《1 我国化学纤维工业的历史回顾》
1 我国化学纤维工业的历史回顾
《1.1发展历史》
1.1发展历史
早在 20世纪50年代, 我国就确立了发展化纤和天然纤维并举的方针, 指引着化纤工业半个世纪的快速发展。其间, 对我国化学纤维工业的发展具有重要意义的事件有:新中国成立不久, 恢复安东化纤厂和上海安乐人造丝厂的生产;从东德引进保定化纤厂粘胶长丝和北京合成纤维实验厂尼龙长丝生产技术和装备。60 年代, 自力更生建设了南京、吉林、新乡等地一批粘胶纤维厂, 从日本引进万吨级规模的北京维尼纶厂, 之后又在全国建设了9个维尼纶厂。七八十年代, 建设了上海石化等四大化纤和仪征化纤等基地以及平顶山帘子布、阿城涤纶等一些大厂。后又建设了一批中等规模的化纤企业。90 年代中后期, 三资企业、乡镇企业和民营企业的蓬勃发展, 中国化纤工业的总量又上了一个新台阶。近20年化纤年平均增长15%, 2000年化纤产量为694×104 t。经过40多年的发展, 1998年中国化纤产量首次超过美国跃居世界第一, 中国化纤产量已占世界24%。
《1.2发展现状及地位》
1.2发展现状及地位
目前我国化纤纤维工业品种齐全, 已经发展成为一个门类齐全的工业体系, 并形成以下特点:大类品种齐全, 粘胶、涤纶、锦纶、腈纶、维纶、氨纶和氯纶等都有生产;已建立和发展了多个大型化纤原料联合企业;已能自制现代化化纤设备, 国产化率70%;有了较强的工程建设和生产管理能力。
化纤在纺织纤维加工总量中占重要地位。在原料、性能、花色品种、用途等多方面支持纺织工业发展, 支持纺织品出口创汇。在全国纺织工业原料中, 化纤已占63%。纺织品出口2000年达到524亿美元, 占世界贸易的13%。我国化纤发展和国际产量比较见图1。
《1.3差距和不足》
1.3差距和不足
我国化纤工业也存在一些差距, 主要表现在:差别化和功能性纤维较弱;装备和工程开发能力不强;高技术、高性能纤维尚无大生产;引进技术和设备有余, 研究、开发和创新不足;生产企业总体上小而散, 国际竞争力不强。
《2 新世纪初我国化纤工程科技发展方向[1,2,3]》
2 新世纪初我国化纤工程科技发展方向[1,2,3]
我国化纤在今后10年的增长, 预计将和国际发展趋势一样, 在种类上仍以涤纶、锦纶、腈纶、丙纶和粘胶纤维为主体, 其他一些新纤维将成为研究开发的重点, 但数量不大。到2010年我国化纤产量估计会达到1 100×104 t。工程科技的发展趋势如下:
《2.1常规产品差别化、功能化》
2.1常规产品差别化、功能化
《图1》
图1 我国化纤发展和国际比较 Fig.1 Output of manmade fiber in China and main area
《2.1.1 通过改变物理形态或化学结构, 赋予纤维新的性能和功能》
2.1.1 通过改变物理形态或化学结构, 赋予纤维新的性能和功能
1) 纳米技术:将纳米材料引入聚合物中赋予纤维新的功能。如:超双疏性二元协同纳米材料, 可使织物具有防水和防油的功能。超双亲性二元协同纳米材料, 使织物具有防污清洁功能。纳米粒子添加到聚合物中, 制备导电母粒, 可纺制导电纤维等。
2) 多异纤维:以异材质、异纤度、异截面、异收缩为特征的多异纤维经织造、染整处理后, 会赋予面料特殊的观感、触感和性能。关键技术在于喷丝板和纺丝组件的设计和制造, 以及纺丝工艺技术。
3) 复合纤维:复合纤维有4种断面形态, 即:并列型、皮芯型、桔瓣型和海岛型。复合纤维可以采用多种高分子物质或不同分子量的同一种高分子物质进行复合, 从而使复合纤维具有独特的性能和功能。
4) 细旦、超细旦纤维、纺丝纤度发展见表1。
表1 细旦 超细旦纤维 纺丝纤度发展
Table 1 Progress of ultra fine fiber
《图2》
5) 共聚或共混纤维。共混纤维可以在聚合物中添加其他材料, 使之具有特殊性能:如添加ZnO可反射紫外线, BaSO4呈现珍珠样光泽, ZrC耐红外线辐射, C增加导电性, Ag-沸石可抗菌, Li6和B-10可防中子辐射。
