讓高性能纖維領(lǐng)跑全球

郝杰

當記者走進江蘇奧神新材料股份有限公司的生產(chǎn)車間時，董事長王士華特意叮囑不要拍照，因為這里生產(chǎn)的纖維材料屬于國際尖端。寬大敞亮的車間里，長長的設(shè)備，看似不起眼，但設(shè)備終端“吐出”的金黃色纖維可是航天級材料，這種材料叫聚酰亞胺，這條生產(chǎn)線是世界上第一條干法紡聚酰亞胺纖維生產(chǎn)線?！皬木酆系郊徑z，再到后整理，所有的工藝、設(shè)備全部是我們自行設(shè)計安裝，擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)?！蓖跏咳A說這番話的時候透著自豪的神情。也很湊巧，就在同一天，奧神公司與武警森林部隊簽訂了為后者提供5000套防火防護服的合同，這種防護服全部采用聚酰亞胺原料，這也標志著聚酰亞胺后道產(chǎn)品的開發(fā)也取得了新突破。

金字塔尖上的纖維

聚酰亞胺纖維不僅具有很高的強度和模量，而且耐化學(xué)腐蝕性、熱氧化穩(wěn)定性和耐輻射性能十分優(yōu)越，在高溫、放射性環(huán)境中具有比其他高性能纖維更大的優(yōu)勢，是國家急需的新材料之一，也是新一代高性能纖維的典型代表。由于生產(chǎn)過程復(fù)雜，技術(shù)含量極高，被譽為“金字塔尖上的纖維”。

一直以來，世界上只有極少數(shù)公司實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，但生產(chǎn)工藝均采用濕法紡絲技術(shù)路線，該方法使用大量水與溶劑的混合物為凝固浴，導(dǎo)致生產(chǎn)流程長、溶劑回收能耗大、易造成環(huán)境污染等問題。奧神公司與東華大學(xué)通過產(chǎn)學(xué)研合作，經(jīng)過十余年的基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)研究，在世界上首創(chuàng)了干法紡絲制備聚酰亞胺纖維的理論基礎(chǔ)和技術(shù)集成，在此基礎(chǔ)上建成了國際上首條干法紡聚酰亞胺纖維1000噸級生產(chǎn)線。該項技術(shù)的突破，實現(xiàn)了我國高性能纖維研發(fā)開始從跟隨到自主創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變，對提升我國高性能纖維產(chǎn)業(yè)的研究、生產(chǎn)、應(yīng)用水平具有重大意義，該項成果無可爭議地獲得“紡織之光”2015年中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技一等獎。

研發(fā)過程曾讓他一度崩潰

干法紡絲制備聚酰亞胺纖維的成功讓人們記住了一個名字——張清華。從1999年在東華大學(xué)獲得博士學(xué)位留校開始，他就把聚酰亞胺纖維作為研究方向。那個時候每月的工資只有1200元，和他在一起工作的年輕人無法忍受枯燥的研究和待遇低紛紛選擇了離開，只有他出于對聚酰亞胺的執(zhí)著堅持了下來。

為了克服濕法紡絲工藝的弊端，張清華從開始就把目標瞄向干法紡絲。干法紡絲是紡絲漿液通過噴絲孔后，絲條經(jīng)過高溫甬道，溶劑迅速揮發(fā)，生成初生纖維。與濕法紡絲方法相比，干法成形避免了凝固浴，具有紡絲速度快、溶劑冷凝回收容易等優(yōu)點，因此干法紡絲是高效環(huán)保的工藝技術(shù)路線。

