芳綸1414國產(chǎn)化新局面

文/ 本刊記者 席寧

作為三大高性能纖維之一的對位芳綸（我國稱為芳綸1414），廣泛應(yīng)用于國防軍工、航空航天、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科技進(jìn)步。由于對位芳綸，特別是高模量芳綸生產(chǎn)技術(shù)難度大，我國進(jìn)行了長達(dá)40多年的攻關(guān)，仍未能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

然而這一現(xiàn)狀已得到扭轉(zhuǎn)。河北硅谷化工有限公司（以下簡稱“硅谷化工”）與東華大學(xué)在對位芳綸生產(chǎn)制備及研發(fā)等方面緊密合作，經(jīng)過4年一舉攻破了芳綸1414依賴進(jìn)口的局面。為此，“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(xiàng)目獲得了2014年度“紡織之光”中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

近日，本刊記者隨同中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技發(fā)展部副部長徐新榮、紡織之光科技教育基金會(huì)秘書長張翠竹、中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)展部副主任呂佳濱，走訪了位于中國太極之鄉(xiāng)邯鄲市廣府古城的硅谷化工。在走訪過程中，硅谷化工董事長宋福如及硅谷化工芳綸分廠廠長葉盛詳細(xì)介紹了該項(xiàng)目的臺(tái)前幕后。

堅(jiān)定中國制造信念

美國杜邦公司是芳綸開發(fā)的先驅(qū)者，其新產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)規(guī)模及市場占有率均屬世界一流。鑒于芳綸1414在軍事上的重要地位，國外對中國有著嚴(yán)密的技術(shù)封鎖。自2007年始，硅谷化工啟動(dòng)對位芳綸長絲及漿粕造紙技術(shù)的研究，公司在芳綸1414纖維研發(fā)上投入了大量的人力、物力，取得了令人矚目的成果，并獲得多個(gè)國家研究計(jì)劃的支持。2011年芳綸1414纖維被國家發(fā)改委列入國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)項(xiàng)目，成為國家973計(jì)劃芳綸項(xiàng)目的研究及產(chǎn)業(yè)化基地。

硅谷化工最初是做有機(jī)硅和有機(jī)氟產(chǎn)品的公司，宋福如于2006年了解到，國外在芳綸纖維和碳纖維兩大纖維上對中國有著嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，憑借一時(shí)的激情，他將公司之前積累的效益都拿來投入到了兩大纖維的研究上?！爱?dāng)時(shí)，很多專家都認(rèn)為我抱了兩個(gè)‘定時(shí)炸彈’，但我認(rèn)為硅谷化工就要選擇國家空白、國際先進(jìn)的產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)和研究。建廠之初，我就定下了‘中國創(chuàng)造，民族復(fù)興’的口號(hào)，研究初始，投了幾億元也沒有見效益，為企業(yè)帶來了巨大壓力，能夠堅(jiān)持到現(xiàn)在，完全憑借著愛國主義和民族自尊心?！彼胃Ｈ缯f道。

事實(shí)證明，宋福如的堅(jiān)持是值得的，如今硅谷化工的芳綸1414已經(jīng)有了K49和K129產(chǎn)品，占領(lǐng)國內(nèi)芳綸1414技術(shù)的制高點(diǎn)，中國也成為世界上第三個(gè)掌握高模量芳綸1414核心技術(shù)的國家。除了芳綸1414產(chǎn)品國產(chǎn)化以外，其成套設(shè)備也均由硅谷化工自行研發(fā)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了芳綸1414產(chǎn)業(yè)化裝備的國產(chǎn)化。

事實(shí)上，我國從“六五”就開始了芳綸的國產(chǎn)化攻關(guān)，經(jīng)過了幾十年的研究都沒能實(shí)現(xiàn)，如今硅谷化工打破了這種局面，美國杜邦公司曾多次派人來廠考察談合作，但是都被宋福如拒絕了。他說：“這項(xiàng)技術(shù)研究的初衷就是為了打破美國的技術(shù)封鎖，是來之不易的成果，如果跟杜邦公司合作，就要受到很多限制。這是我們的民族工業(yè)，產(chǎn)品也將應(yīng)用于我國軍事領(lǐng)域，要堅(jiān)定民族工業(yè)的信心?！?/p>

芳綸增強(qiáng)柔性間隔棒產(chǎn)品在國家電網(wǎng)廣泛應(yīng)用。

乘著創(chuàng)新起航

芳綸1414的研究過程中得到了東華大學(xué)的技術(shù)指導(dǎo)，在國家973項(xiàng)目支持下，項(xiàng)目系統(tǒng)研究芳綸纖維制備過程的關(guān)鍵科學(xué)問題，攻克了一系列關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備，并研發(fā)了成套生產(chǎn)裝備，實(shí)現(xiàn)了芳綸纖維、特別是高模量芳綸纖維的產(chǎn)業(yè)化。葉盛介紹了芳綸1414產(chǎn)業(yè)化的四個(gè)創(chuàng)新成果。

