我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)化研發(fā)現(xiàn)狀

碳纖維

簡介

碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強(qiáng)度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導(dǎo)電，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料，具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、抗蠕變、導(dǎo)熱等特性，是航天航空、建筑、體育、復(fù)合材料等不可缺少的高性能高技術(shù)纖維。目前，碳纖維主要是制成碳纖維增強(qiáng)塑料這種復(fù)合材料來應(yīng)用。用碳纖維與塑料制成的復(fù)合材料所做的飛機(jī)不但輕巧，而且消耗動(dòng)力少，推力大，噪音?。挥锰祭w維制電子計(jì)算機(jī)的磁盤，能提高計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存量和運(yùn)算速度；用碳纖維增強(qiáng)塑料來制造衛(wèi)星和火箭等宇宙飛行器，機(jī)械強(qiáng)度高，質(zhì)量小，可節(jié)約大量的燃料。1999年發(fā)生在南聯(lián)盟科索沃的戰(zhàn)爭中，北約使用石墨炸彈破壞了南聯(lián)盟大部分電力供應(yīng)，其原理就是產(chǎn)生了覆蓋大范圍地區(qū)的碳纖維云，這些導(dǎo)電性纖維使供電系統(tǒng)短路。目前，人們還不能直接用碳或石墨來抽成碳纖維，只能采用一些含碳的有機(jī)纖維(如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等)做原料，將有機(jī)纖維跟塑料樹脂結(jié)合在一起，放在稀有氣體的氣氛中，在一定壓強(qiáng)下強(qiáng)熱炭化而成。目前世界上生產(chǎn)銷售的碳纖維絕大部分都是用聚丙烯腈纖維的固相碳化制得的。碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料除可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料外，還可用作人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。一般來說碳纖維定義為由聚丙烯腈纖維、瀝青纖維或粘膠維等經(jīng)氧化、炭化等過程制得的含碳量為90％以上的纖維。

在紡織工業(yè)中，碳纖維的重點(diǎn)研發(fā)方向包括：各類高質(zhì)量原絲生產(chǎn)技術(shù)：以聚丙烯腈基(PAN)為重點(diǎn)(亞砜法為主)，結(jié)合市場適度研發(fā)粘膠基、瀝青基原絲技術(shù)；預(yù)氧化絲生產(chǎn)控制技術(shù)；民用碳纖維(T-300、T-500為主)大絲束及小絲束產(chǎn)業(yè)化研發(fā)技術(shù)；高性能碳纖維攻關(guān)研發(fā)技術(shù)(T-700、T-1200)；高性能特種預(yù)浸布及復(fù)合材料生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)研發(fā)。

研發(fā)現(xiàn)狀：

正在進(jìn)行研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)包括：山西恒天、江蘇連云港、揚(yáng)州、山東威海等原絲及碳纖產(chǎn)業(yè)化工程項(xiàng)目。此外，中科院、北京化工大學(xué)、東華大學(xué)、吉研公司、上海合纖所等也在進(jìn)行高性能纖維的研發(fā)攻關(guān)項(xiàng)目。目前為加強(qiáng)碳纖維預(yù)氧化絲、預(yù)浸布、復(fù)合材料與制品生產(chǎn)研發(fā)和市場開拓工作，特別重視在飛機(jī)航天、風(fēng)力發(fā)電、海洋平臺(tái)、建筑建材等工業(yè)新興領(lǐng)域的應(yīng)用，同時(shí)還要加強(qiáng)碳纖維產(chǎn)品鏈標(biāo)準(zhǔn)化工作。

芳綸

簡介

高強(qiáng)高模芳綸1414是廣泛應(yīng)用于避彈衣盔、防刺服、飛機(jī)輪胎、光纜等領(lǐng)域的高性能纖維材料，急需加快發(fā)展，是目前產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)的重點(diǎn)項(xiàng)目。重點(diǎn)研發(fā)方向包括：高強(qiáng)高模芳綸1414產(chǎn)業(yè)鏈配套攻關(guān)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)：高粘度樹脂聚合技術(shù)、芳綸Ⅱ樹脂溶致液晶、原液的工業(yè)化配置及干噴濕紡關(guān)鍵技術(shù)、高水平溶劑回收技術(shù)、應(yīng)用開拓技術(shù)。

耐高溫芳綸1313廣泛應(yīng)用于耐高溫服、高溫濾材、高性能電子隔膜、合成紙等領(lǐng)域。目前用于過濾材料為主體的芳綸1313已在煙臺(tái)、新會(huì)建成5000噸／年產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力，但用于紡織及合成紙等高端領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)研發(fā)與市場應(yīng)用開拓產(chǎn)業(yè)化技術(shù)尚需進(jìn)一步攻關(guān)研發(fā)。

