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承擔的兩個“紡織之光”應用基礎研究項目“低成本碳纖維制備的關鍵科學問題”和“熔體紡絲法制備纖維素纖維的關鍵科學問題”進行了結題評審。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鍵科學問題”項目設計合成了專用的離子型結構增塑劑，采用常規(guī)熔融紡絲工藝及設備制備了結構均勻致密、力學性能優(yōu)異、部分分子內環(huán)化的PAN基碳纖維原絲，其平均斷裂強度為7.38 cN/dtex，線密度為1.26 dtex，呈圓形截面，無明顯的皮芯差異；研究了預氧化過程中結構、組成及微缺陷等演變規(guī)律，優(yōu)化了PAN基碳纖維原絲的預氧化工藝，有效減緩環(huán)化及交聯(lián)放熱反應，從而提高預氧化效率，獲得成分合理的預氧絲，降低了碳纖維制備成本；初步獲得了碳化過程中纖維結構、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，無明顯皮芯結構，拉伸強度為1.15 GPa，彈性模量為220 GPa，部分樣品仍含有孔洞結構。

該項目實施期間，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)的人才隊伍和基地；發(fā)表論文 7篇，申請國家發(fā)明專利 5 項及國際PCT專利 1 項，其中授權國家發(fā)明專利 3 項，不僅為低成本碳纖維新技術的研究開發(fā)提供了理論支撐，還建立了低成本碳纖維制備技術的知識產權體系。

下一階段，項目組將進一步研究增塑熔體紡絲法（紡絲速度可達500 ～ 900 m/min）聚丙烯腈纖維的制備，進一步開展聚丙烯腈纖維預氧化過程的研究，并建立預氧化過程與纖維結構的相關性，并在實際生產線上進行預氧化/碳化實驗，最終取得適量樣品，進行應用實驗。

“熔體紡絲法制備纖維素纖維的關鍵科學問題”項目研究了纖維素雙螺桿原位改性直接熔體紡絲技術，優(yōu)化出具有良好可紡性的改性纖維素增塑熔紡體系，獲得了強度較高的增塑紡纖維素纖維（斷裂強度可達2.43 cN/dtex）；研究了纖維素高溶解度的新型復合溶劑體系，溶解條件溫和，溶解度可達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，通過對紡絲過程凝聚態(tài)結構演變規(guī)律和調控方法進行系統(tǒng)研究，解決了低溫堿/尿素/水體系產業(yè)化中溶解度低、溶解溫度低、凝膠時間短等關鍵問題。

該研究所提供的新型復合溶劑法，其溶劑原料來源簡單，僅需將兩種組分進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行紡絲，免去了需要給紡絲設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構和性能都能優(yōu)于普通粘膠纖維。該方法給國內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)的基礎研究以及工業(yè)化道路具有重要的現(xiàn)實意義。

目前該項目在江蘇省龍馬綠色纖維有限公司已建立年產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品中試生產線。同時項目實施期間，共申請國家發(fā)明專利14項，其中授權 4 項；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、中國紡織科學研究院教授孫玉山、山東大學教授朱波、清華大學教授謝續(xù)明、北京服裝學院教授王銳、恒天纖維集團有限公司教授級高工王樂軍組成的專家組聽取了項目承擔單位的匯報，審閱了相關資料，經質疑和討論，一致認為，兩個項目均已經完成任務書規(guī)定的指標，研究成果對我國低成本碳纖維及其復合材料的大規(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，同意通過結題驗收。