創(chuàng)新點(diǎn)一：超高分子量PPTA樹脂連續(xù)穩(wěn)定制備關(guān)鍵技術(shù)

高分子量樹脂合成是40年來芳綸國產(chǎn)化的主要“瓶頸”之一，是高模量芳綸制備的關(guān)鍵。聚合反應(yīng)活性高，反應(yīng)熱大，發(fā)生聚合誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變難控制。因PPTA無法溶解于普通溶劑進(jìn)行分子量分布測算，過去40年來，只能通過粘度表征分子量，無法具體指導(dǎo)分子鏈長度分布。硅谷化工通過PPTA烷基化將其溶解在THF中，用GPC測定分子量分布；系統(tǒng)研究了各種因素（溫度、濃度、當(dāng)量比、溶劑、助溶劑、酸吸收劑等）對分子鏈結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律；建立了雙螺桿連續(xù)聚合反應(yīng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，系統(tǒng)研究了各種因素對分子量及其分布的影響規(guī)律。

在分子聚合過程中，會(huì)有固體從溶液中析出，如果太早析出會(huì)導(dǎo)致分子量不夠高，過去文獻(xiàn)稱這種現(xiàn)象為溶解性不好，硅谷化工提出了聚合誘導(dǎo)相變反應(yīng)的新概念。用微流體模擬雙螺桿連續(xù)聚合，可直接觀察相轉(zhuǎn)變位置；利用多通道光柵直接測量反應(yīng)熱分布；系統(tǒng)研究了溫度、濃度、溶劑、添加劑、共聚、剪切等對相轉(zhuǎn)變和反應(yīng)熱分布的影響規(guī)律。

高純?nèi)軇┑闹苽渑c回收也是該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)之一，生產(chǎn)1噸樹脂就需要10噸的溶劑，所以溶劑的回收尤為重要，回收后還要達(dá)到能夠連續(xù)使用的要求，此項(xiàng)技術(shù)在40多年來一直困擾著芳綸1414的研究人員。目前硅谷化工能夠?qū)⑷軇┲械乃挚刂圃?0ppm以下，回收率達(dá)到97%以上。

創(chuàng)新點(diǎn)二：超高分子量PPTA樹脂液晶紡絲及高模量化關(guān)鍵技術(shù)

PPTA樹脂的溶解過程一般為先溶脹再溶解，這樣容易形成包芯且溶解時(shí)間長，導(dǎo)致PPTA容易降解。硅谷化工開發(fā)了新溶解技術(shù)，現(xiàn)將PPTA與低溫硫酸進(jìn)入雙螺桿混合成為懸浮液，快速升溫溶解，溶解速度快（為30min，溶脹法為4h），攻克了“降解”、“包芯”及超高分子量PPTA樹脂與普通分子量樹脂混合溶解的難題。

超高分子量PPTA的液晶流體的液晶性能好，但粘度高（是普通紡絲液難度的5倍以上），脫泡過濾困難。研發(fā)人員根據(jù)液晶流體粘度對剪切敏感的特點(diǎn)，開發(fā)了高剪切流動(dòng)過濾和脫泡新技術(shù)。另外，取向和缺陷控制是芳綸設(shè)備的關(guān)鍵，但成型過程結(jié)構(gòu)演變快（0.01s），研究困難，硅谷化工用同步輻射光源等方法系統(tǒng)研究了紡絲過程凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。

創(chuàng)新點(diǎn)三：PPTA連續(xù)聚合及其液晶紡絲和高模量芳綸生產(chǎn)成套裝備研發(fā)

PPTA連續(xù)聚合及其液晶紡絲和高模量芳綸生產(chǎn)過程中的成套裝備均為硅谷化工自行研發(fā)設(shè)計(jì)。其中的8套關(guān)鍵設(shè)備包括特殊螺紋結(jié)構(gòu)分布雙螺桿、剪切流動(dòng)過濾器、剪切流動(dòng)脫泡設(shè)備、高效溶解設(shè)備、液晶紡絲設(shè)備、高模量化處理設(shè)備等，成套設(shè)備包括3個(gè)車間、200多臺(tái)單元設(shè)備、6000多個(gè)控制點(diǎn)。公司率先研發(fā)成功年產(chǎn)1000噸超高分子量PPTA樹脂連續(xù)聚合生產(chǎn)線和1000噸高模量芳綸纖維生產(chǎn)線成套設(shè)備，為大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化奠定了研究基礎(chǔ)。

創(chuàng)新點(diǎn)四：高壓電網(wǎng)芳綸增強(qiáng)柔性間隔棒新產(chǎn)品開發(fā)

