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奥神新材:高性能纤维领域的新兴力量
2020-09-16

高分子材料聚酰亚胺诞生于20世纪60年代,因其优异的综合性能,被称为“解决问题的能手”,聚酰亚胺树脂、塑料、薄膜已经广泛应用,但由于技术难度大,生产成本高,聚酰亚胺纤维的产业化道路却十分艰难。自1984年起的相当长时间里,全球范围内只有奥地利Lenzing公司实现了P84聚酰亚胺纤维的产业化。为了解决这一关键材料的国产化问题,我国在“十二五”期间将其列为战略性新材料,中国科学院、东华大学、北京化工大学等诸多科研院所均投入了巨大的科研力量,尝试解决聚酰亚胺纤维产业化的难题。



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产业化路上,机遇与挑战并存

 

2009年,江苏奥神集团与东华大学签署合作协议,共同研发聚酰亚胺纤维产业化技术。经过两年多的攻关,研发团队突破了干法纺聚酰亚胺纤维产业化关键技术,首创“反应纺丝”新工艺,成功完成中试研究。2011年,江苏奥神新材料公司成立,开始了首期产业化线的建设。2013年7月,全球首条干法纺聚酰亚胺纤维千吨级生产线开车,成功实现量产。

从中试到产业化是一个充满挑战的过程,几十个工艺过程,上千个工艺参数,相互间千丝万缕的联系,一个关键参数的波动会带来诸多问题,需要工艺技术、质量控制、设备、控制系统工程师共同配合寻找问题根源,研究应对方案。这个过程既需要专业知识,也需要科学方法,更需要耐心与毅力,奥神新材的工程技术团队努力拼搏,攻坚克难,最终实现了聚酰亚胺纤维的稳定制备,首期项目生产的耐热型纤维产品的性能指标对比著名的进口品牌P84,耐热稳定性提高了近100℃,断裂强力提升近20%。2014年,“干法纺聚酰亚胺纤维工程化关键技术及成套设备”项目通过了中国纺织工业联合会的鉴定,成果水平处于国际领先。2016年,“干法纺聚酰亚胺纤维制备关键技术与产业化”项目获得了国家科技进步奖。在高性能纤维领域,中国有了领先世界的高性能纤维产品和完全自主知识产权的制备技术。

尽管在性能指标方面远优于芳纶和进口聚酰亚胺纤维,在进入市场初期,奥神新材研发的产品仍然面临着巨大的困难。在高温过滤领域,水泥等终端客户只知道P84,不知道P84只是聚酰亚胺纤维的一种,在招标时总是指定P84,且习惯性认为进口产品肯定优于国产纤维;在阻燃防护等市场,几乎没有人听说过聚酰亚胺纤维。通过树立标杆客户,带着样板工程数据走访终端用户,奥神新材逐步打消终端客户疑虑,将产品成功打入高温过滤市场。近些年,恰逢国家强化环保管控,奥神新材抓住机遇,专门成立面向后道产品的开发队伍,与客户共同完成了多款面向不同应用环境的高性能过滤材料的研发,并在滤料行业成功推广,市场呈现快速增长态势。

 

产品差异化,助力市场推广

 

面向市场持续不断的产品创新是制造型企业的核心竞争力。奥神新材坚持市场导向,不断研发差异化高性能聚酰亚胺纤维产品。目前,其已经形成“甲纶HyplonTM高强纤维”“甲纶Suplon® 耐热纤维”“甲纶FitlonTM可染纤维”三大系列、数十个品种的产品,可满足不同应用场景的需求。

甲纶HyplonTM高强纤维具有强度高、模量大、耐候性好的特点,其力学等各项指标均达到或优于对位芳纶,耐紫外性能十分优异,是航空航天、海洋工程、通信线缆增强等关键材料,具有十分广阔的应用前景

