让高性能纤维领跑全球

郝杰

当记者走进江苏奥神新材料股份有限公司的生产车间时，董事长王士华特意叮嘱不要拍照，因为这里生产的纤维材料属于国际尖端。宽大敞亮的车间里，长长的设备，看似不起眼，但设备终端“吐出”的金黄色纤维可是航天级材料，这种材料叫聚酰亚胺，这条生产线是世界上第一条干法纺聚酰亚胺纤维生产线。“从聚合到纺丝，再到后整理，所有的工艺、设备全部是我们自行设计安装，拥有完全的自主知识产权。”王士华说这番话的时候透着自豪的神情。也很凑巧，就在同一天，奥神公司与武警森林部队签订了为后者提供5000套防火防护服的合同，这种防护服全部采用聚酰亚胺原料，这也标志着聚酰亚胺后道产品的开发也取得了新突破。

金字塔尖上的纤维

聚酰亚胺纤维不仅具有很高的强度和模量，而且耐化学腐蚀性、热氧化稳定性和耐辐射性能十分优越，在高温、放射性环境中具有比其他高性能纤维更大的优势，是国家急需的新材料之一，也是新一代高性能纤维的典型代表。由于生产过程复杂，技术含量极高，被誉为“金字塔尖上的纤维”。

一直以来，世界上只有极少数公司实现了规模化生产，但生产工艺均采用湿法纺丝技术路线，该方法使用大量水与溶剂的混合物为凝固浴，导致生产流程长、溶剂回收能耗大、易造成环境污染等问题。奥神公司与东华大学通过产学研合作，经过十余年的基础科学和工程技术研究，在世界上首创了干法纺丝制备聚酰亚胺纤维的理论基础和技术集成，在此基础上建成了国际上首条干法纺聚酰亚胺纤维1000吨级生产线。该项技术的突破，实现了我国高性能纤维研发开始从跟随到自主创新的转变，对提升我国高性能纤维产业的研究、生产、应用水平具有重大意义，该项成果无可争议地获得“纺织之光”2015年中国纺织工业联合会科技一等奖。

研发过程曾让他一度崩溃

干法纺丝制备聚酰亚胺纤维的成功让人们记住了一个名字——张清华。从1999年在东华大学获得博士学位留校开始，他就把聚酰亚胺纤维作为研究方向。那个时候每月的工资只有1200元，和他在一起工作的年轻人无法忍受枯燥的研究和待遇低纷纷选择了离开，只有他出于对聚酰亚胺的执着坚持了下来。

为了克服湿法纺丝工艺的弊端，张清华从开始就把目标瞄向干法纺丝。干法纺丝是纺丝浆液通过喷丝孔后，丝条经过高温甬道，溶剂迅速挥发，生成初生纤维。与湿法纺丝方法相比，干法成形避免了凝固浴，具有纺丝速度快、溶剂冷凝回收容易等优点，因此干法纺丝是高效环保的工艺技术路线。

研究过程究竟有多难？实际上，美国在上世纪60年代首先采用湿法开发出聚酰亚胺，由于始终无法产业化而停滞下来。我国也在上世纪70年代搞过研究，后来也没有继续下去。“许多关键问题理论上可行，但工程中无法实现。”张清华的研究过程颇为艰辛，因为很多技术攻克不了，他曾经一度陷入崩溃。但失败的过程又让张清华有了更多的积累，一条路不行，换一种思路继续进行新的试验。就在一次次失败过后，张清华终于摸索出了“反应纺丝”制备聚酰亚胺纤维的新思路。该思路利用前驱体纤维在干法纺丝成形过程中伴有部分环化反应的机理，建立了干法成形动力学模型及纤维凝聚态结构调控方法，为纤维生产工艺的确定和设备的成套化提供了理论基础。

纤维性能超过P84

2007年，张清华在实验室中得到了第一卷干法制备的聚酰亚胺纤维，兴奋之余，他又陷入新的苦恼，经费的缺乏，下一步攻关如何走？也就是在这个时候，日本人提出可以提供大笔的资金，前提是要技术共享。张清华心里最明白，这项研究极其耗钱，没有钱研究无法进行，他妥协了，准备与日本人合作。而就在2009年，国务院在《纺织工业调整和振兴规划》中明确提出，要大力推进高新技术纤维产业化及应用的发展，加速实现高性能碳纤维、聚酰亚胺纤维等高新技术纤维和复合材料的产业化。国家的政策导向，让张清华看到了中国人自主研发的希望，他随即单方面终止了与日本人的合作，转向与江苏奥神新材料股份有限公司合作进行产业化攻关。

国家几个部委开始把聚酰亚胺列为鼓励进口的先进技术和设备。此时，奥神公司的王士华也从国家的产业政策中看到了机会，“事实上，技术也进不来，设备也进不来，只能靠我们自己。”就这样，奥神与东华大学正式开始了产学研合作。

从实验室到产业化也并非易事，“刚开始，牵伸后的纤维总是折断，每天躺在床上满脑子都是折断的纤维。”王士华被断丝折磨得睡不着觉。然而，失败的烦恼并没有让他失去信心。产学研双方就是在不断失败的基础上，摸索出了成熟的工艺。适应“反应纺丝”技术要求的纺丝浆液、环化-牵伸一体化后处理方法、干法纺丝生产设备的集成？？一系列工艺、设备的突破，使世界上首条干法聚酰亚胺生产线终于顺利运行。

干法纺聚酰亚胺的问世，迫使进口产品价格从42万元/吨降低到25万元/吨。经与奥地利兰精公司的P84纤维相比，该项成果所采用的创新性工艺技术实现了生产效率高、能耗低、产品品质高，溶剂回收率达到95%以上，产品主要性能指标也最为优异。目前，批量生产的聚酰亚胺纤维已成功用于水泥、电力、钢铁等高温滤料和特种防护领域，对治理PM10和PM2.5等大气污染发挥了重要作用。

业内对干法纺聚酰亚胺的成功给予了高度评价，认为不仅打破了国外产品的垄断，而且以明显的技术水平和成本优势参与国际竞争，推动了我国高性能纤维的跨越式发展。“尽管我国在聚酰亚胺纤维的制备技术方面走在世界前列，但毕竟我们的产业化才刚刚起步，还有很多研发工作要做。”张清华和奥神公司正着眼于新的研发，并努力拓展更多的应用领域。