芳香族聚砜酰胺纖維(簡稱芳砜綸或P5A)是中國自行研制開發(fā)，并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有機(jī)耐高溫纖維，是一種新型的高性能纖維材料，芳砜綸的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)世界先進(jìn)水平，具有高抗溫耐熱性、高阻燃性、高電絕緣性、良好的高溫尺寸穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的特性，是先進(jìn)防護(hù)制品、高溫?zé)煔膺^濾制品、高檔機(jī)電產(chǎn)品、軍工產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)原料，可廣泛應(yīng)用于軍事、石化、金屬冶金等行業(yè)，以及高溫過濾材料、電絕緣、交通、體育、機(jī)械和化工等眾多領(lǐng)域。

PBO纖維的綜合性能比芳綸1313、芳綸1414更為優(yōu)異，是國外高技術(shù)最新成果，急需加快發(fā)展。超高強(qiáng)、高模耐高溫的PBO纖維攻關(guān)研發(fā)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)正在開展。

研發(fā)現(xiàn)狀

高強(qiáng)高模芳綸1414目前進(jìn)行的項(xiàng)目包括：四川晨光千噸級(jí)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)工程項(xiàng)目、國債項(xiàng)目；新會(huì)彩艷、上海、神馬、江蘇、煙臺(tái)等產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目；上海合纖所、東華大學(xué)芳綸1414項(xiàng)目包括與儀化等企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)工作；多品種、多領(lǐng)域應(yīng)用合作與聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目。

耐高溫芳綸1313進(jìn)行的項(xiàng)目包括：在目前基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行紡織及合成紙等新型產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目；進(jìn)一步優(yōu)化工藝方案、提高水平、穩(wěn)定生產(chǎn)、擴(kuò)大應(yīng)用、加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化研究及名牌建設(shè)。

芳砜綸項(xiàng)目目前正在上海進(jìn)行二期特種耐高溫芳砜綸短纖及沉析纖維項(xiàng)目。

該項(xiàng)目是依據(jù)耐高溫的分子機(jī)構(gòu)原理，以對(duì)苯二甲酰氯、4’，4’一二氨基二苯砜及3’，3’-二 氨基二苯砜為原料，創(chuàng)造性地在大分子結(jié)構(gòu)中引入對(duì)苯環(huán)和砜基結(jié)構(gòu)，使其在抗熱氧老化的性能超過了國際上最具代表性的同類有機(jī)耐高溫纖維產(chǎn)品——聚間苯二甲酰苯二胺纖維材料，獲得了核心發(fā)明專利。上海紡織(集團(tuán))公司已應(yīng)用此技術(shù)建設(shè)20001屯的芳砜綸短纖維生產(chǎn)線，項(xiàng)目一期工程1000噸／年已于2007年12月建成投產(chǎn)，預(yù)計(jì)產(chǎn)值可達(dá)1.2億。

PBO纖維項(xiàng)目已列入國家“863”專項(xiàng)的實(shí)施進(jìn)程；東華大學(xué)等正在積極攻關(guān)PBO專題研發(fā)；國內(nèi)外企事業(yè)單位交流合作及應(yīng)用開發(fā)技術(shù)正在展開。

聚苯硫醚(PPS)