研究過程究竟有多難？實際上，美國在上世紀60年代首先采用濕法開發(fā)出聚酰亞胺，由于始終無法產(chǎn)業(yè)化而停滯下來。我國也在上世紀70年代搞過研究，后來也沒有繼續(xù)下去?！霸S多關(guān)鍵問題理論上可行，但工程中無法實現(xiàn)?！睆埱迦A的研究過程頗為艱辛，因為很多技術(shù)攻克不了，他曾經(jīng)一度陷入崩潰。但失敗的過程又讓張清華有了更多的積累，一條路不行，換一種思路繼續(xù)進行新的試驗。就在一次次失敗過后，張清華終于摸索出了“反應(yīng)紡絲”制備聚酰亞胺纖維的新思路。該思路利用前驅(qū)體纖維在干法紡絲成形過程中伴有部分環(huán)化反應(yīng)的機理，建立了干法成形動力學(xué)模型及纖維凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)控方法，為纖維生產(chǎn)工藝的確定和設(shè)備的成套化提供了理論基礎(chǔ)。

纖維性能超過P84

2007年，張清華在實驗室中得到了第一卷干法制備的聚酰亞胺纖維，興奮之余，他又陷入新的苦惱，經(jīng)費的缺乏，下一步攻關(guān)如何走？也就是在這個時候，日本人提出可以提供大筆的資金，前提是要技術(shù)共享。張清華心里最明白，這項研究極其耗錢，沒有錢研究無法進行，他妥協(xié)了，準備與日本人合作。而就在2009年，國務(wù)院在《紡織工業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》中明確提出，要大力推進高新技術(shù)纖維產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用的發(fā)展，加速實現(xiàn)高性能碳纖維、聚酰亞胺纖維等高新技術(shù)纖維和復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化。國家的政策導(dǎo)向，讓張清華看到了中國人自主研發(fā)的希望，他隨即單方面終止了與日本人的合作，轉(zhuǎn)向與江蘇奧神新材料股份有限公司合作進行產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)。

國家?guī)讉€部委開始把聚酰亞胺列為鼓勵進口的先進技術(shù)和設(shè)備。此時，奧神公司的王士華也從國家的產(chǎn)業(yè)政策中看到了機會，“事實上，技術(shù)也進不來，設(shè)備也進不來，只能靠我們自己?！本瓦@樣，奧神與東華大學(xué)正式開始了產(chǎn)學(xué)研合作。

從實驗室到產(chǎn)業(yè)化也并非易事，“剛開始，牽伸后的纖維總是折斷，每天躺在床上滿腦子都是折斷的纖維?！蓖跏咳A被斷絲折磨得睡不著覺。然而，失敗的煩惱并沒有讓他失去信心。產(chǎn)學(xué)研雙方就是在不斷失敗的基礎(chǔ)上，摸索出了成熟的工藝。適應(yīng)“反應(yīng)紡絲”技術(shù)要求的紡絲漿液、環(huán)化-牽伸一體化后處理方法、干法紡絲生產(chǎn)設(shè)備的集成？？一系列工藝、設(shè)備的突破，使世界上首條干法聚酰亞胺生產(chǎn)線終于順利運行。

干法紡聚酰亞胺的問世，迫使進口產(chǎn)品價格從42萬元/噸降低到25萬元/噸。經(jīng)與奧地利蘭精公司的P84纖維相比，該項成果所采用的創(chuàng)新性工藝技術(shù)實現(xiàn)了生產(chǎn)效率高、能耗低、產(chǎn)品品質(zhì)高，溶劑回收率達到95%以上，產(chǎn)品主要性能指標也最為優(yōu)異。目前，批量生產(chǎn)的聚酰亞胺纖維已成功用于水泥、電力、鋼鐵等高溫濾料和特種防護領(lǐng)域，對治理PM10和PM2.5等大氣污染發(fā)揮了重要作用。

業(yè)內(nèi)對干法紡聚酰亞胺的成功給予了高度評價，認為不僅打破了國外產(chǎn)品的壟斷，而且以明顯的技術(shù)水平和成本優(yōu)勢參與國際競爭，推動了我國高性能纖維的跨越式發(fā)展。“盡管我國在聚酰亞胺纖維的制備技術(shù)方面走在世界前列，但畢竟我們的產(chǎn)業(yè)化才剛剛起步，還有很多研發(fā)工作要做?！睆埱迦A和奧神公司正著眼于新的研發(fā)，并努力拓展更多的應(yīng)用領(lǐng)域。