Les fibres hautes-performances constituent un élément clé de l'industrie des nouveaux matériaux. Ce sont des matériaux stratégiques pour le secteur chinois des fibres chimiques. Leur développement affecte l’économie nationale et la sécurité stratégique. Au cours des dernières décennies, avec le soutien du gouvernement, des entreprises, des instituts de recherche et des associations industrielles, la Chine s'est concentrée sur les technologies critiques, a étendu les applications en aval et a favorisé l'échelle industrielle, le progrès technique et le développement de systèmes. Ces efforts ont réduit l’écart de près de 30 ans avec les pays développés, réalisant des avancées et des résultats notables.

Actuellement, la fibre de carbone nationale représente environ 28 % de la production mondiale, les fibres d'aramide environ 23 % et les fibres de polyéthylène à ultra-haut-poids moléculaire-(UHMWPE) environ 66 %. Dans l’ensemble, la Chine est devenue l’un des principaux pays en termes d’échelle de production et de gamme d’applications. La production de fibres de carbone, de fibres d'aramide, d'UHMWPE et de fibres de basalte se classe parmi les trois premières au monde, les produits grand public atteignant des niveaux mondiaux avancés en termes de technologie, de production et de qualité.

Le développement rapide des fibres nationales-hautes performances stimule la compétitivité du secteur manufacturier et contribue aux secteurs de l'aérospatiale, de la défense, de l'énergie éolienne, du génie civil, de l'allégement automobile et de l'ingénierie maritime.

1. Expansion constante de l’échelle industrielle

En 2021, la capacité totale de fibre-haute performance de la Chine a atteint environ 195 000 tonnes, avec une production de 102 000 tonnes. La production de fibre de carbone, de fibre d'aramide, d'UHMWPE et de fibre de basalte continue a dépassé 10 000 tonnes chacune. La production de fibre de carbone a atteint 29 000 tonnes, couvrant des qualités de module à haute-résistance, intermédiaire-, haut-module et ultra-haut-module (équivalents à T300, T700, T800, T1000, M40, M40J, M55J, etc.).

D'autres fibres telles que le sulfure de polyphénylène (PPS) et le polytétrafluoroéthylène (PTFE) se sont développées régulièrement, tandis que le polyéther éther cétone (PEEK), le carbure de silicium, le poly(p-phénylène benzobisoxazole) (PBO) et les fibres de polyester entièrement aromatiques ont connu de nouveaux progrès dans les technologies de production clés.

2. Amélioration significative de la technologie et de l'équipement

Le niveau technique des fibres à haute-performance s'est amélioré, avec une meilleure qualité de fibre, une meilleure différenciation des produits et une meilleure stabilité de la production.

un. Fibre de carbone
La Chine dispose désormais de trois systèmes de production de précurseurs : DMSO, DMAc et NaSCN. Les processus de filage sec-jet humide et de filage humide sont progressivement optimisés, améliorant ainsi l'efficacité de la production. Les technologies clés ont progressé depuis l'industrialisation des fibres de carbone T300 aux T700, T800, 24k, et des percées dans les fibres de remorquage T1000, T1100, M55J, M60J et 48k. Par rapport au Toray du Japon, les fibres de carbone de la série DMSO-de la Chine couvrent presque toutes les qualités équivalentes.

b. Fibres biologiques hautes-performances
Le para-aramide a atteint une industrialisation de plusieurs milliers de-tonnes. Le para-aramide à haute-résistance et à-module élevé est désormais produit dans le pays et vérifié dans les équipements de protection individuelle. Des filaments para-aramide colorables et des fibres à ultra-haute résistance-(équivalentes au Kevlar KM2) sont disponibles pour les casques militaires.

Les fibres UHMWPE se sont améliorées en termes de résistance élevée, de module élevé, de denier fin, de résistance à la chaleur et de résistance au fluage. De nouvelles technologies de résines spécifiques aux fibres-ont également été développées.

