmen, Forschungsinstituten und Industrieverbänden auf kritische Technologien konzentriert, nachgelagerte Anwendungen ausgeweitet und die Branchengröße, den technischen Fortschritt und die Systementwicklung gefördert. Diese Bemühungen haben den fast 30-jährigen Abstand zu den entwickelten Ländern verringert und Durchbrüche und bemerkenswerte Ergebnisse erzielt.

Derzeit machen inländische Kohlefasern etwa 28 % der weltweiten Produktion aus, Aramidfasern etwa 23 % und Fasern aus ultra-hochmolekularem-Polyethylen (UHMWPE) etwa 66 %. Insgesamt hat sich China zu einem der Spitzenländer in Bezug auf Produktionsumfang und Anwendungsbereich entwickelt. Die Produktion von Kohlenstofffasern, Aramidfasern, UHMWPE und Basaltfasern gehört weltweit zu den drei Spitzenreitern, wobei die Mainstream-Produkte in Bezug auf Technologie, Produktion und Qualität ein weltweit fortgeschrittenes Niveau erreichen.

Die rasante Entwicklung inländischer Hochleistungsfasern steigert die Wettbewerbsfähigkeit der Fertigung und trägt zur Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Windkraft, Bauingenieurwesen, Automobilleichtbau und Schiffstechnik bei.

1. Stetige Erweiterung der Branchengröße

Im Jahr 2021 erreichte Chinas gesamte Hochleistungsfaserkapazität rund 195.000 Tonnen, bei einer Produktion von 102.000 Tonnen. Die Produktion von Kohlenstofffasern, Aramidfasern, UHMWPE und kontinuierlichen Basaltfasern überstieg jeweils 10.000 Tonnen. Die Kohlenstofffaserproduktion erreichte 29.000 Tonnen und umfasst die Qualitäten mit hoher Festigkeit, mittlerem Modul, hohem Modul und ultrahohem Modul (entspricht T300, T700, T800, T1000, M40, M40J, M55J usw.).

Andere Fasern wie Polyphenylensulfid (PPS) und Polytetrafluorethylen (PTFE) haben sich stetig weiterentwickelt, während Polyetheretherketon (PEEK), Siliziumkarbid, Poly(p-phenylenbenzobisoxazol) (PBO) und vollaromatische Polyesterfasern in wichtigen Produktionstechnologien neue Fortschritte erzielt haben.

2. Erhebliche Verbesserung der Technologie und Ausrüstung

Das technische Niveau von Hochleistungsfasern hat sich verbessert, mit besserer Faserqualität, Produktdifferenzierung und Produktionsstabilität.

A. Kohlefaser
China verfügt mittlerweile über drei Vorläuferproduktionssysteme: DMSO, DMAc und NaSCN. Trocken-Jet-Nass-Spinnen- und Nassspinnprozesse werden schrittweise optimiert, wodurch die Produktionseffizienz verbessert wird. Die Schlüsseltechnologien haben sich von der Industrialisierung von T300 über T700, T800, 24k-Carbonfasern bis hin zu Durchbrüchen bei T1000, T1100, M55J, M60J und 48k-Tow-Fasern weiterentwickelt. Im Vergleich zu Japans Toray decken Chinas Kohlenstofffasern der DMSO--Serie fast alle gleichwertigen Qualitäten ab.

B. Organische Hochleistungsfasern.-
Para-Aramid hat eine Industrialisierung von Tausend-Tonnen erreicht. Para-aramid mit hoher{3}}Festigkeit und hohem{4}}Modul wird mittlerweile im Inland hergestellt und in persönlicher Schutzausrüstung geprüft. Für Militärhelme stehen färbbare Para-Aramid-Filamente und ultra-hoch-Fasern (entspricht Kevlar KM2) zur Verfügung.

UHMWPE-Fasern haben sich hinsichtlich hoher Festigkeit, hohem Modul, feinem Denier, Hitzebeständigkeit und Kriechfestigkeit verbessert. Es wurden auch neue faserspezifische Harztechnologien entwickelt.

Polyimidfasern haben Fortschritte in der Polymersynthese, Faserformung, Nach{0}}Behandlung und Ausrüstung gemacht und produzieren hoch-hitzebeständige, hitze-färbbare und hoch{3}feste Hochmodulserien in verschiedenen Denier-Werten. PPS-Fasern bieten jetzt feine Denier-Produkte (1,1 dtex) für eine präzisere Hochtemperaturfiltration. Innovationen bei der Herstellung von PTFE-Fasern verbessern die Filtration und Festigkeit und ermöglichen mehrschichtige Filtermedien für die industrielle Emissionskontrolle.