6) 接枝改性纤维。
《2.1.2 通过上述多种技术方法, 达到仿真、超真、特具风格和多种功能》
2.1.2 通过上述多种技术方法, 达到仿真、超真、特具风格和多种功能
如:具有易染、抗静电、高吸湿、阻燃、高收缩、抗紫外线辐射、远红外保暖等功能。
《2.2提高工艺和装备水平》
2.2提高工艺和装备水平
化纤工程技术向大容量、高速度、自动化、智能化发展, 有效地降低单位产能的投资与生产成本。
《2.2.1 纺丝速度》
2.2.1 纺丝速度
纺丝速度经历了由低向高发展的历程, 图2就是一个形象描述。纺丝的卷绕速度, 70年代相当汽车, 80年代相当火车, 90年代相当磁悬浮列车, 21世纪初将达到喷气式飞机的速度。
《2.2.2 工艺与装备进展》
2.2.2 工艺与装备进展
见表2。
表2 工艺与装备进展 Table 2 Progress of technology and equipment
《表1》
| 工艺 | 技术 | 单线生产能力 | ||
| 20年前 | 现在 | 开发中 | ||
| 聚合 | 连续缩聚/t·d-1 | 100 | 400 | 1 200 |
| 长丝 | 卷绕速度/m·min-1 | 3 000 | 7 000 | 16 000 |
| 短丝 | 生产线/t·a-1 | 7 500 | 40 000 | 80 000 |
| 加弹机 | 变形/m·min-1 | 600 | 1 500 | 2 000 |
《2.2.3 生产过程的连续化、高效化》
2.2.3 生产过程的连续化、高效化
传统的:聚合→纺丝→牵伸→变形 (P→S→D→T) ;改进为:聚合-纺丝→牵伸-变形 (POY→DTY) ;甚至:聚合-纺丝-牵伸-变形 (P-BCF) 。
《2.3高性能纤维[4]产业化》
2.3高性能纤维[4]产业化
1) 高性能纤维以其高强、高模、耐高温等特点, 已在航空、航天、国防、建筑、水利、环保等领域广泛地应用, 比较典型的高性能纤维是芳香族聚酰胺纤维。高性能纤维强度进展见表3。高性能纤维的耐高温性能如图 3 所示。
表3 高性能纤维强度进展 Table 3 Strength of high performance fibers compare with normals
《表2》
| 纤维名称 | 一般纤维 | 超强纤维 | ||||
| 纺织用尼龙和涤纶 | 产业用尼龙和涤纶 | Aramid Polyarylate | 高强聚乙烯 | PBO纤维 | 碳纤维 | |
| 强度/kg·mm-2 | 60 | 150 | 320 | 440 | 590 | 700 |
2) 芳香族聚酰胺纤维 (对位和邻位) 、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维 (相对平均分子质量为400万) 、高强维纶, 还有PBO, PEN, Basofil等高性能纤维。我国工程化和产业化已经滞后, 应加快赶上去。
3) 提高常规化纤物性向理论值靠拢
《图4》
图3 高性能纤维的耐高温性能 Fig.3 Temperature resistance of various fiber
表4 “超级”纤维物理性能 Table 4 Latent physical properties of “super firbers”
《表3》
| 强力/g·d-1 | 模量/g·d-1 | |||||
| 理论 | 现实 | 倍差 | 理论 | 现实 | 倍差 | |
| 涤纶 | 232 | 9.5 | 1/24 | 1 023 | 160 | 1/6 |
| 锦纶 | 316 | 9.5 | 1/33 | 1 406 | 50 | 1/28 |
| 腈纶 | 196 | 5 | 1/39 | 833 | 85 | 1/10 |
《2.4绿色环保和新型纤维[6]》
2.4绿色环保和新型纤维[6]
鉴于石油资源日益减少, 环境污染严重和要求人体生物相容等因素, 近年来, 发达国家在大力研究以农产品和生物工程为主要原料和技术路线的绿色纤维。
