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深度丨世界唯一聚丙烯腈長絲是如何煉成的
來源: | 作者:pmtc74b51 | 發布時間: 290天前 | 325 次瀏覽 | 分享到:

     聚丙烯腈長絲具有耐老化、防腐蝕、易功能化等特性,是高端仿真面料、戰略武器與航空航天等高端軍事裝備屏蔽網的關鍵基礎材料,是纖維領域高端制備的標志性品種。曾經,這一技術只為三菱麗陽等幾家日本企業所掌握,而如今,常熟市翔鷹特纖有限公司(以下簡稱“翔鷹特纖”)經過13年的自主研發,于2016年研發了聚丙烯腈長絲全自動生產線,實現了工業化生產,并成為目前世界上唯一生產聚丙烯腈長絲的企業。


同年,由翔鷹特纖牽頭,東華大學、中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司共同參與的“聚丙烯腈長絲及導電纖維產業化關鍵技術”通過了中國紡織工業聯合會的科學技術成果鑒定,并于2017年榮獲“紡織之光”中國紡織工業聯合會科學技術獎一等獎。

                                                                 圖丨座談會現場

7月9日,記者跟隨紡織之光科技教育基金會考察調研組來到翔鷹特纖,實地了解這一項目的研發歷程及應用情況。恰逢周一早晨,記者一行抵達時,翔鷹特纖董事長陶文祥身穿聚丙烯腈長絲制作的T恤,正在公司門口與員工們一起整理草坪。


                                                                

                                                                                                                 01

                                                                         十 年 一 劍

對于陶文祥來說,2017年有兩件最值得紀念的事情,第一件就是“聚丙烯腈長絲及導電纖維產業化關鍵技術”獲獎,第二件則是在高爾夫球場HOLE-IN-ONE(一桿進洞),對于高爾夫專業選手來說這都是可遇不可求的。如果說一桿進洞憑借的是20%的技術+80%的運氣,那么,聚丙烯腈長絲項目的成功依靠的卻是陶文祥10余年來100%的投入與執著。


聚丙烯腈長絲是纖維多元化發展的需求。據介紹,2017年我國滌綸長絲產能為2500萬噸,尼龍長絲為300萬噸,丙綸長絲2萬噸,而腈綸長絲產能偏低,尚處于發展初期。尤其是耐久性導電纖維是特種材料的緊缺品種,錦綸(尼龍)基、滌綸基、丙綸基等有機復合導電纖維具有顏色單一、柔韌性差,金屬負載量有限,以后整理涂覆法為主,耐洗滌性、持久性差等問題,急需開發高柔性、可編織、耐久性導電纖維產品。

                   
                                                          圖丨翔鷹特纖董事長陶文祥

在翔鷹特纖開始研發丙烯腈長絲之前,只有三菱麗陽幾家日本企業具有小規模生產能力,但對中國實行技術封鎖,市場上聚丙烯腈長絲處于“一絲難求”的局面,聚丙烯腈導電纖維更是完全空白,因此,聚丙烯腈長絲及其導電纖維的研發迫在眉睫。


陶文祥回憶道,當時他經營的是一家貿易公司,發現這一市場需求之后,他開始做細致的市場調查,然后“一拍腦袋”就作了決定。


2003年,翔鷹特纖與大慶石化簽訂了聯合開發腈綸長絲的合作協議,之后就開始了聚丙烯腈長絲生產工藝與設備的自主研發,研發團隊由陶文祥一手建立并親自負責,從設備到工藝路線的設置、優化,他始終奮斗在一線。


當然,自主研發的路上不可避免的會困難重重。據該項目的第二完成人、東華大學博士陳燁介紹,當時聚丙烯腈長絲國產化面臨原料、工藝、設備三大瓶頸。在原料方面,原液均質化(分子量分布窄)、純度要求高。工藝方面,均勻性穩定性要求高,每批、每位、每束、每根均勻;纖維強度、產品比表面控制要求特殊。設備方面,沒有現成的紡絲及加彈設備,必須自主研制。



