芳綸1414突破技術(shù)封鎖線

　　編者按：當(dāng)全世界70%的化纖產(chǎn)能都集中在中國時，中國領(lǐng)軍化纖企業(yè)任何一項具有突破性的技術(shù)、工藝或裝備的創(chuàng)新都如此引人注目，甚至?xí)鸬酵苿邮澜缁w行業(yè)進(jìn)步的重要作用。2014年，河北硅谷化工、盛虹控股集團(tuán)以及上海金由氟3家公司的3個項目分別榮獲“中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎”。3個項目有一個共同點，它們的研發(fā)成功并順利實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，都打破了國外發(fā)達(dá)國家對我國在相關(guān)領(lǐng)域多年來的技術(shù)封鎖。尤其是高性能纖維對位芳綸的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化，更是對我國國防、軍事等領(lǐng)域具有重要的戰(zhàn)略意義。

　　歷時7年艱苦攻關(guān)，攻克多項技術(shù)難題，前后總投入3億元，最終實現(xiàn)了我國近40年來想實現(xiàn)而沒有實現(xiàn)的對位芳綸的產(chǎn)業(yè)化夢想。作為項目組的核心人物之一，東華大學(xué)纖維材料改性國家重點實驗室副主任余木火至今談起此，仍難掩激動和興奮。

　　“國家做了近40年的研究，如今在我們手里終于能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，我們在芳綸技術(shù)上實現(xiàn)了大突破，開創(chuàng)了具有中國特色的技術(shù)途徑。我們感覺很幸運(yùn)，也很激動?！庇嗄净鸶锌?。

　　與河北硅谷化工有限公司董事長宋福如一樣，余木火有足夠的理由亢奮。2013年，由河北硅谷化工有限公司和東華大學(xué)聯(lián)合承擔(dān)的“高性能芳綸纖維制備國產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)研究”項目通過河北省科技廳組織的技術(shù)鑒定：達(dá)到國際先進(jìn)水平。目前，河北硅谷化工已完成了年產(chǎn)1000噸對位芳綸纖維的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，其產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到美國杜邦公司對位芳綸kevlar49的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

　　2014年，其“超高分子量聚對苯二甲酰對苯二胺及其芳綸纖維制備關(guān)鍵技術(shù)與生產(chǎn)裝備國產(chǎn)化”獲得上海市科技進(jìn)步一等獎，“高模量芳綸纖維產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)及其成套裝備研發(fā)”項目獲得中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎。

　　業(yè)內(nèi)專家評價，河北硅谷化工和東華大學(xué)聯(lián)手，用7年時間走完了美國、日本用了近30年走完的產(chǎn)業(yè)化歷程，這是“中國纖維”的驕傲?！皩ξ环季]纖維的工業(yè)化生產(chǎn)，打破了國外對我國長達(dá)近40年的技術(shù)封鎖，實現(xiàn)了我國獨立自主的對位芳綸技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，對于增強(qiáng)我國國防建設(shè)力量具有重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義。”這位專家感慨道。

　　產(chǎn)品性能可媲美杜邦K29和K49

　　芳綸纖維廣泛應(yīng)用在航天、航空、艦艇、光纜、防彈衣等軍工領(lǐng)域以及民用材料等領(lǐng)域，是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)不可缺少的新型材料，也是國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)材料，是一種十分重要的戰(zhàn)略物資。

　　對位芳綸纖維是一種新型高科技合成纖維，它具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、阻燃性及優(yōu)良的電絕緣性能。其強(qiáng)度是優(yōu)質(zhì)鋼材的5倍~6倍，模量是鋼材的2倍~3倍，韌性是鋼材的2倍，而重量僅為鋼材的1/5。它的連續(xù)使用溫度范圍極寬，在-196℃~204℃范圍內(nèi)可長期正常運(yùn)行，在150℃下的收縮率為0，在560℃的高溫下不分解、不熔化，且具有良好的絕緣性和抗腐蝕性，使用周期很長，因而贏得“合成鋼絲”的美譽(yù)。

　　但在過去幾十年中，世界上只有美國、日本、韓國及俄羅斯的幾家企業(yè)擁有對位芳綸纖維的生產(chǎn)技術(shù)，以至于能否生產(chǎn)對位芳綸，在某種程度上成為一個國家實力的象征之一。也正是由于它在航天航空及國防方面的獨特作用，國外長期對我國進(jìn)行技術(shù)封鎖，制約了我國在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用和開發(fā)。