《2.4.1 溶剂法纤维素纤维 (Lyocell) 》
2.4.1 溶剂法纤维素纤维 (Lyocell)
它以纤维素为原料, 具有天然纤维和人造纤维的舒适性, 包括良好的吸湿性、透气性、柔和的光泽, 优良的染色及生物可降解性。可制得高聚合度, 高结晶度的纤维, 从而使纤维的强度 (特别是湿态强度) 增加。产品的服用性能远远优于合成纤维 (表5) 。该技术最先由英国Courtaulds公司研制开发, 被誉为21世纪的革命性纤维。目前, 除英国外, 奥地利、美国、德国也具有这种纤维的生产技术。Lyocell纤维的技术原理是以N—甲基吗啉—N—氧化物 (NMMO) 的水溶液为溶剂直接溶解纤维素 (图4) 。其生产工艺分3个过程:① 将纤维素浆粕溶解在NMMO的水溶液中, 形成有假塑性稳定的浓溶液 (10%~20%) ;② 经过滤、脱泡后的纺丝液在稀氯化胺凝固液中沉淀析出, 形成纤维;③ 再经洗涤、拉伸、干燥等后加工, 制成可供纺织的纤维素纤维。
表5 Lyocell 短纤维与其它纤维性能的比较 Table 5 Properties of lyocell compare with other fibers
《表4》
| Lyocell | 棉 | 粘胶 | 涤纶 | |||
| Tencel Couralds | Lenzing | 常规 | HWM | |||
| 干强cN/dtex | 4.0~4.4 | 33 | 2.0~2.4 | 2.0~2.4 | 3.4~3.6 | 4.5~7.5 |
| 湿强cN/dtex | 3.4~3.8 | 29 | 2.5~3.0 | 1.0~1.5 | 1.9~2.1 | 43~73 |
| 干伸长% | 14~16 | 14 | 79 | 2.0~2.5 | 13~15 | 25~30 |
| 湿伸长% | 16~18 | 12~14 | 24~30 | 13~15 | 25~30 | |
| 回潮率% | 11.5 | 11.5 | 13 | 12.5 | 12.5 | 0.4 |
| 吸水率% | 65~70 | 40~45 | 90~110 | 75 | ||
《图5》
图4 纤维在NMMO中溶解的相图 Fig.4 Phase diagram of cellulose dissolving in NMMO
《2.4.2 对苯二甲酸丙二酯PTT纤维 (Polytrimethylene Telephalate) [7]》
2.4.2 对苯二甲酸丙二酯PTT纤维 (Polytrimethylene Telephalate) [7]
PTT是继50年代PET, 70年代PBT后工业化的新合纤, 由对苯二甲酸和丙二醇缩聚而成。PTT性能好, 具有PET耐化学性和Nylon的弹性回复及抗污性, 还有良好的易染性、耐磨性, 高速和细旦可纺性 (表6) 。
1941年, 美国Calico Printers 公司就开发成功PTT, 但因原料丙二醇价贵, 当时未能工业化。90年代初, 德国Degussa公司开发用丙烯醛路线制丙二醇, 在Antwerpen建成2 000 t/a 中试线, 1996年又建成50 000 t/a丙二醇大装置, 并和Zimmer公司合作建设PTT化纤厂。1995年, Shell公司建成5 000 t/a 装置, 并已有环氧乙烷路线的丙二醇中试线2 500 t/a, 还在扩建 7×104 t/a 的丙二醇生产线。因其成本低、效率高, 现又建设11.5×104 t/a 的PTT装置, 已于2001年投产。此外, 杜邦公司也在开发用生物酶制丙二醇的新路线, 拟建PTT生产线。
表6 PET, PTT, PBT 3种纤维的性能比较 Table 6 Character comparison between PET, PTT and PBT
《表5》
| PET | PTT | PBT | |
| 熔点/℃ | 260 | 228 | 226 |
| 玻璃化温度/℃ | 70 | 55 | 24 |