甲纶Suplon® 耐热纤维本质不燃,耐化学性能优异,耐温性能好,已广泛用于高温烟气过滤。同时,甲纶Suplon®纤维自带远红外功能,有高达99%的抑菌性能和优异的保暖性能,通过了瑞士Oeko-Tex Standard 100认证,具有婴儿级的亲肤特性,可以制作内衣、薄型高保暖服装。此外,其高温碳化不融滴,烟气量极低且几乎没有毒性,原液着色聚酰亚胺纤维的色牢度达到4~5级,十分适合制作阻燃防护服装、高档阻燃面料。2015年,采用甲纶 Suplon® 耐热纤维制作的阻燃防护抓绒面料成功中标国家森林消防15式灭火战斗服,由该纤维制作的特战头套也被国家武警特勤局选用。

为了进一步拓展“甲纶”系列在阻燃防护领域的应用,奥神新材还开发了FitlonTM系列可染聚酰亚胺纤维。今年以来,奥神新材与武汉纺织大学成立课题组,共同开发FitlonTM系列纤维的后染技术,目前已经突破了橘红、黑色、藏青等颜色的染色工艺,为“甲纶”系列在阻燃防护领域的应用打下了良好基础。

 

绿色制造,促进可持续发展

 

奥神新材所采用的干法纺聚酰亚胺纤维工艺具有效率高、能耗低,品质高、均一性好的特点,由于纤维成形在热空气中完成,与湿法纺丝所采用的凝固浴萃取溶剂不同,溶剂回收技术成熟,回收率可达95%以上,且可以循环使用。自投产以来,奥神新材采用两化融合技术持续推进技术改造,不断提高纺速,强化能源管理,节能降耗取得显著成果,与首条线投产时相比,单位产品能耗降低超30%

同时,其首创的原液着色聚酰亚胺纤维,在满足消费者多元色彩需求的同时,实现了环保、低碳和高附加值的统一。由于奥神新材在清洁生产方面所取得的成绩,2017年其产品通过了中国化学纤维工业协会和纺织化纤产品开发中心的绿色纤维标志认证,2018年通过了连云港市经济和信息化委员会清洁生产审核验收,并荣获中国化学纤维工业协会·绿宇基金“绿色贡献度金钥匙奖”。

 

自主创新,掌握核心科技

 

2019年,美国对华为的围堵让所有中国人认识到核心技术受制于人的风险。2020年,新冠肺炎疫情、中美博弈等一系列重大事件正在深刻改变着世界格局,关键材料国产化事关国家安全,迫在眉睫。

对于奥神新材来说,着力打造“甲纶”生态圈,汇聚各方资源,引领行业发展,就是最重要的事。例如,在面向具体应用场景的特种防护及特种装备用的高性能纤维方面,奥神新材一直在发力。2017年,高性能机降救援绳用原液着色纤维定型;2018年,固体火箭发动机用抗烧蚀纤维改型工艺确定;2019年,聚酰亚胺纤维被写进了海军某型防护服标准,消防服面料通过了上海消防所认证,细旦原液着聚酰亚胺长丝成功应用于国家某重点太空项目;2020年,其面向某装备研发的高强高模型聚酰亚胺纤维及基材成功通过中期检查;近期,海洋石油专用管道增强材料、北斗导航用浮空器基材即将开机织造。

未来,奥神新材将继续坚持市场导向,在超耐热、高强中模、中强中模等纤维产品研发,以及纤维改性方面继续加大力度,同时,将与后道厂商、终端用户一起加强应用研究。基于此,奥神新材将着力做好三件事:一是加强聚酰亚胺纤维在防护面料方面应用研究,收集、测试各类纤维性能,建立纤维性能数据库,在此基础上研究与聚酰亚胺纤维具有高协同性的纱线、面料方案;二是突破聚酰亚胺纤维高支纱、不同配方混纺纱、色纺、后染、长丝织造等关键工艺,并建立混纺纱线性能数据库,为客户产品开发提供支持;三是围绕聚酰亚胺纤维在高性能绝热、复合材料制备方面进行系统研究,完成聚酰亚胺纤维纸制备技术、聚酰亚胺高强高模纤维复材制备技术研究,进行聚酰亚胺纤维与碳纤维等高性能纤维混编的可行性研究,重点突破聚酰亚胺纤维在航空航天、海洋工程用复材以及耐冲击复材制备方面的关键技术。