簡介

聚苯硫醚(PPS)纖維又名聚對(duì)苯硫醚纖維、聚苯撐硫醚纖維。是既難燃耐高溫、有耐強(qiáng)腐蝕的高性能高技術(shù)新型特種纖維材料。其由荷蘭首次研制成功，商品名賴通(Ryton)，直至1983年才批量投入生產(chǎn)。其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為硫原子和對(duì)位被取代的苯環(huán)交替排列組成，是阻燃性纖維品種之一。聚苯硫醚纖維是以硫化鈉和二氯苯為單體，在N－甲基吡咯烷酮或含堿金屬羧酸鹽(如醋酸鈉等)的有機(jī)性溶劑中縮聚而得的。聚苯硫醚纖維具有優(yōu)良的紡織加工性能，目前可紡制成線密度為38.89～44.44teX的單絲。它在極其惡劣的條件下仍能保持其原有的性能，具有突出的化學(xué)穩(wěn)定性，僅次于聚四氟乙烯纖維。在高溫下，放置在不同的無機(jī)試劑中一周后能保持原有的抗拉強(qiáng)度。只有強(qiáng)氧化劑(如濃硝酸、濃硫酸和鉻酸)才能使纖維發(fā)生劇烈的降解。它同時(shí)具有出色的耐高溫性。由于聚苯硫醚纖維加工成的制品很難燃燒，把它置于火焰中時(shí)雖會(huì)發(fā)生燃燒，但一旦移去火焰，燃燒會(huì)立即停止，燃燒時(shí)呈黃橙色火焰，并生成微量的黑煙灰，燃燒物不脫落，形成殘留焦炭，表現(xiàn)出較低的延燃性和煙密度。聚苯硫醚纖維的主要用途是做工業(yè)上燃煤鍋爐袋濾室的過濾織物。聚苯硫醚纖維織物可長期地暴露在酸性環(huán)境之中，可在高溫環(huán)境中使用，是能耐磨損的少數(shù)幾種纖維之一，過濾效率較高，用于工業(yè)燃煤鍋爐織物的聚苯硫醚過濾織物，在濕態(tài)酸性環(huán)境中，在接觸溫度為232氣和溫度190℃以下，其使用壽命可達(dá)3年左右。用該纖維制成針刺氈帶用于造紙工業(yè)的烘干上，是較為理想的耐熱和耐腐蝕材料。同時(shí)也可用于制作電子工業(yè)的特種用紙。這種纖維的針刺非織造布或機(jī)織物可用于熱的腐蝕性試劑的過濾，其單絲或復(fù)絲織物還可用作除霧材料。另外，還可用作干燥機(jī)用帆布、縫紉線、各種防護(hù)布、耐熱衣料、電絕緣材料、電解隔膜、摩擦片(剎車用)、復(fù)合材料，也可與碳纖維交織來增強(qiáng)PPs樹脂，可保持其單向強(qiáng)度。聚苯硫醚廣泛用于航空航天、軍工、汽車、計(jì)算機(jī)、電子電器、家電、電力、機(jī)械、化工、輕工等各領(lǐng)域。

在國外，聚苯硫醚產(chǎn)業(yè)已經(jīng)過30多年的快速發(fā)展，至今因受高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的拉動(dòng)，其市場仍呈現(xiàn)較快增長的態(tài)勢；相關(guān)技術(shù)已臻成熟，正向縱深發(fā)展。我國的聚苯硫醚產(chǎn)業(yè)歷盡艱辛曲折，終于在世紀(jì)之初呱呱墜地，并顯示出質(zhì)優(yōu)價(jià)廉和地利等方面的優(yōu)勢；目前我國聚苯硫醚的市場發(fā)展正處于高速增長期，聚苯硫醚產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)黃金時(shí)期。其重點(diǎn)研發(fā)方向包括：纖維級(jí)優(yōu)質(zhì)聚苯硫醚切片產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及質(zhì)量控制技術(shù)；聚苯硫醚纖維生產(chǎn)研發(fā)、質(zhì)量控制等成套生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)；聚苯硫醚在袋式除塵等后加工技術(shù)研究；聚苯硫醚纖維多品種、多領(lǐng)域市場應(yīng)用開發(fā)技術(shù)。

研發(fā)現(xiàn)狀

目前四川華通與紡科院協(xié)作正在進(jìn)行的年產(chǎn)3000噸纖維級(jí)樹脂及纖維的產(chǎn)業(yè)化工程項(xiàng)目實(shí)施，四川華拓、四川大學(xué)、四川紡研所等聯(lián)合正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)項(xiàng)目。正在進(jìn)行的研究包括：加強(qiáng)PPS纖維級(jí)帶式除塵制品在電廠除塵新技術(shù)的一條龍應(yīng)用研發(fā)，支持建立1000噸／年P(guān)PS短纖生產(chǎn)線；以點(diǎn)帶面、開拓PPS多領(lǐng)域應(yīng)用；聚苯硫醚產(chǎn)品鏈標(biāo)準(zhǔn)化工作研究。