C. Anorganische Hochleistungsfasern
Kontinuierliche Basaltfasern haben eine hohe -Festigkeit, einen hohen -Modul und alkalibeständige Serien erreicht. Ofensimulation und optimiertes Design verbessern die Produktionseffizienz und senken die Kosten. Kontinuierliche Siliziumkarbidfasern haben die Industrialisierung der zweiten -Generation vorangetrieben und werden in Luft- und Raumfahrtmotoren und Kernkraftkomponenten getestet.

D. Glasfaserausrüstung
Die Schlüsselausrüstung für die Polyimid-, UHMWPE-, Kohlefaser- und Aramidfaserproduktion wurde im Inland entwickelt und modernisiert, wobei die Einzellinienkapazitäten 300 Tonnen/Jahr für UHMWPE- und 3.000-Tonnen-Kohlenstofffaserlinien übersteigen. Graphitöfen mit einer Breite von bis zu 1.000 mm wurden im Inland hergestellt, was die Unabhängigkeit von ausländischer Technologie gewährleistet.

3. Erweiterte Produktanwendungen

Inländische Hochleistungsfasern werden häufig in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Windkraft, Bauingenieurwesen, Automobil, Schiene, Schifffahrt, Kommunikation, Schutzausrüstung, Umweltschutz und Sport eingesetzt.

Im Jahr 2021 erreichte der gesamte Inlandsverbrauch 149.000 Tonnen:

Kohlefaser: 62.300 Tonnen (46,5 % inländisch), hauptsächlich für Rotorblätter von Windkraftanlagen (22.500 Tonnen).

Aramidfaser: 26.000 Tonnen, mit stetiger Nachfrage in den Bereichen Isolierung, Feuerbeständigkeit und kugelsichere Anwendungen.

UHMWPE: 25.000 Tonnen, wächst in Seilen, schnittfesten Handschuhen und Verbrauchermärkten.

Schutzstoffe auf Polyimid--Basis werden in Schutzkleidung für Forst- und Polizeibetriebe verwendet.

4. Innovationsplattformen

China hat F&E-Plattformen aufgebaut, die Grundlagenforschung, kritische Technologie und Anwendungsdemonstration abdecken, wie das National Carbon Fiber Engineering Technology Research Center und das National Aramid Engineering Technology Center. Universitäten wie die Beijing University of Chemical Technology, die Shandong University und die Donghua University arbeiten mit der Industrie zusammen, um Kerntechnologien anzugehen.

Das 2019 gegründete National Advanced Functional Fiber Manufacturing Innovation Center beschleunigt Branchenmodernisierungen und nachhaltige Entwicklung.

5. Richtlinienunterstützung

Richtlinien seit den 2000er Jahren, darunter der „13. Fünf{2}}Jahresplan“ für Wissenschaft, strategische aufstrebende Industrien und neue Materialien, haben die Entwicklung von Hochleistungsfasern unterstützt. Militär- und Verteidigungsanwendungen erhalten besondere Fördermittel, die Forschung, Industrialisierung und Markteinführung fördern.

6. Wirtschaftliche und soziale Auswirkungen

Die inländische Hochleistungsfaserproduktion bricht ausländische Monopole, steigert die Wettbewerbsfähigkeit der Fertigung und unterstützt Anwendungen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Windenergie, Bauwesen, Automobil, Schifffahrt und Umwelt.

Beispielsweise verringert die Reduzierung des Fahrzeuggewichts um 100 kg den CO₂-Ausstoß um 5 g/km, und 20 % leichtere Flugzeuge reduzieren den jährlichen CO₂-Ausstoß um 140 Tonnen. Kohlenstofffasern unterstützen auch grüne Energieanwendungen in der Photovoltaik, Windkraft und Wasserstoffkraft.

Hochleistungsfasern sind für Chinas Fertigungs- und Qualitätsentwicklungsstrategie von entscheidender Bedeutung. Bis 2025 wird erwartet, dass die inländische Forschung und Entwicklung sowie die Produktion mit diversifizierten Produkten, skalierbarer Kapazität und unabhängiger Schlüsselausrüstung das internationale Niveau erreichen.

Die Branche wird sich auf leistungsstarke, kostengünstige und stabile Massenproduktionstechnologien konzentrieren und so ein vollständiges „Design-Fertigung-Bewertung-Verifizierungs“-Ökosystem bilden. Dadurch werden die Anwendungen in der Verteidigung und in wichtigen Wirtschaftssektoren ausgeweitet und Chinas technologische Unabhängigkeit gestärkt.

Quellen: High-Tech Fibers and Applications, Chinese Society for Composites, Mechanical Engineering Materials (teilweiser Inhalt aus Online-Quellen).