东华大学“纺织之光”应用基础研究项目通过结题评审

马磊

2月28日，中国纺织工业联合会组织专家在北京对东华大学承担的两个“纺织之光”应用基础研究项目“低成本碳纤维制备的关键科学问题”和“熔体纺丝法制备纤维素纤维的关键科学问题”进行了结题评审。中国纺织工业联合会顾问陈树津、中国纺织工业联合会科技发展部副主任张慧琴、纺织之光科技教育基金会秘书长张翠竹等出席了此次评审会。评审会议由中国纺织工业联合会科技发展部主任彭燕丽主持。

“低成本碳纤维制备的关键科学问题”项目设计合成了专用的离子型结构增塑剂，采用常规熔融纺丝工艺及设备制备了结构均匀致密、力学性能优异、部分分子内环化的PAN基碳纤维原丝，其平均断裂强度为7.38 cN/dtex，线密度为1.26 dtex，呈圆形截面，无明显的皮芯差异；研究了预氧化过程中结构、组成及微缺陷等演变规律，优化了PAN基碳纤维原丝的预氧化工艺，有效减缓环化及交联放热反应，从而提高预氧化效率，获得成分合理的预氧丝，降低了碳纤维制备成本；初步获得了碳化过程中纤维结构、性能与微缺陷的变化规律，目前得到的碳纤维表面光滑、截面基本呈圆形，无明显皮芯结构，拉伸强度为1.15 GPa，弹性模量为220 GPa，部分样品仍含有孔洞结构。

该项目实施期间，培养了 3 名博士生、5 名硕士生，建立了低成本碳纤维研究开发的人才队伍和基地；发表论文 7篇，申请国家发明专利 5 项及国际PCT专利 1 项，其中授权国家发明专利 3 项，不仅为低成本碳纤维新技术的研究开发提供了理论支撑，还建立了低成本碳纤维制备技术的知识产权体系。

下一阶段，项目组将进一步研究增塑熔体纺丝法（纺丝速度可达500 ～ 900 m/min）聚丙烯腈纤维的制备，进一步开展聚丙烯腈纤维预氧化过程的研究，并建立预氧化过程与纤维结构的相关性，并在实际生产线上进行预氧化/碳化实验，最终取得适量样品，进行应用实验。

“熔体纺丝法制备纤维素纤维的关键科学问题”项目研究了纤维素双螺杆原位改性直接熔体纺丝技术，优化出具有良好可纺性的改性纤维素增塑熔纺体系，获得了强度较高的增塑纺纤维素纤维（断裂强度可达2.43 cN/dtex）；研究了纤维素高溶解度的新型复合溶剂体系，溶解条件温和，溶解度可达30%，溶液纺丝可纺性好；采用双螺杆连续溶解直接纺丝技术，通过对纺丝过程凝聚态结构演变规律和调控方法进行系统研究，解决了低温碱/尿素/水体系产业化中溶解度低、溶解温度低、凝胶时间短等关键问题。

该研究所提供的新型复合溶剂法，其溶剂原料来源简单，仅需将两种组分进行简单的混合即可直接用于溶解纤维素，溶解过程中所需的温度很低（70 ～ 80 ℃），时间较短（70 ～ 90 min），溶解度较高（15% ～ 25%）；得到的纤维素溶液粘度较低，流动性好，易于脱泡，并且在常温条件下即可进行纺丝，免去了需要给纺丝设备加热的一系列其他装置；凝固浴用纯水和少量溶剂混合即可；再生后溶剂易于回收可循环使用，生产过程中没有任何废弃物，不会对环境造成危害；最后制备的再生纤维结构和性能都能优于普通粘胶纤维。该方法给国内乃至国际纤维素工业的发展提供了一个很好的新方案和新思路，对于未来纤维素行业的基础研究以及工业化道路具有重要的现实意义。

目前该项目在江苏省龙马绿色纤维有限公司已建立年产1 000 t的高度集成化、连续化、自动化的低温碱/尿素溶解纤维素纤维系列产品中试生产线。同时项目实施期间，共申请国家发明专利14项，其中授权 4 项；发表论文14篇；培养博士后 1 名、博士 1 名、硕士 4 名。

评审会上，由天津工业大学教授肖长发、总后军需装备研究所教授施楣梧、中国纺织科学研究院教授孙玉山、山东大学教授朱波、清华大学教授谢续明、北京服装学院教授王锐、恒天纤维集团有限公司教授级高工王乐军组成的专家组听取了项目承担单位的汇报，审阅了相关资料，经质疑和讨论，一致认为，两个项目均已经完成任务书规定的指标，研究成果对我国低成本碳纤维及其复合材料的大规模发展以及纤维素纤维的高效制备和可持续发展都具有重要意义，同意通过结题验收。