馬磊

2月28日，中國紡織工業(yè)聯(lián)合會組織專家在北京對東華大學(xué)承擔(dān)的兩個“紡織之光”應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目“低成本碳纖維制備的關(guān)鍵科學(xué)問題”和“熔體紡絲法制備纖維素纖維的關(guān)鍵科學(xué)問題”進(jìn)行了結(jié)題評審。中國紡織工業(yè)聯(lián)合會顧問陳樹津、中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技發(fā)展部副主任張慧琴、紡織之光科技教育基金會秘書長張翠竹等出席了此次評審會。評審會議由中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技發(fā)展部主任彭燕麗主持。

“低成本碳纖維制備的關(guān)鍵科學(xué)問題”項(xiàng)目設(shè)計(jì)合成了專用的離子型結(jié)構(gòu)增塑劑，采用常規(guī)熔融紡絲工藝及設(shè)備制備了結(jié)構(gòu)均勻致密、力學(xué)性能優(yōu)異、部分分子內(nèi)環(huán)化的PAN基碳纖維原絲，其平均斷裂強(qiáng)度為7.38 cN/dtex，線密度為1.26 dtex，呈圓形截面，無明顯的皮芯差異；研究了預(yù)氧化過程中結(jié)構(gòu)、組成及微缺陷等演變規(guī)律，優(yōu)化了PAN基碳纖維原絲的預(yù)氧化工藝，有效減緩環(huán)化及交聯(lián)放熱反應(yīng)，從而提高預(yù)氧化效率，獲得成分合理的預(yù)氧絲，降低了碳纖維制備成本；初步獲得了碳化過程中纖維結(jié)構(gòu)、性能與微缺陷的變化規(guī)律，目前得到的碳纖維表面光滑、截面基本呈圓形，無明顯皮芯結(jié)構(gòu)，拉伸強(qiáng)度為1.15 GPa，彈性模量為220 GPa，部分樣品仍含有孔洞結(jié)構(gòu)。

該項(xiàng)目實(shí)施期間，培養(yǎng)了 3 名博士生、5 名碩士生，建立了低成本碳纖維研究開發(fā)的人才隊(duì)伍和基地；發(fā)表論文 7篇，申請國家發(fā)明專利 5 項(xiàng)及國際PCT專利 1 項(xiàng)，其中授權(quán)國家發(fā)明專利 3 項(xiàng)，不僅為低成本碳纖維新技術(shù)的研究開發(fā)提供了理論支撐，還建立了低成本碳纖維制備技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)體系。

下一階段，項(xiàng)目組將進(jìn)一步研究增塑熔體紡絲法（紡絲速度可達(dá)500 ～ 900 m/min）聚丙烯腈纖維的制備，進(jìn)一步開展聚丙烯腈纖維預(yù)氧化過程的研究，并建立預(yù)氧化過程與纖維結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，并在實(shí)際生產(chǎn)線上進(jìn)行預(yù)氧化/碳化實(shí)驗(yàn)，最終取得適量樣品，進(jìn)行應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。

“熔體紡絲法制備纖維素纖維的關(guān)鍵科學(xué)問題”項(xiàng)目研究了纖維素雙螺桿原位改性直接熔體紡絲技術(shù)，優(yōu)化出具有良好可紡性的改性纖維素增塑熔紡體系，獲得了強(qiáng)度較高的增塑紡纖維素纖維（斷裂強(qiáng)度可達(dá)2.43 cN/dtex）；研究了纖維素高溶解度的新型復(fù)合溶劑體系，溶解條件溫和，溶解度可達(dá)30%，溶液紡絲可紡性好；采用雙螺桿連續(xù)溶解直接紡絲技術(shù)，通過對紡絲過程凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)演變規(guī)律和調(diào)控方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，解決了低溫堿/尿素/水體系產(chǎn)業(yè)化中溶解度低、溶解溫度低、凝膠時間短等關(guān)鍵問題。

該研究所提供的新型復(fù)合溶劑法，其溶劑原料來源簡單，僅需將兩種組分進(jìn)行簡單的混合即可直接用于溶解纖維素，溶解過程中所需的溫度很低（70 ～ 80 ℃），時間較短（70 ～ 90 min），溶解度較高（15% ～ 25%）；得到的纖維素溶液粘度較低，流動性好，易于脫泡，并且在常溫條件下即可進(jìn)行紡絲，免去了需要給紡絲設(shè)備加熱的一系列其他裝置；凝固浴用純水和少量溶劑混合即可；再生后溶劑易于回收可循環(huán)使用，生產(chǎn)過程中沒有任何廢棄物，不會對環(huán)境造成危害；最后制備的再生纖維結(jié)構(gòu)和性能都能優(yōu)于普通粘膠纖維。該方法給國內(nèi)乃至國際纖維素工業(yè)的發(fā)展提供了一個很好的新方案和新思路，對于未來纖維素行業(yè)的基礎(chǔ)研究以及工業(yè)化道路具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前該項(xiàng)目在江蘇省龍馬綠色纖維有限公司已建立年產(chǎn)1 000 t的高度集成化、連續(xù)化、自動化的低溫堿/尿素溶解纖維素纖維系列產(chǎn)品中試生產(chǎn)線。同時項(xiàng)目實(shí)施期間，共申請國家發(fā)明專利14項(xiàng)，其中授權(quán) 4 項(xiàng)；發(fā)表論文14篇；培養(yǎng)博士后 1 名、博士 1 名、碩士 4 名。

評審會上，由天津工業(yè)大學(xué)教授肖長發(fā)、總后軍需裝備研究所教授施楣梧、中國紡織科學(xué)研究院教授孫玉山、山東大學(xué)教授朱波、清華大學(xué)教授謝續(xù)明、北京服裝學(xué)院教授王銳、恒天纖維集團(tuán)有限公司教授級高工王樂軍組成的專家組聽取了項(xiàng)目承擔(dān)單位的匯報(bào)，審閱了相關(guān)資料，經(jīng)質(zhì)疑和討論，一致認(rèn)為，兩個項(xiàng)目均已經(jīng)完成任務(wù)書規(guī)定的指標(biāo)，研究成果對我國低成本碳纖維及其復(fù)合材料的大規(guī)模發(fā)展以及纖維素纖維的高效制備和可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義，同意通過結(jié)題驗(yàn)收。