玄武巖纖維及其復(fù)合材料

簡介

連續(xù)玄武巖纖維(CBF)是以火山巖為原料，高溫熔融紡絲而成，被譽(yù)為21世紀(jì)純天然高技術(shù)纖維，具有耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度高、模量較高、不燃燒、耐輻射、性能優(yōu)異且價(jià)格低廉(僅相當(dāng)于碳纖維的1/10)，廣泛應(yīng)用于土工建筑材料、耐高溫隔熱保溫材料、復(fù)合增強(qiáng)纖維材料、高性能摩擦和過濾材料等領(lǐng)域。國外連續(xù)玄武巖纖維(CBF)研發(fā)經(jīng)歷了幾十年的艱辛創(chuàng)業(yè)，近十年才真正取得玄武巖纖維技術(shù)的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。迄今為止，全世界能生產(chǎn)這種纖維材料的僅有烏克蘭、俄羅斯、美國、加拿大、中國等少數(shù)幾個(gè)國家約數(shù)十家企業(yè)。2005年全球規(guī)模較大的，現(xiàn)年產(chǎn)300～1500T級(jí)連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)線在烏克蘭有4家、俄羅斯4家、美國Z家、格魯吉亞、加拿大及德國各1家。其中在烏克蘭基輔的烏日(FOYOTA)合資企業(yè)2005年約年產(chǎn)6300TCBF，產(chǎn)品全部返銷日本，并在離烏克蘭基輔350公里地方籌建萬噸級(jí)連續(xù)玄武巖纖維新工廠。俄羅斯也在美國俄亥俄州建立了SUDAGLASS玄武巖纖維工廠并于2006年正式投產(chǎn)。我國預(yù)計(jì)2010年生產(chǎn)玄武巖連續(xù)纖維1萬噸，2020年為7～10萬噸。目前亟待加快產(chǎn)業(yè)化研發(fā)的內(nèi)容包括：高性能CBF纖維產(chǎn)業(yè)鏈配套攻關(guān)研發(fā)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)；系列品種多領(lǐng)域制品應(yīng)用研發(fā)技術(shù)；纖維用各類各地區(qū)火山巖(玄武巖等)原料成分優(yōu)選技術(shù)研究；產(chǎn)品鏈標(biāo)準(zhǔn)化工作研發(fā)。

研發(fā)現(xiàn)狀

上海俄金玄武巖纖維有限公司在浙江橫店建設(shè)了2000噸／年產(chǎn)業(yè)化大生產(chǎn)項(xiàng)目，并將滾動(dòng)生產(chǎn)，形成基地。目前上海、江蘇、東南大學(xué)等產(chǎn)學(xué)研建立生產(chǎn)及應(yīng)用研發(fā)中心，面對(duì)國內(nèi)外兩個(gè)市場需求，不斷完善有中國特色的CBF自主創(chuàng)新體系。玄武巖項(xiàng)目同時(shí)也進(jìn)入了國家“863”支持項(xiàng)目，將采用各種技術(shù)手段加強(qiáng)各地、各類原料成分優(yōu)選和調(diào)研，揚(yáng)長避短加強(qiáng)復(fù)合材料等多領(lǐng)域應(yīng)用研究和產(chǎn)品鏈標(biāo)準(zhǔn)化工作。

超高強(qiáng)高模聚乙烯纖維(UHMWPE)

簡介

超高強(qiáng)高模聚乙烯纖維(UHMWPE)是我國自主研發(fā)最為成功的高技術(shù)纖維，強(qiáng)度高、比重輕，具有超高強(qiáng)度，強(qiáng)度是優(yōu)質(zhì)鋼材的10倍；卓越的耐磨性能；高模量：僅次于最好的碳纖維；密度低，密度小于水，可以在水面漂??；極強(qiáng)的生化惰性、耐腐蝕性能，可以耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，不與大部分生化試劑發(fā)生反應(yīng)：抗紫外線；經(jīng)久耐用，在鹽水中不會(huì)溶解衰變。王作溫度-150℃到110℃之間，熔點(diǎn)在144℃及152℃之間。超高強(qiáng)高模聚乙烯纖維研發(fā)重點(diǎn)包括：推進(jìn)以十氫萘為溶劑的干法生產(chǎn)等新一代高強(qiáng)高模聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)化研發(fā)；加強(qiáng)濕法改性新技術(shù)研發(fā)，進(jìn)一步提高質(zhì)量，解決好蠕變性能；進(jìn)一步提高在避彈衣盔、防護(hù)領(lǐng)域及海上繩纜等技術(shù)性能的提升及多月途制品應(yīng)用開發(fā)；提升超高強(qiáng)高模纖維的檢測技術(shù)；產(chǎn)品鏈標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)。

研發(fā)現(xiàn)狀

我國自主開發(fā)的最為成功的高技術(shù)纖維產(chǎn)業(yè)化的項(xiàng)目，目前產(chǎn)能已達(dá)3000噸以上，可以生產(chǎn)各類防彈衣、盔，已遠(yuǎn)銷20多個(gè)國家和地區(qū)，當(dāng)前要推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化水平的提升。儀化、紡科院研發(fā)成功的新一代千法生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目得到重點(diǎn)支持。

在避免低水平追風(fēng)過快發(fā)展同時(shí)，將進(jìn)一步加強(qiáng)濕法改性新技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)學(xué)研合作，提高單線規(guī)模效能和性能質(zhì)量水平，以適應(yīng)高端市場需求。此外，系列化應(yīng)用領(lǐng)域的一體化研發(fā)，國際合作和標(biāo)準(zhǔn)工作，十氫萘等新型溶劑、助劑、苯取劑等產(chǎn)業(yè)化研發(fā)在進(jìn)行當(dāng)中。