芳纶1414突破技术封锁线

  编者按：当全世界70%的化纤产能都集中在中国时，中国领军化纤企业任何一项具有突破性的技术、工艺或装备的创新都如此引人注目，甚至会起到推动世界化纤行业进步的及其重要的作用。2014年，河北硅谷化工、盛虹控股集团以及上海金由氟3家公司的3个项目分别荣获“中国纺织工业联合会科学技术进步一等奖”。3个项目有一个共同点，它们的研发成功并顺利实现产业化，都打破了国外发达国家对我国在相关领域多年来的技术封锁。尤其是高性能纤维对位芳纶的技术突破和产业化，更是对我国国防、军事等领域具备极其重大的战略意义。

  历时7年艰苦攻关，攻克多项技术难题，前后总投入3亿元，最终实现了我国近40年来想实现而没有实现的对位芳纶的产业化梦想。作为项目组的核心人物之一，东华大学纤维材料改性国家重点实验室副主任余木火至今谈起此，仍难掩激动和兴奋。

  “国家做了近40年的研究，如今在我们手里终于能实现产业化，我们在芳纶技术上实现了大突破，开创了具有中国特色的技术途径。我们感觉很幸运，也很激动。”余木火感慨道。

  与河北硅谷化工有限公司董事长宋福如一样，余木火有足够的理由亢奋。2013年，由河北硅谷化工有限公司和东华大学联合承担的“高性能芳纶纤维制备国产化关键技术探讨研究”项目通过河北省科技厅组织的技术鉴定：达到国际领先水平。目前，河北硅谷化工已完成了年产1000吨对位芳纶纤维的产业化生产，其产品质量达到美国杜邦公司对位芳纶kevlar49的质量标准。

  2014年，其“超高分子量聚对苯二甲酰对苯二胺及其芳纶纤维制备关键技术与生产装备国产化”获得上海市科学技术进步一等奖，“高模量芳纶纤维产业化关键技术及其成套装备研发”项目获得中国纺织工业联合会科学技术进步一等奖。

  业内专家评价，河北硅谷化工和东华大学联手，用7年时间走完了美国、日本用了近30年走完的产业化历程，这是“中国纤维”的骄傲。“对位芳纶纤维的工业化生产，打破了国外对我国长达近40年的技术封锁，实现了我国独立自主的对位芳纶技术和产业的跨越式发展，对于增强我国国防建设力量具备极其重大的现实意义和深远战略意义。”这位专家感慨道。

  芳纶纤维大范围的应用在航天、航空、舰艇、光缆、防弹衣等军工领域以及民用材料等领域，是国家经济建设和国防建设必不可少的新型材料，也是国家高技术产业高质量发展的基础材料，是一种十分重要的战略物资。

  对位芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维，它具备优秀能力的物理机械性能、耐热性、阻燃性及优良的电绝缘性能。其强度是优质钢材的5倍~6倍，模量是钢材的2倍~3倍，韧性是钢材的2倍，而重量仅为钢材的1/5。它的连续使用温度范围极宽，在-196℃~204℃范围内可长期正常运行，在150℃下的收缩率为0，在560℃的高温下不分解、不熔化，且拥有非常良好的绝缘性和抗腐蚀性，使用周期很长，因而赢得“合成钢丝”的美誉。

  但在过去几十年中，世界上只有美国、日本、韩国及俄罗斯的几家企业拥有对位芳纶纤维的生产技术，以至于能否生产对位芳纶，在某一些程度上成为一个国家实力的象征之一。也正是由于它在航天航空及国防方面的独特作用，国外长期对我国进行技术封锁，制约了我国在相关领域的应用和开发。

  我国自“六五”期间开始攻关，4个“五年计划”都将对位芳纶列入了国家863计划项目，但都没有实现产业化，以至于对位芳纶纤维技术使许多科研单位和企业望而生畏。直至2011年3月，河北硅谷化工成功实现了千吨对位芳纶纤维的生产线投产，终于使我国变成全球上少数几个掌握对位芳纶纤维核心技术的国家。

  目前，河北硅谷化工在已经完全掌握芳纶1414纤维Kevlar129、Kevlar49纤维的生产技术并实现产业化生产的基础上，提高、稳定了芳纶1414纤维的产品质量。经国家纤维质量监督检验中心和国家纺织制品质量监督检验中心两家权威机构检测，其芳纶产品断裂强度为22.00厘牛分特（cN/dtex），断裂伸长率为4.2%，模量为780厘牛分特（cN/dtex），符合技术规定要求，产品性能与美国杜邦公司的K29和K49相当，达到国际领先水平，达到替代同类进口产品的技术要求。

  项目最终能成功实现产业化，关键点在于没有一味模仿国外技术，而是另辟蹊径，在核心技术领域实现了4项重大突破。

  河北硅谷化工是上海东华大学对位芳纶纤维科技部973计划项目科研基地。该项目自开始至实现产业化，前后历时7年。在余木火看来，项目最终能成功实现产业化，关键点在于没有一味模仿国外技术，而是另辟蹊径，在核心技术领域实现了4项重大突破：