圖丨紡織之光科技教育基金會秘書長張翠竹(中)在翔鷹特纖董事長陶文祥(右)、東華大學博士陳燁(左)陪同下參觀產品展廳

正是因為聚丙烯腈長絲制造工藝和要求比其他合成纖維長絲存在的技術難度要高很多,所以就連三菱麗陽都沒有實現大規模生產。經過無數次失敗,翔鷹特纖攻克了多個技術難關,更新了5條生產線,于2010年研制出階梯式模塊化聚丙烯腈長絲裝置,并于2016年研發了聚丙烯腈長絲全自動生產線,實現了工業化生產。翔鷹特纖持之以恒的科研攻關,最終使得三菱麗陽完全退出了這一領域,翔鷹特纖成為世界上唯一一家生產聚丙烯腈長絲的企業。


2017年,該項目參加“紡織之光”中國紡織工業聯合會科學技術獎答辯時的場景還歷歷在目。項目組成員還記得,當天陳燁在答辯結束后襯衫后背全濕了。而當時專家組對該項目的評價是:“這是一匹黑馬?!?/span>


最終,“聚丙烯腈長絲及導電纖維產業化關鍵技術”榮獲了一等獎。陶文祥說,當時大家的想法是“保三爭二”,沒想到卻得到了一等獎。更像是一匹千里馬,歷經多年終于證明了自己的價值。



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                                                                      四 大 創 新


陶文祥身上有一種異于常人的堅韌與樂觀,即使是再艱難的關頭他也沒有想過放棄??瞻最I域的技術創新難點在于毫無參考經驗,以及不知道何時能夠實現技術突破。設備上馬了卻不適用,小試階段取得成功卻提不上產量??十年來,各種難題一道道擺在了陶文祥面前,翔鷹特纖的研發團隊換了幾波,累計投入近一億元。然而,陶文祥堅持了下來?!白鲑Q易很輕松,但做成一件事情更有意義?!?陶文祥說道。


在翔鷹特纖辦公室大樓內,有一面墻上貼著聚丙烯腈長絲研發歷程中的關鍵節點。第一張拍攝于2006年,當時處于長絲設備設計及工藝摸索階段。然而由于使用的是腈綸短纖的工藝路線,無法實現長絲的連續制備,產量也很低。2007年,陶文祥開始重新考慮研發方向,轉向小型化、模塊化發展。


2008年,再一次試紡,12錠試驗紡絲機投入生產;2010年,實現模塊化小試;2013年,階段式模塊化腈綸長絲生產系統建立;2016年自動化生產線實現穩定生產。陶文祥的堅持終于迎來了曙光。

圖丨翔鷹特纖生產車間


就是在2011年,翔鷹特纖開始了與東華大學的產學研合作。二者的合作可謂相得益彰,東華大學的基礎研究為陶文祥的實干提供了支持?!皷|華大學在技術上解決了三元共聚原液均質化、紡絲成形穩定連續化、高效加彈加捻一體化以及銅系復合長絲工業化等難題。從而實現了專用原料、長絲、加捻加彈長絲、導電長絲的制備,并實現規?;c柔性化生產?!?陳燁說道。


2016年,中國紡織工業聯合會的科學技術成果鑒定組對“聚丙烯腈長絲及導電纖維產業化關鍵技術”項目的評價是:該項目填補了國內聚丙烯腈長絲及其導電長絲制造的空白,總體技術達到國際領先水平;該項目已獲授權發明專利7項、實用新型專利2項、自主商標3項、主導制定行業標準1項,具有完整的自主知識產權。

                                                                    圖丨聚丙烯腈長絲產品

據陳燁介紹,“聚丙烯腈長絲及導電纖維產業化關鍵技術”項目的主要創新點體現在四個方面。


一是長絲級聚丙烯腈原液高效穩定制備技術。結合程序升溫控制自由基濃度等技術,調控了丙烯腈、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸磺酸鈉三元共聚序列結構,制備了均勻穩定的高品質原液。


二是高品質聚丙烯腈長絲連續制備工程技術。發明了聚丙烯腈長絲旋轉紡絲、蒸汽浴牽伸、熱管致密化及高溫塑性變形等關鍵技術,自主研制了階梯式模塊化聚丙烯腈長絲紡絲成套裝置,制備了表面樹皮狀的聚丙烯腈長絲,攻克了原絲穩定性均勻性控制難題。