Les fibres de polyimide ont progressé dans la synthèse des polymères, la mise en forme des fibres, le post-traitement et l'équipement, produisant des séries de modules à haute-chaleur,-colorables à la chaleur et à haute-résistance à haut-module dans différents deniers. Les fibres PPS proposent désormais des produits à deniers fins (1,1 dtex) pour une filtration plus précise à haute température-. Les innovations en matière de production de fibres PTFE améliorent la filtration et la résistance, permettant ainsi un média filtrant multicouche pour le contrôle des émissions industrielles.

c. Fibres inorganiques à haute-performances
Les fibres de basalte continues ont atteint des séries à haute-résistance, à haut-module et aux alcalis-résistants. La simulation du four et la conception optimisée améliorent l’efficacité de la production et réduisent les coûts. Les fibres continues de carbure de silicium ont progressé dans l'industrialisation de deuxième génération - et sont testées dans les moteurs aérospatiaux et les composants de l'énergie nucléaire.

d. Équipement fibre
Les équipements clés pour la production de polyimide, d'UHMWPE, de fibre de carbone et de fibre d'aramide ont été développés et améliorés au niveau national, avec des capacités de ligne unique- dépassant 300 tonnes/an pour l'UHMWPE et les lignes de fibre de carbone de 3 000 tonnes. Des fours à graphite d'une largeur allant jusqu'à 1 000 mm ont été produits dans le pays, garantissant ainsi l'indépendance par rapport à la technologie étrangère.

3. Applications de produits améliorées

Les fibres nationales-hautes performances sont largement utilisées dans les secteurs de l'aérospatiale, de la défense, de l'énergie éolienne, du génie civil, de l'automobile, du ferroviaire, du maritime, des communications, des équipements de protection, de la protection de l'environnement et du sport.

En 2021, la consommation intérieure totale a atteint 149 000 tonnes :

Fibre de carbone : 62 300 tonnes (46,5 % domestiques), principalement pour les pales d'éoliennes (22 500 tonnes).

Fibre aramide : 26 000 tonnes, avec une demande constante dans les domaines de l'isolation, de la résistance au feu et des applications pare-balles.

UHMWPE : 25 000 tonnes, provenant de cordes, de gants résistants aux coupures-et de marchés de consommation.

Les tissus de protection à base de polyimide-sont utilisés dans les vêtements de protection forestiers et policiers.

4. Plateformes d'innovation

La Chine a construit des plates-formes de R&D couvrant la recherche fondamentale, les technologies critiques et la démonstration d'applications, telles que le Centre national de recherche sur les technologies d'ingénierie de la fibre de carbone et le Centre national de technologie d'ingénierie de l'aramide. Des universités comme l’Université de technologie chimique de Pékin, l’Université du Shandong et l’Université de Donghua collaborent avec l’industrie pour aborder les technologies de base.

Le Centre national d'innovation en fabrication de fibres fonctionnelles avancées, créé en 2019, accélère la mise à niveau de l'industrie et le développement durable.

5. Soutien politique

Les politiques mises en œuvre depuis les années 2000, y compris le « 13 plan quinquennal » pour la science, les industries émergentes stratégiques et les nouveaux matériaux, ont soutenu le développement de fibres à haute-performance. Les applications militaires et de défense reçoivent un financement spécial, favorisant la recherche, l’industrialisation et l’adoption sur le marché.

6. Impact économique et social

La production nationale de fibres-hautes performances brise les monopoles étrangers, stimule la compétitivité du secteur manufacturier et prend en charge les applications dans les domaines de l'aérospatiale, de la défense, de l'énergie éolienne, de la construction, de l'automobile, de la marine et de l'environnement.

Par exemple, réduire le poids du véhicule de 100 kg réduit les émissions de CO₂ de 5 g/km, et des avions 20 % plus légers réduisent les émissions annuelles de CO₂ de 140 tonnes. Les fibres de carbone soutiennent également les applications d’énergie verte dans les domaines du photovoltaïque, de l’énergie éolienne et de l’hydrogène.

Les fibres hautes-performances sont essentielles à la stratégie de fabrication et de développement de haute-qualité de la Chine. D’ici 2025, la R&D et la production nationales devraient atteindre les niveaux internationaux, avec des produits diversifiés, une capacité évolutive et des équipements clés indépendants.

L'industrie se concentrera sur des technologies de production de masse à haute-performance, à faible-coût et stables, formant ainsi un écosystème complet de « conception-fabrication-évaluation-vérification ». Cela élargira les applications dans les secteurs de la défense et de l'économie clés, renforçant ainsi l'indépendance technologique de la Chine.

Sources : Fibres et applications de haute technologie, Société chinoise des composites, Matériaux d'ingénierie mécanique (contenu partiel provenant de sources en ligne).