| 尺寸稳定性 | 免烫 | 免烫 | 不稳定 |
| 允许应变 (100%回复) | 3% | 14% | 9% |
| 允许应变 (80%回复) | 7% | 30% | 17% |
PTT纤维:是优良的地毯材料, 因其回弹性和染色性能好, 适合做内衣、泳装等, 也适于做高档服装面料, 手感、丰满度和悬垂性好。国际化纤界对PTT的发展前景看好, 有专家预测2010年生产能力可能扩大到 100×104 t。我国应创造条件, 及时实现工业化。
PPT纤维因其分子含3个碳原子, 扩大了链间结构, 因而纤维易染、蓬松、有弹性, 可常压染色, 弥补PET的不足。
《2.4.3 乳酸纤维 (PLA) 是一种生物可降解的环保型纤维[8,9]》
2.4.3 乳酸纤维 (PLA) 是一种生物可降解的环保型纤维[8,9]
聚乳酸纤维 (Lactron) , 是1992年由日本岛津和钟纺开发的, 它以玉米淀粉为原料, 发酵后转化成乳酸。乳酸的聚合体熔融纺丝, 乳酸纤维的物理性能接近尼龙和涤纶, 强力 5 g/dtex, 热稳定性和热塑性好;生物降解性能优于纤维素纤维, 较软、较轻 (密度 1.2) , 染色性好, 色牢度高于3级, 有生物相容性, 服用舒适、安全。聚乳酸纤维物理性能见表7。
乳酸纤维可制成复丝、单丝、短纤、假捻变形、针织物、无纺布等, 用于服装 (内、外衣) 、产业 (建筑、农用、林用、造纸用) 和医卫等。
乳酸纤维原料丰富, 不用石油, 友好环境, 性能优良, 是环保纤维, 发展前景广阔。美国Cargil Dow Polymer公司投资3亿美元, 已建设了以玉米为原料的14×104 t/a 聚乳酸纤维工厂。我国也应加强研究开发。
表7 聚乳酸纤维的物理性能 Table 7 Physical properties of “lactron" fiber
《表6》
| 聚乳酸长丝 | 一般涤纶 | |
| 断裂强度/ MPa | 500~600 | 550~600 |
| 断裂伸长/ % | 30~40 | 30~40 |
| 杨氏模数/ GPa) | 4~6 | 10~15 |
| 结晶度/ % | >70 | 50~60 |
| 融点/ ℃ | 175 | 265 |
《2.4.4 大豆蛋白纤维[10]》
2.4.4 大豆蛋白纤维[10]
蛋白纤维在国外的研究始于1935年, 意大利Fessetti从牛奶酪中研制蛋白纤维;1938年, 美国ICI公司从花生中研制蛋白纤维;1939年, Corn Product Refining 公司从玉米中提炼蛋白纤维;1948年, 美国通用汽车公司从豆粕提取大豆纤维;但都由于原料限制, 纤维性能不理想 (强力低, 色黄) , 得率低 (如东洋纺从牛奶提炼蛋白质得率仅2%) , 成本高等原因, 未实现大工业化生产。
在我国河南濮阳, 经10年研究开发, 已初步开发成功大豆蛋白纤维, 建成1 500 t/a 装置。生产过程为:大豆粕浸泡后分离出球蛋白, 和聚乙烯醇、丙烯腈等共聚后纺丝成纤。具有羊绒的手感, 蚕丝的光泽, 棉纤维的导湿, 似羊毛的保暖性。尚待改进之处有手感较烂;抗皱弹性差;短纤维抱合力较小等。我国原料丰富, 纺织加工能力强, 经过改进提高和一条龙产品开发, 很有发展前途。
《2.4.5 甲壳质纤维 (Chitin) 》
2.4.5 甲壳质纤维 (Chitin)
甲壳质是N-乙酰基-D-葡萄糖胺, 为多糖类高分子, 简称异丁聚糖。甲壳质纤维以虾、蟹等的甲壳为原料, 经提纯和化学处理后纺丝。纤维有极好的生物相容性, 是理想的卫生、保健纺织品和医用材料, 适于做内衣和医用敷料。我国已经开始产业化
《2.4.6 仿蜘蛛丝》
2.4.6 仿蜘蛛丝
20世纪化纤的发展, 基于石油研制出各种聚合体, 如尼龙、腈纶、涤纶等。21世纪化纤发展的一个方向, 是运用生物工程把谷物、玉米、土豆等天然植物先转化为醣, 再转化成抽丝的原体, 这种方法, 原料丰富, 成本低, 符合环保。杜邦公司正在进行上述技术的基础研究, 仿蜘蛛丝仅是首例。