　　我國自“六五”期間開始攻關(guān)，4個“五年計劃”都將對位芳綸列入了國家863計劃項目，但都沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，以至于對位芳綸纖維技術(shù)使許多科研單位和企業(yè)望而生畏。直至2011年3月，河北硅谷化工成功實現(xiàn)了千噸對位芳綸纖維的生產(chǎn)線投產(chǎn)，終于使我國成為世界上少數(shù)幾個掌握對位芳綸纖維核心技術(shù)的國家。

　　目前，河北硅谷化工在已經(jīng)完全掌握芳綸1414纖維Kevlar129、Kevlar49纖維的生產(chǎn)技術(shù)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，提高、穩(wěn)定了芳綸1414纖維的產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)國家纖維質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心和國家紡織制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心兩家權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測，其芳綸產(chǎn)品斷裂強(qiáng)度為22.00厘牛分特（cN/dtex），斷裂伸長率為4.2%，模量為780厘牛分特（cN/dtex），符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，產(chǎn)品性能與美國杜邦公司的K29和K49相當(dāng)，達(dá)到國際先進(jìn)水平，達(dá)到替代同類進(jìn)口產(chǎn)品的技術(shù)要求。

　　另辟蹊徑，核心技術(shù)實現(xiàn)4大突破

　　項目最終能成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，關(guān)鍵點在于沒有一味模仿國外技術(shù)，而是另辟蹊徑，在核心技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了4項重大突破。

　　河北硅谷化工是上海東華大學(xué)對位芳綸纖維科技部973計劃項目科研基地。該項目自開始至實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，前后歷時7年。在余木火看來，項目最終能成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，關(guān)鍵點在于沒有一味模仿國外技術(shù)，而是另辟蹊徑，在核心技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了4項重大突破：

　　一是實現(xiàn)了樹脂的高分子量。余木火介紹，長期以來，制約芳綸產(chǎn)業(yè)化的因素是樹脂的分子量做得不夠高。該項目通過系列基礎(chǔ)研究，把聚合反應(yīng)規(guī)律從基礎(chǔ)上研究透徹，在設(shè)備上也有所突破，從而使分子量能夠做得足夠高。國際上以及杜邦生產(chǎn)線的比濃對數(shù)粘度為6~7，而該項目的粘度可以做到9.2，明顯高于國際指標(biāo)。

　　二是在液晶紡絲環(huán)節(jié)實現(xiàn)了高取向。余木火介紹，此前杜邦在實驗室進(jìn)行研究，試圖把超高分子量的原料直接紡絲，但因粘度太大無法直接紡絲而最終放棄。但是，該項目通過大量的基礎(chǔ)研究實驗，在普通分子量PPTA樹脂（粘度為6.5）的主要原料中加入少量的超高分子量樹脂（粘度為9.2）的原料進(jìn)行紡絲。

　　通過這一創(chuàng)新，可在流動過程中通過超高分子量帶動短的取向，同時使流體的強(qiáng)度提高，噴絲頭拉伸比提高，漫流減小，最終使芳綸的紡絲性、穩(wěn)定性都更高。而且更重要的是，使芳綸紡絲的工藝窗口變寬，更容易控制。據(jù)了解，目前世界上只有該種液晶紡絲方法的取向度能達(dá)到理論值的80%~90%。

　　三是實現(xiàn)了纖維的高模量化。據(jù)介紹，通用級芳綸纖維的模量為490，而少量超高分子量樹脂共混液晶紡絲的芳綸纖維的模量可達(dá)到770，這與杜邦高性能纖維780的模量已經(jīng)非常接近，高模量化就較容易實現(xiàn)。而此前，高模量芳綸的制備被認(rèn)為技術(shù)難度極大。

　　四是項目研發(fā)的高粘度紡絲流體快速溶解、連續(xù)脫泡、連續(xù)過濾芯技術(shù)和裝備，既可提高高性能纖維的紡絲穩(wěn)定性和質(zhì)量，又可提高通用纖維的紡絲效率。

　　在高性能纖維的紡絲過程中，如果溶液里含有氣泡，有雜質(zhì)，溶解不好，很容易影響纖維最終的力學(xué)性能，所以，如何在紡絲過程中保證流體的均勻、無氣泡，形成高質(zhì)量的紡絲溶液很關(guān)鍵。該項目在這方面取得了很大突破，研發(fā)了成套、連續(xù)的穩(wěn)定技術(shù)和裝備，成功解決了高粘度溶液的溶解、脫泡和過濾難題。

