芳綸1414突破技術封鎖線

　　編者按：當全世界70%的化纖產(chǎn)能都集中在中國時，中國領軍化纖企業(yè)任何一項具有突破性的技術、工藝或裝備的創(chuàng)新都如此引人注目，甚至會起到推動世界化纖行業(yè)進步的重要作用。2014年，河北硅谷化工、盛虹控股集團以及上海金由氟3家公司的3個項目分別榮獲“中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科學技術進步一等獎”。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)達國家對我國在相關領域多年來的技術封鎖。尤其是高性能纖維對位芳綸的技術突破和產(chǎn)業(yè)化，更是對我國國防、軍事等領域具有重要的戰(zhàn)略意義。

　　歷時7年艱苦攻關，攻克多項技術難題，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，我們在芳綸技術上實現(xiàn)了大突破，開創(chuàng)了具有中國特色的技術途徑。我們感覺很幸運，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聯(lián)合承擔的“高性能芳綸纖維制備國產(chǎn)化關鍵技術研究”項目通過河北省科技廳組織的技術鑒定：達到國際先進水平。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)量達到美國杜邦公司對位芳綸kevlar49的質(zhì)量標準。

　　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鍵技術與生產(chǎn)裝備國產(chǎn)化”獲得上海市科技進步一等獎，“高模量芳綸纖維產(chǎn)業(yè)化關鍵技術及其成套裝備研發(fā)”項目獲得中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科學技術進步一等獎。

　　業(yè)內(nèi)專家評價，河北硅谷化工和東華大學聯(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近40年的技術封鎖，實現(xiàn)了我國獨立自主的對位芳綸技術和產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，對于增強我國國防建設力量具有重要的現(xiàn)實意義和深遠戰(zhàn)略意義?！边@位專家感慨道。

　　產(chǎn)品性能可媲美杜邦K29和K49

　　芳綸纖維廣泛應用在航天、航空、艦艇、光纜、防彈衣等軍工領域以及民用材料等領域，是國家經(jīng)濟建設和國防建設不可缺少的新型材料，也是國家高技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎材料，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)異的物理機械性能、熱穩(wěn)定性、阻燃性及優(yōu)良的電絕緣性能。其強度是優(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。

　　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，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，國外長期對我國進行技術封鎖，制約了我國在相關領域的應用和開發(fā)。

　　我國自“六五”期間開始攻關，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)技術并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的基礎上，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)督檢驗中心兩家權威機構檢測，其芳綸產(chǎn)品斷裂強度為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），符合技術標準要求，產(chǎn)品性能與美國杜邦公司的K29和K49相當，達到國際先進水平，達到替代同類進口產(chǎn)品的技術要求。

　　另辟蹊徑，核心技術實現(xiàn)4大突破

　　項目最終能成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，關鍵點在于沒有一味模仿國外技術，而是另辟蹊徑，在核心技術領域?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，關鍵點在于沒有一味模仿國外技術，而是另辟蹊徑，在核心技術領域?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研究，把聚合反應規(guī)律從基礎上研究透徹，在設備上也有所突破，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。

　　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為技術難度極大。

　　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。

　　更大的意義在于，該技術和裝備對于整個化纖行業(yè)都有重要貢獻。余木火介紹，運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可成套應用到通用化纖產(chǎn)品生產(chǎn)中。在其他工藝條件不變情況下，運用該技術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，沒有技術和裝備可以解決這一共性難題。余木火表示，下一步時機成熟時，希望能把該套裝備在全行業(yè)進行推廣。

　　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)與世界強國抗衡

　　余木火建議，國家應從戰(zhàn)略層面考慮，進行相關政策引導和扶持，集中力量建設萬噸產(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)達國家的企業(yè)去競爭、抗衡。

　　但必須清醒地認識到，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?，接下來，如何實現(xiàn)更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化，更為關鍵。

　　對此，河北硅谷化工有限公司董事長宋福如指出，如果要達到經(jīng)濟規(guī)模，須達到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也已完成小試、中試工作，中試產(chǎn)品指標達到并部分超越了杜邦的相關產(chǎn)品指標，目前正進行產(chǎn)業(yè)化實施。

　　芳綸紙蜂窩夾層復合材料是運載火箭、大飛機、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鍵材料。但目前，我國所用的蜂窩材料全部依賴進口。硅谷化工目前已擁有具有自主知識產(chǎn)權的全套對位芳綸紙基技術，打破了國外的技術封鎖和產(chǎn)品壟斷。

　　也正因為芳綸技術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一步產(chǎn)業(yè)化，余木火意味深長地表示：“對位芳綸的進一步產(chǎn)業(yè)化要充分吸取我國碳纖維行業(yè)低水平重復化建設的教訓，避免走碳纖維的老路。國家應從戰(zhàn)略層面考慮，進行相關政策引導和扶持，集中力量建設萬噸產(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)達國家的企業(yè)去競爭、抗衡?！保ū緢笥浾咄枘龋?/p>

來源：中國紡織報

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