  一是实现了树脂的高分子量。余木火介绍，长期以来，制约芳纶产业化的因素是树脂的分子量做得不够高。该项目通过系列基础研究，把聚合反应规律从基础上研究透彻，在设备上也有所突破，从而使分子量能够做得足够高。国际上以及杜邦生产线，而该项目的粘度能做到9.2，明显高于国际指标。

  二是在液晶纺丝环节实现了高取向。余木火介绍，此前杜邦在实验室做研究，试图把超高分子量的原料直接纺丝，但因粘度太大无法直接纺丝而最终放弃。但是，该项目通过大量的基础研究实验，在普通分子量PPTA树脂（粘度为6.5）的主要的组成原材料中加入少量的超高分子量树脂（粘度为9.2）的原料进行纺丝。

  通过这一创新，可在流动过程中通过超高分子量带动短的取向，同时使流体的强度提高，喷丝头拉伸比提高，漫流减小，最终使芳纶的纺丝性、稳定性都更高。而且更重要的是，使芳纶纺丝的工艺窗口变宽，更容易控制。据了解，目前世界上只有该种液晶纺丝方法的取向度能达到理论值的80%~90%。

  三是实现了纤维的高模量化。据介绍，通用级芳纶纤维的模量为490，而少量超高分子量树脂共混液晶纺丝的芳纶纤维的模量可达到770，这与杜邦高性能纤维780的模量已经很接近，高模量化就较容易实现。而此前，高模量芳纶的制备被认为技术难度极大。

  四是项目研发的高粘度纺丝流体快速溶解、连续脱泡、连续过滤芯技术和装备，既可提高高性能纤维的纺丝稳定性和质量，又可提高通用纤维的纺丝效率。

  在高性能纤维的纺丝过程中，如果溶液里含有气泡，有杂质，溶解不好，很容易影响纤维最终的力学性能，所以，如何在纺丝过程中保证流体的均匀、无气泡，形成高质量的纺丝溶液很关键。该项目在这方面取得了很大突破，研发了成套、连续的稳定技术和装备，成功解决了高粘度溶液的溶解、脱泡和过滤难题。

  “液晶纺丝的粘度是普通纺丝的5~10倍，这很艰难。如此大粘度的溶液如何溶解好、不‘包芯’，如何把气泡弃掉，把细小固体杂质过滤掉，是一个很大的难题。

  但我们最终取得了突破。”余木火说道。也正因有了这个突破，才最终保证了芳纶国产化的顺利推进。

  更大的意义在于，该技术和装备对于整个化纤行业都有重要贡献。余木火介绍，运用该工艺装备对碳纤维原丝、聚乙烯和通用纤维的纺丝都非常有意义。

  据介绍，该项目的装备和技术可成套应用到通用化纤产品生产中。在其他工艺条件不变情况下，运用该技术和装备可极大的提升整个纤维行业的生产效率。如溶液纺丝固体含量都希望尽可能高，这样生产效率能提高，但固体含量和溶液粘度提高，会使溶解、脱泡、过滤都有困难。此前，没有技术和装备能解决这一共性难题。余木火表示，下一步时机成熟时，希望能把该套装备在全行业进行推广。

  此外，项目最终能成功实现产业化还有一个重要的条件，那就是科研单位和生产企业之间真正形成了一种紧密、透明的合作。

  余木火建议，国家应从战略层面考虑，进行有关政策引导和扶持，集中力量建设万吨产能规模的企业，使我国的芳纶企业真正有能力与发达国家的企业去竞争、抗衡。

  但必须清醒地认识到，目前我国芳纶产业的规模尚难与美国、日本的规模抗衡，接下来，如何实现更大规模的产业化，更为关键。

  对此，河北硅谷化工有限公司董事长宋福如指出，如果要达到经济规模，须达到3000吨～5000吨的年产能。因此未来5年，硅谷化工计划投资5亿~10亿元，建立起年产3000吨~5000吨的芳纶1414生产线，并形成芳纶系列产业链。目前，5000吨芳纶项目已被国家科技部及973材料组提名列入国家战略性新兴产业20个重大工程之一。

  此外，硅谷化工的芳纶纸基技术也已完成小试、中试工作，中试产品指标达到并部分超越了杜邦的相关产品指标，目前正进行产业化实施。

  芳纶纸蜂窝夹层复合材料是运载火箭、大飞机、高速列车等国家重大工程迫切需求的战略材料。尤其是近几年，芳纶纸蜂窝大量应用于高速列车的地板、车厢壁板、天花板、车门等部件，是实现高速列车、地铁、有轨电车等车辆轻量化的关键材料。但目前，我国所用的蜂窝材料全部依赖进口。硅谷化工目前已拥有具有自主知识产权的全套对位芳纶纸基技术，打破了国外的技术封锁和产品垄断。

  也正因为芳纶技术对于国家具有如此重要的战略意义，对于该项目接下来的进一步产业化，余木火意味深长地表示：“对位芳纶的进一步产业化要充分吸取我国碳纤维行业低水平重复化建设的教训，避免走碳纤维的老路。国家应从战略层面考虑，进行有关政策引导和扶持，集中力量建设万吨产能规模的企业，从而使我国的芳纶企业真正有能力与发达国家的企业去竞争、抗衡。”（本报记者同黎娜）