針對高壓電網(wǎng)導(dǎo)線在大風(fēng)中共振“舞動(dòng)”造成電網(wǎng)事故的世界難題，以及我國超高壓電網(wǎng)建設(shè)的迫切需求，在國際上率先提出用柔性間隔棒防止“舞動(dòng)”新方法，研制了專用的芳綸纖維，攻克了柔性間隔棒的設(shè)計(jì)制造和檢測等一系列關(guān)鍵技術(shù)，成功開發(fā)了芳綸纖維增強(qiáng)柔性間隔棒，建立年產(chǎn)5萬件生產(chǎn)線，產(chǎn)品應(yīng)用于多家電網(wǎng)，事故率大大下降，目前正在進(jìn)行大規(guī)模推廣應(yīng)用。

趕超步伐不停歇

硅谷化工在國際上率先實(shí)現(xiàn)了超高分子量PPTA樹脂產(chǎn)業(yè)化，成功研發(fā)了柔性間隔棒新產(chǎn)品，在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)高模量芳綸纖維的產(chǎn)業(yè)化，及芳綸生產(chǎn)裝備的國產(chǎn)化。芳綸1414以國產(chǎn)單體為原料，建立了年產(chǎn)1000噸連續(xù)聚合生產(chǎn)線，生產(chǎn)和質(zhì)量穩(wěn)定，比濃對數(shù)黏度達(dá)到9.2dL/g（國內(nèi)外一般水平6.5dL/g），產(chǎn)品強(qiáng)度為21.6cN/dtex，模量為794cN/dtex，性能達(dá)到杜邦公司Kevlar49(簡寫K49)水平。

在芳綸1414纖維科技成果鑒定會(huì)上，孫晉良、蔣士成、俞建勇院士都對該成果給予很高評價(jià)：“芳綸增強(qiáng)柔性間隔棒產(chǎn)品屬國內(nèi)外首創(chuàng)，綜合技術(shù)性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為輸出電線路防舞動(dòng)提供了可供選擇的新產(chǎn)品?！蹦壳?，芳綸增強(qiáng)柔性間隔棒已在華北、山西等5家電網(wǎng)使用，提高了電網(wǎng)安全性，避免了巨額經(jīng)濟(jì)損失。

與國外同類產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)的比較

進(jìn)一步滿足國內(nèi)需求

葉盛說：“我們的高模量芳綸主要添加超高分子量樹脂，與K29同一生產(chǎn)線，客戶更愿意使用高模量芳綸，經(jīng)過一批企業(yè)應(yīng)用，反映良好。其中，500多家試用，120家銷售，主要為間隔棒、漿粕、光纖增強(qiáng)等，出口德國、意大利和印尼等國家?！蹦壳埃韫然さ母吣Ａ糠季]纖維正在作為大飛機(jī)蜂窩結(jié)構(gòu)、航母、艦艇、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈發(fā)射裝備、防彈裝甲、航空輪胎、防彈頭盔等材料國產(chǎn)化進(jìn)行應(yīng)用或評價(jià)。

另外，記者在同葉盛的談話中得知，項(xiàng)目運(yùn)行以來，產(chǎn)值達(dá)1.7億元，實(shí)現(xiàn)利潤3000萬元，稅收2000萬元。項(xiàng)目運(yùn)行后，杜邦公司在中國市場采取降價(jià)打壓政策，從36萬元/噸降至16萬元/噸，雖然暫時(shí)影響本公司項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，卻為國家節(jié)省數(shù)億美元外匯。

硅谷化工積極開拓對位芳綸纖維的應(yīng)用領(lǐng)域，配合火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、裝甲、防彈、戰(zhàn)斗機(jī)、大型客機(jī)、商用發(fā)動(dòng)機(jī)、航母、潛艇、汽車、高鐵、光纖、輪胎等研制生產(chǎn)單位開展國產(chǎn)高模量芳綸纖維的應(yīng)用試驗(yàn)評價(jià)，盡快滿足國家各領(lǐng)域?qū)a(chǎn)對位高模量芳綸纖維的迫切需求。

談及硅谷化工的發(fā)展規(guī)劃，宋福如表示，目前芳綸1414的生產(chǎn)能力尚未達(dá)到我國芳綸需求量的1/10，作為一個(gè)民營企業(yè)家承擔(dān)國家級(jí)高科技項(xiàng)目，付出了巨大的代價(jià)，也承受了巨大的資金壓力?，F(xiàn)已成功實(shí)現(xiàn)了芳綸階段性成果和連續(xù)化生產(chǎn)，硅谷化工將在近5年的時(shí)間內(nèi)，投資至少5億～8億元建立起年產(chǎn)3000～5000噸的芳綸1414生產(chǎn)線，并形成芳綸系列產(chǎn)業(yè)鏈。力爭將硅谷芳綸產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到世界一流，將硅谷化工打造成中國高性能纖維的研發(fā)基地和生產(chǎn)基地。