　　“液晶紡絲的粘度是普通紡絲的5~10倍，這非常艱難。如此大粘度的溶液如何溶解好、不‘包芯’，如何把氣泡棄掉，把細(xì)小固體雜質(zhì)過濾掉，是一個很大的難題。

　　但我們最終取得了突破。”余木火說道。也正因有了這個突破，才最終保證了芳綸國產(chǎn)化的順利推進(jìn)。

　　更大的意義在于，該技術(shù)和裝備對于整個化纖行業(yè)都有重要貢獻(xiàn)。余木火介紹，運(yùn)用該工藝裝備對碳纖維原絲、聚乙烯和通用纖維的紡絲都非常有意義。

　　據(jù)介紹，該項目的裝備和技術(shù)可成套應(yīng)用到通用化纖產(chǎn)品生產(chǎn)中。在其他工藝條件不變情況下，運(yùn)用該技術(shù)和裝備可大大提升整個纖維行業(yè)的生產(chǎn)效率。如溶液紡絲固體含量都希望盡可能高，這樣生產(chǎn)效率能提高，但固體含量和溶液粘度提高，會使溶解、脫泡、過濾都有困難。此前，沒有技術(shù)和裝備可以解決這一共性難題。余木火表示，下一步時機(jī)成熟時，希望能把該套裝備在全行業(yè)進(jìn)行推廣。

　　此外，項目最終能成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有一個關(guān)鍵因素，那就是科研單位和生產(chǎn)企業(yè)之間真正形成了一種緊密、透明的合作。

　　國家或可扶持萬噸級企業(yè)與世界強(qiáng)國抗衡

　　余木火建議，國家應(yīng)從戰(zhàn)略層面考慮，進(jìn)行相關(guān)政策引導(dǎo)和扶持，集中力量建設(shè)萬噸產(chǎn)能規(guī)模的企業(yè)，使我國的芳綸企業(yè)真正有能力與發(fā)達(dá)國家的企業(yè)去競爭、抗衡。

　　但必須清醒地認(rèn)識到，目前我國芳綸產(chǎn)業(yè)的規(guī)模尚難與美國、日本的規(guī)?？购猓酉聛?，如何實現(xiàn)更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化，更為關(guān)鍵。

　　對此，河北硅谷化工有限公司董事長宋福如指出，如果要達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模，須達(dá)到3000噸～5000噸的年產(chǎn)能。因此未來5年，硅谷化工計劃投資5億~10億元，建立起年產(chǎn)3000噸~5000噸的芳綸1414生產(chǎn)線，并形成芳綸系列產(chǎn)業(yè)鏈。目前，5000噸芳綸項目已被國家科技部及973材料組提名列入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)20個重大工程之一。

　　此外，硅谷化工的芳綸紙基技術(shù)也已完成小試、中試工作，中試產(chǎn)品指標(biāo)達(dá)到并部分超越了杜邦的相關(guān)產(chǎn)品指標(biāo)，目前正進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化實施。

　　芳綸紙蜂窩夾層復(fù)合材料是運(yùn)載火箭、大飛機(jī)、高速列車等國家重大工程迫切需求的戰(zhàn)略材料。尤其是近幾年，芳綸紙蜂窩大量應(yīng)用于高速列車的地板、車廂壁板、天花板、車門等部件，是實現(xiàn)高速列車、地鐵、有軌電車等車輛輕量化的關(guān)鍵材料。但目前，我國所用的蜂窩材料全部依賴進(jìn)口。硅谷化工目前已擁有具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全套對位芳綸紙基技術(shù)，打破了國外的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品壟斷。

　　也正因為芳綸技術(shù)對于國家具有如此重要的戰(zhàn)略意義，對于該項目接下來的進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化，余木火意味深長地表示：“對位芳綸的進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化要充分吸取我國碳纖維行業(yè)低水平重復(fù)化建設(shè)的教訓(xùn)，避免走碳纖維的老路。國家應(yīng)從戰(zhàn)略層面考慮，進(jìn)行相關(guān)政策引導(dǎo)和扶持，集中力量建設(shè)萬噸產(chǎn)能規(guī)模的企業(yè)，從而使我國的芳綸企業(yè)真正有能力與發(fā)達(dá)國家的企業(yè)去競爭、抗衡。”（本報記者同黎娜）

來源：中國紡織報

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