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纤维高值化途径之二:工艺技术的重大创新 |
2017年07月26日09:08 纺织导报
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化学纤维高值化是永恒的研究课题,特别是在我国现阶段传统化纤普遍存在产能过剩的形势下,如何实现高值化和可持续发展,是行业和企业普遍关心的问题。现阶段,纤维高值化的途径趋于多样化,高值化新纤维的研制和应用是一种趋势,但尚未成为主流,这几十年来在民用纤维领域只出现聚酰胺(PA)56纤维、PA9T等少数品种,在高性能纤维领域只有聚酮和杂环类的M5纤维,且迄今尚未大规模生产。究其原因,是由于研发全新的品种需耗费大量的资金用于基础研究、工程放大研究、应用研究和市场开发等环节。相比之下,工艺技术的创新成为一种有效的途径。

维纶(PVA纤维)


2015年4月,日本可乐丽成功开发了被称作VIP(维纶创新方法)的新工艺,通过原液纺丝、拉伸、卷绕各工序的最优化,同时导入创新技术,建成了维纶长丝的论证工厂。与以往的工艺相比,生产线长度只有原先的1/5,从原料投入到成品的时间也由1天缩短至10 min,特别是拉伸过程可从30~40s缩短至数秒。此外,由于节省了能耗和空间,使生产成本大为下降,且纤维均一性提高。该技术计划在2018年实现产业化。利用该创新技术,可乐丽公司已着手对液晶聚芳酯纤维进行创新工艺改造,使紧张热处理时间大为缩短,为今后的大力发展打下基础。

PAN基碳纤维(PAN-CF)


为满足以汽车为首的产业对PAN-CF低成本的紧迫需求,并达到美国、欧盟、日本和我国将于2020年实施的乘用车法律法规要求,日本率先创新了PAN-CF的全套生产工艺。日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)牵头组织东京大学和3家日本碳纤维企业联手攻关,砍掉加热时间最长、耗能最大、且需3~4台预氧化炉(国外售价约900万~1000万美元)的庞大预氧化装置,改在纺丝原液初步完成预氧化后进行纺丝牵伸,制得黑色原丝。碳化改由微波加热,表面处理由电解液改为等离子体处理,从而使生产效率提高10倍,能耗和温室气体排放各下降50%。


目前,PAN-CF综合性能已达到T300水平,正朝T700、粗径丝、中空丝和高伸长率碳丝发展。据传东丽公司正研发T2000 PAN-CF,强度竟高达T1000的近10倍,但最值得重视的是某研究机构研发的新型PAN纺丝和碳化后处理技术。通过高倍拉伸,原丝的卷速可高达800~900m/min,经预氧化和碳化后再经特殊固化处理,使碳纤维的强度和模量增加约10倍以上。


特殊固化处理前后PAN-CF的主要力学性能突变

上图的数据提出了一个问题:提高碳纤维性能的要素,究竟在原丝还是碳化过程?原丝固然是主要的影响因素,先天不足就烧不出好产品,但如果一直顺着这条路探索,国内企业只能跟在国外同行的后头走。上述新思路开创了从碳纤维后道加固处理制得超级碳纤维的新途径,最高强度竟可达到T1000的25倍。

超微细不锈钢丝


成都大川佰利科技有限公司利用宝钢生产的钢坯,通过电离法制得超纯钢,拔丝后可生产出世界先进的超微细丝,直径只有0.02~0.025mm,售价约500元/kg。


这种丝可用于切割超薄单晶硅片、高精度过滤材料及航空母舰舰载机阻拦索。阻拦钢索要求屈服强度达到1500MPa以上,延伸率不小于20%,冲击韧性150J/cm2,屈强比至少要保证0.85,短时间还要耐800~1000℃高温。(如需了解详尽内容,敬请关注《纺织导报》2017年第7期“纤维高值化发展及应用动向”一文,P78-82。)

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