杜邦公司运用生物工程着力研究DNA* (脱氧核糖核酸) 的重新联合, 仿造蜘蛛丝。运用先进的计算机模拟技术, 建立蜘蛛丝蛋白质各种成分的分子模型, 然后运用遗传学基因合成技术, 把遗传基因植入酵母和细菌, 仿制出蜘蛛丝蛋白质, 溶解后抽丝。它的特性是轻、强、有弹性, 纤度可达真丝的1/10, 强力是相同纤度钢丝的5~10倍 (见图5、6) 。
《图6》
图5 蜘蛛丝生物合成示意 Fig.5 Precisely specified molecules biosyntheris schematic
《图7》
图6 蜘蛛丝的卓越强伸度 Fig.6 Unique stress-retrain properties of spider silk
《2.4.7 聚酯瓶和化纤废旧料的回收再利用》
2.4.7 聚酯瓶和化纤废旧料的回收再利用
现已经有先进技术, 把聚酯瓶和化纤废旧料还原成聚合体或化纤单体, 做絮棉、地毯和人造毛皮等。美国涤纶短纤维, 现约有30%是利用再生原料的。既解决了白色污染, 又节约了资源。
《3 需要加强的一些薄弱环节》
3 需要加强的一些薄弱环节
《3.1化纤原料与抽丝能力的平衡》
3.1化纤原料与抽丝能力的平衡
我国的化纤原料落后于抽丝能力。合纤原料40%以上需进口, 应加快提高国产率。图7为化纤与乙烯产量比较见图7。
《3.2发展工程公司 增强自主建设实力》
3.2发展工程公司 增强自主建设实力
工程公司要有消化吸收和试验创新的手段, 要有自主知识产权 (也可用人家技术) , 承包工程实力 (尤其是经济和技术) 和承担风险的能力。同时, 工程公司要和生产企业、制造单位合作, 和产学研结合, 在交往、合作和承包项目上要和国际接轨。工程公司可以隶属于大的企业集团。我国已引进了几百条生产线, 我国化纤在设计、建设、生产、运行、管理等方面也已具有相当丰富的经验, 关键在于集成, 工程公司应成为集成的主体, 同时需要政府、社会、银行、保险等部门的支持。
《3.3优化企业结构, 改变小而散的格局》
3.3优化企业结构, 改变小而散的格局
我国化纤工业虽有一些大型企业, 但为数甚少, 从整体上看, 平均规模不足发达国家的1/10。化纤及主要品种平均产能比较见表8。
企业结构需要在社会主义市场经济发展中优化, 通过联合、兼并、债转股、破产、改制等方式形成相当一部分科、工、贸一体的大企业集团, 增强经济实力、技术实力和营销实力, 这样才能和国际大型企业竞争。
《3.4加强消化吸收 研究开发和自主创新能力》
3.4加强消化吸收 研究开发和自主创新能力
大企业集团要建立研究开发中心, 在经济上加大投入, 并配备相关的各种专业力量, 明确责任制与奖惩制度。企业主要领导分工负责, 实现产、学、研相结合。
企业的研发工作要有自己的特色与制高点, 上下游垂直整合进行技术和产品开发, 讲求实效。
表8 化纤及其主要品种平均产量比较/×104t·a-1 Table 8 Average capacity between Chinese and foreign chemical fiber plant
《表7》
| 化纤行业 | 涤短 | 涤长 | 腈纶 | 粘胶 | |
| 中国 | 1.18 | 1.88 | 1.09 | 3.23 | 1.43 |
| 美国 | 28 | 15.8 | 11.5 | 11.5 | 6.7 |
| 日本 | 6.48 | 3.54 | 3.75 | 7.57 | 2.46 |
| 韩国 | 15 | 13.84 | 8.96 | 6.26 | |
| 台湾省 | 13.4 | 11.57 | 11.26 | 7.85 | 6.74 |
《3.5人才问题》
3.5人才问题
人才是企业发展的根本, 企业要建立多元化的人才支撑体系, 应招聘、培养经营管理、生产、建设、研发等各方面人才, 建立在职培训制度;年轻干部要有学历, 中级以上的专业人才必须掌握一门外语;积极扩大人才引进和对外开放, 参加相关的国际活动, 补充高新技术人才, 尤其是复合型人才。
京公网安备 11010502051620号
