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對位芳綸工業(yè)化生產(chǎn)技術

2022-04-26 13:34:30
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關鍵詞: 新材料
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所屬領域:
新材料及其應用
項目成果/簡介:

1.痛點問題

聚對苯二甲酰對苯二胺纖維(我國稱為對位芳綸或芳綸1414)是一種高性能纖維,具有高強高模、耐高溫、耐酸堿以及重量輕等優(yōu)異性能,其性價比在所有高性能纖維中最高,因此在眾多民用和國防領域都有廣泛的應用,是目前產(chǎn)量最大、用途最廣的高性能纖維。但是,由于對位芳綸生產(chǎn)技術難度大,涉及領域眾多,我國雖然對對位芳綸的技術進行了持續(xù)的研發(fā)投入,目前也已實現(xiàn)了工業(yè)量產(chǎn),但是在產(chǎn)品質量、穩(wěn)定性及系列化方面和國外先進技術相比仍有明顯差距。

2.解決方案

對位芳綸的生產(chǎn)涉及三個不同的領域:聚合、紡絲和溶劑回收。對位芳綸聚合存在單體活性高、聚合放熱量大、聚合過程相變復雜等一系列難題;對位芳綸的紡絲存在溶解中伴隨降解、非牛頓流體的復雜流變學特性、紡絲過程中的取向與解取向的競爭;溶劑回收雖然主要是物理分離過程,但是也存在萃取劑分解酸化的難題,處理不好對結合會產(chǎn)生致命性影響。

針對以上各個部分的問題,由清華大學化工系高分子研究所庹新林團隊對這些問題進行了系統(tǒng)深入的研究,形成了具有完全自主知識產(chǎn)權的全連續(xù)聚合技術,連續(xù)批量的溶劑回收技術及高速液晶紡絲技術,并最終集成形成成套專利技術,可以實現(xiàn)對位芳綸纖維千噸級以上的規(guī)模化穩(wěn)定生產(chǎn)。

合作需求

與合作方共同推進工業(yè)生產(chǎn)和應用,合作方需具備資金、場地、技術團隊。

項目階段:

芳綸的國產(chǎn)化應用很存有很大缺口,一旦實現(xiàn)了對位芳綸的國產(chǎn)化,僅國內消費量將快速提升到2萬噸/年以上,而且可以快速提升我國在航空航天,高鐵,汽車,光纜等眾多領域的水平。鑒于目前我國對位芳綸的發(fā)展速度,在未來5年內,將是一個技術成熟和快速發(fā)展的階段。本項成果有望加速我國對位芳綸產(chǎn)業(yè)發(fā)展,無論從社會效益還是經(jīng)濟效益角度看,都具有重要意義。

效益分析:

技術優(yōu)勢:本項目技術優(yōu)勢有:國內首家實現(xiàn)全連續(xù)聚合,實現(xiàn)了聚合物料性狀的穩(wěn)定,為紡絲生產(chǎn)打下堅實基礎;溶劑回收解決了萃取劑酸化以及能耗的問題,實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn);在紡絲技術上,創(chuàng)新性解決了高粘原液的脫泡問題,降低了聚合物在紡絲過程中的降解。紡出的纖維和同類產(chǎn)品相比,色澤鮮亮穩(wěn)定,雜質含量低,纖維柔軟,質量穩(wěn)定,非常利于下游的織布和復合加工。

成本優(yōu)勢:本項目成功實現(xiàn)了關鍵設備的國產(chǎn)化。如雙螺桿反應器,國外進口設備動輒數(shù)千萬一臺,且缺乏設備和工藝配套的保障;而本項目和國內設備廠家合作共同研發(fā),順利實現(xiàn)了雙螺桿反應器的國產(chǎn)化,國產(chǎn)后設備價格約為進口設備的十分之一。僅此一項,在目標產(chǎn)品的成本上就可以節(jié)約至少1萬元/噸。

市場規(guī)模:對位芳綸纖維最早開發(fā)于20世紀60年代初,并于1973年由杜邦公司率先實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),產(chǎn)品名“Kevlar”。目前全球生產(chǎn)對位芳綸纖維的廠家主要有美國杜邦公司和日本帝人公司,兩家產(chǎn)能在6.75萬噸/年。近些年韓國有三家公司實現(xiàn)了對位芳綸纖維的工業(yè)化生產(chǎn),產(chǎn)能總共在5000噸/年左右。由于對位芳綸在航空航天領域有重要的用途,所以至今一直被西方作為管控物資對我國禁運,對其生產(chǎn)技術也是嚴格保密封鎖,因此我國長期以來未能實現(xiàn)完全的技術突破。目前,國內已有幾家企業(yè)開始批量生產(chǎn),但產(chǎn)能偏小,產(chǎn)品系列如高強、高模尚為空白。近些年隨著我國經(jīng)濟和許多高端制造領域的發(fā)展,對對位芳綸的需求量越來越大,尤其對高強、高模牌號的需求越來越急迫。據(jù)行業(yè)估計,僅我國目前每年對對位芳綸纖維的需求就超過萬噸,目前國內產(chǎn)能遠遠不能滿足需求,嚴重抑制了許多領域的發(fā)展。

盈利前景:對位芳綸聚合所用原料是普通的化工原料,價格在3萬元/噸左右,制備成纖維后價格在十幾萬到上百萬/噸。

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