攻克世界最强纤维
时间：2021-01-30 12:04:11 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
人们日常使用塑料袋所用的原料是聚乙烯，其分子量较少，而聚乙烯在低压聚合条件下，分子量可以达到数百万之多，聚乙烯因其高密度而会变得坚硬无比，这样的超高分子量聚乙烯制成的纤维即使用剪刀也不易剪断，强度之高是钢丝的8倍，而重量却只有钢丝的1/8。正是具有这样的特性，超高分子量聚乙烯纤维已经成为世界高新技术产业的重要新材料之一，与碳纤维、芳纶并称为三大高性能纤维，广泛应用于军事、航天、舰船，以及休闲娱乐等军工、民用领域。
然而这种高性能材料长期被世界极少数国家所垄断，由于可用于军事用途，国外公司甚至禁止向中国出口高端产品。从上世纪90年代，我国纺织科技工作者就默默地开始了基础性研究，中国石化仪征化纤股份有限公司、南化公司研究院、中国纺织科学研究院通过产学研合作，于2008年在仪征化纤建成投产了我国首套300吨/年高性能聚乙烯纤维干法纺丝装置，如今1000吨/年高性能聚乙烯纤维生产线也已经投产运行。该成果打破了国外技术垄断，产品达到国际水平，迫使国外产品大幅度降价，为推动我国特种纤维的发展作出了突出贡献。“高性能聚乙烯纤维干法纺丝工业化成套技术”因此获得2013年度纺织之光中国纺织工业联合会科学技术一等奖。
自主研发攻克难关
从2007年该项目决定放在仪征化纤开始，公司就为此成立了高纤事业部，以前在短纤中心任主任的陈建军调任高纤事业部主任。作为项目的主要完成人，陈建军介绍了项目的研发过程。高性能聚乙烯纤维的生产有两种工艺技术路线。一是以高挥发性溶剂十氢萘干法凝胶纺丝工艺路线，简称干法路线；二是以低挥发性溶剂白油湿法凝胶纺丝工艺路线，简称湿法路线。相比湿法，干法工艺流程短，生产过程几乎无排放，具有突出的环保优势，且产品质量稳定，成本低，适宜生产高端产品，具有很强的市场竞争优势。该项技术难度非常大，被荷兰、日本企业所垄断。作为我国大化纤的奠基者，仪征化纤下决心啃下这块硬骨头。
在此之前的2003年，南化公司已经做成了30吨中试线，但要把南化公司30吨的中试生产线放大到300吨，看似容易，其实有很多技术难题需要克服。其中南化实验的数据很多在放大过程中出现了偏离。陈建军清楚地记得2008年4月8日那一天，他和南化公司的技术人员把所有的数据重新梳理了一番，重新制定了一套参数。从那以后，研发工作得以顺利进行。
“聚乙烯分子链长，就像线团一样，因此首先要解开这个线团，将其捋直。再进行超倍拉伸，犹如抻面条一样，才能达到强度。”陈建军带领记者参观生产车间时通俗地向记者解释着生产工艺流程。化纤生产是多釜连续化的，每一釜都要添加各种助剂、氧化剂，而公司自主开发的自动化浆料调配、输送系统解决了压力自动控制的难题。相比涤纶纺丝半开放的生产形式，聚乙烯由于易燃必须在密闭设备中进行纺丝加工，这给风量控制造成了困难，而密闭循环系统多纺位风量均分控制技术很好地解决了这个问题。高精度恒温牵伸热箱也是项目的重要创新，聚乙烯纤维对温度很敏感，如果在加工中温度不稳定，就会造成质量下降，“科研人员在现场整整呆了49天，才突破了这个难关。”热箱中设置了21个温度控制点，确保温度差控制在正负一度以内。作为溶剂的十氢萘价格昂贵，仪征化纤自主开发了高效节能溶剂回收技术，使溶剂回收率可达99.5%以上，由此降低了生产成本。
高性能聚乙烯纤维干法纺丝技术的突破，使得我国成为第三个掌握此项技术并实现产业化的国家。“作为三大纤维之一，高性能聚乙烯纤维的生产相比碳纤维、芳纶已经比较成熟。”陈建军说，正是得益于高性能聚乙烯纤维的大规模量产，仪征化纤也在产品结构调整方面迈出了重要的一步。在今年8月完成公司股改时，公司向股东郑重承诺，仪征化纤将成为我国高性能纤维的生产基地。
拓展应用领域抢占市场
高性能聚乙烯纤维强度高，重量轻，由于密度比水低，因此特别适合做海上绳索。曾几何时，荷兰DSM公司垄断了这一市场，其品牌“迪尼玛”甚至成了缆绳的代名词。如今，仪征化纤的“力纶”品牌横空出世，打破了DSM公司的垄断地位，产品已经应用到辽宁号航空母舰、神舟飞船上，迫使国外同类产品价格由40万～80万元/吨降到12万～20万元/吨。“力纶”产品已经占有国内30%的市场份额，在缆绳领域更是占有60%以上的市场，并成功出口欧美市场。
高性能聚乙烯纤维应用领域颇为广泛，医疗缝合、捕鱼、养殖网、绳索、吊索、航天飞船降落伞、增压水泥、造纸、防割手套，以及防弹头盔与防弹衣，“这些领域的应用是我们下一步要开发的重点。”陈建军坦言，相比技术研发攻关，市场开拓更加艰巨。
由于不同的国情，国外发达国家工人普遍使用高性能聚乙烯纤维做成的手套，既舒适又能防切割，为劳动者提供安全的保障。“这样的手套其实并不贵，只有十几元一副，且寿命是普通棉纱的6倍。”面对手套产品大多出口的现状，陈建军对国内劳保市场寄予厚望。
在造纸方面，高性能聚乙烯纤维可以增加纸张的强度，可以做到“撕不烂”，永久保存，在档案领域应用潜力巨大。
随着人们户外休闲活动的增多，钓鱼被越来越多的人所喜好，而用高性能聚乙烯纤维做钓鱼线非常合适，仪征化纤用30D的超细纤维制成的钓鱼线在市场上很受欢迎，据陈建军介绍，每吨售价高达600万元，而聚乙烯原料的价格只有每吨1.7万元，利润之高显而易见。
一方面市场存在着巨大的市场需求，另一方面产能存在着差距，陈建军透露，仪征化纤正在筹划新的2000万吨生产线，预计2015年达产。一个更加宏伟的计划也在酝酿中，“到2020年，将再上2000吨，届时中国的高性能聚乙烯纤维将把国外的产品挤出中国市场。”