三是高效聚丙烯腈長絲加彈加捻技術。研究了聚丙烯腈長絲變形機理,開發了水、熱協同的管式增塑與轉子式高效加彈加捻一體化技術,構建了工藝與裝備體系;發明了專用張力平衡儀,減少加彈過程中的張力波動,確保絲條的強度、伸度及其均勻性。


四是銅系聚丙烯腈導電纖維制備關鍵技術。開發了一步法浸漬、原位還原的銅系表面絡合與銅鎳合金化技術,生產了耐久性導電聚丙烯腈長絲。


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                                                                       一 生 榮 耀


翔鷹特纖已經實現了兩條各120錠的聚丙烯腈長絲自動生產線,年產量300噸。在紡絲技術方面,之前三菱麗陽采用DMAc濕法紡絲法制備聚丙烯腈長絲,長絲150D/60F;而“聚丙烯腈長絲及導電纖維產業化關鍵技術”采用硫氰酸鈉濕法紡絲技術,總牽伸倍數超過13倍,長絲纖度可達1-6旦,50F-200F,每筒長度為10萬米,可根據客戶需求制備不同規格長絲,如75D/28F、75D/40F、75D/75F、120D/120F、150D/80F、150D/160F等。


在銅系絡合技術方面,聚酯導電纖維體積電阻率為104-102 Ω.cm,持久性一般,顏色單一;“聚丙烯腈長絲及導電纖維產業化關鍵技術”的體積電阻率可達到10-2Ω.cm,穩定性、持久性好,室外放置1年電阻無明顯變化,并且通過添加陽離子染料可制得多種顏色,一浴法操作,生產效率高,抗菌效果好,抑菌率達99%。


在翔鷹特纖的產品展廳,記者看到了聚丙烯腈長絲以及由其制成的面料、各式時裝等。陳燁告訴記者,聚丙烯腈長絲不但具有聚丙烯腈短纖色彩鮮艷、親水抗靜電等所有優點,同時比短纖更加柔順,保型性及懸垂感好,因此產品附加值高,可應用于戶外及高端紡織品領域。


 圖丨翔鷹特纖生產車間


據陶文祥介紹,2017年翔鷹特纖最暢銷的產品為腈綸長絲silkfeel系列,即加彈加捻風格產品。2018年在原有產品系列的基礎上,翔鷹特纖深挖產品附加值,賦予產品新生命力,推出了聚丙烯腈無機高分子復合涂層導電長絲產品。該產品利用聚丙烯腈長絲樹皮狀表面形態,結合無機高分子復合涂層,導電性能不脫落,不衰減,具有永久的導電性。


“聚丙烯腈長絲及導電纖維產業化關鍵技術”項目經濟效益與社會效益明顯。該項目已實現產品銷售總量465噸,銷售收入1.2億元,利稅4668萬元;5家主要客戶的近3年來使用該產品新增利稅1億元。


項目的社會效益則體現在四個方面:實現了聚丙烯腈長絲工業化生產,翔鷹特纖成為目前世界上唯一生產聚丙烯腈長絲的企業,填補了國內聚丙烯腈長絲生產的空白;聚丙烯腈長絲具有手感柔滑、色澤鮮艷、耐老化、防腐蝕、易功能化等特性,拓展了高端仿真面料的品種,擴大了出口,提升了國際形象;制備了耐久性、耐用性、可加工性好的導電長絲,提升與拓展了高性能導電纖維的水平,填補了國內聚丙烯腈導電長絲的空白;作為高端軍事裝備屏蔽網,支撐了戰略武器與航空航天的關鍵基礎材料的發展。


 圖丨紡織之光科技教育基金會考察調研組與項目代表合影

2017年12月,藉由去北京參加“紡織之光”中國紡織工業聯合會科學教育獎大會的契機,翔鷹特纖組織了一次團隊游,員工們在長城上留下了“翔鷹展翅 遨游長城”的紀念合影。正如陶文祥所言,翔鷹特纖就像自己的身份證一樣,多年來承載了他的夢想、信念,以及所有成就了今天的他的所有過往。


多年來,陶文祥經歷了太多的瓶頸,也曾面臨是否繼續做下去的疑惑?!暗?,如果艱難的時候放棄了,可能會成為一生的遺憾;如果咬緊牙關堅持下來了,就會成為一生的榮耀?!碧瘴南檎f道。


          
      
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