我國的化纖工業(yè)及其工程科技發(fā)展趨勢論文
1.我國化學(xué)纖維工業(yè)的歷史回顧
1.1發(fā)展歷史
早在20世紀(jì)50年代，我國就確立了發(fā)展化纖和天然纖維并舉的方針，指引著化纖工業(yè)半個(gè)世紀(jì)的快速發(fā)展。其間，對(duì)我國化學(xué)纖維工業(yè)的發(fā)展具有重要意義的事件有：新中國成立不久，恢復(fù)安東化纖廠和上海安樂人造絲廠的生產(chǎn);從東德引進(jìn)保定化纖廠粘膠長絲和北京合成纖維實(shí)驗(yàn)廠尼龍長絲生產(chǎn)技術(shù)和裝備。60年代，自力更生建設(shè)了南京、吉林、新鄉(xiāng)等地一批粘膠纖維廠，從日本引進(jìn)萬噸級(jí)規(guī)模的北京維尼綸廠，之后又在全國建設(shè)了9個(gè)維尼綸廠。七八十年代,建設(shè)了上海石化等四大化纖和儀征化纖等基地以及平頂山簾子布、阿城滌綸等一些大廠。后又建設(shè)了一批中等規(guī)模的化纖企業(yè)。90年代中后期，三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和民營企業(yè)的蓬勃發(fā)展，中國化纖工業(yè)的總量又上了一個(gè)新臺(tái)階。近20年化纖年平均增長15%,2000年化纖產(chǎn)量為694x1041。經(jīng)過40多年的發(fā)展，1998年中國化纖產(chǎn)量首次超過美國躍居世界第一，中國化纖產(chǎn)量已占世界24%。
1.2 發(fā)展現(xiàn)狀及地位
目前我國化纖纖維工業(yè)品種齊全，已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)門類齊全的工業(yè)體系，并形成以下特點(diǎn)：大類品種齊全，粘膠、滌綸、錦綸、腈綸、維綸、氨綸和氯綸等都有生產(chǎn);已建立和發(fā)展了多個(gè)大型化纖原料聯(lián)合企業(yè);已能自制現(xiàn)代化化纖設(shè)備，國產(chǎn)化率70%;有了較強(qiáng)的工程建設(shè)和生產(chǎn)管理能力。
化纖在紡織纖維加工總量中占重要地位。在原料、性能、花色品種、用途等多方面支持紡織工業(yè)發(fā)展，支持紡織品出口創(chuàng)匯。在全國紡織工業(yè)原料中，化纖已占63%。紡織品出口2000年達(dá)到524億美元，占世界貿(mào)易的13%。我國化纖發(fā)展和國際產(chǎn)量比較見圖1。
國化纖發(fā)展和國際比較1.3差距和不足我國化纖工業(yè)也存在一些差距，主要表現(xiàn)在:差別化和功能性纖維較弱;裝備和工程開發(fā)能力不強(qiáng);高技術(shù)、高性能纖維尚無大生產(chǎn)：引進(jìn)技術(shù)和設(shè)備有余，研究、開發(fā)和創(chuàng)新不足;生產(chǎn)企業(yè)總體上小而散，國際競爭力不強(qiáng)。
2新世紀(jì)初我國化纖工程科技發(fā)展方向
我國化纖在今后10年的增長，預(yù)計(jì)將和國際發(fā)展趨勢一樣，在種類上仍以滌綸、錦綸、腈綸、丙論和粘膠纖維為主體，其他一些新纖維將成為研究開發(fā)的重點(diǎn)，但數(shù)量不大。到2010年我國化纖產(chǎn)量估計(jì)會(huì)達(dá)到工程科技的發(fā)展趨勢如下：
2.1常規(guī)產(chǎn)品差別化、功能化
2.1.1通過改變物理形態(tài)或化學(xué)結(jié)構(gòu)，賦予纖維新的性能和功能
1) 納米技術(shù):將納米材料引入聚合物中賦予纖維新的功能。如:超雙疏性二元協(xié)同納米材料,可使織物具有防水和防油的功能。超雙親性二元協(xié)同納米材料，使織物具有防污清潔功能。納米粒子添加到聚合物中,制備導(dǎo)電母粒,可紡制導(dǎo)電纖維。
2) 多異纖維：以異材質(zhì)、異纖度、異截面、異收縮為特征的多異纖維經(jīng)織造、染整處理后，會(huì)賦予面料特殊的觀感、觸感和性能。關(guān)鍵技術(shù)在于噴絲板和紡絲組件的設(shè)計(jì)和制造，以及紡絲工藝技術(shù)。
3) 復(fù)合纖維：復(fù)合纖維有4種斷面形態(tài)，即：并列型、皮芯型、拮瓣型和海島型。復(fù)合纖維可以采用多種高分子物質(zhì)或不同分子量的同一種高分子物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合，從而使復(fù)合纖維具有獨(dú)特的性能和功能。
4) 細(xì)旦、超細(xì)旦纖維、紡絲纖度發(fā)展見表1。
5) 共聚或共混纖維。共混纖維可以在聚合物中添加其他材料，使之具有特殊性能;如添加ZnO可反射紫外線,BaS04呈現(xiàn)珍珠光澤,ZrC耐紅外線輻射，C增加導(dǎo)電性，Ag-沸石可抗菌，U6和B-10可防中子輻射。
6) 接枝改性纖維。
2.1.2通過上述多種技術(shù)方法’達(dá)到仿真、超真、特具風(fēng)格和多種功能。如:具有易染、抗靜電、高吸濕、阻燃、高收縮、抗紫外線輻射、遠(yuǎn)紅外保暖等功能。
2.2提高工藝和裝備水平
化纖工程技術(shù)向大容量、高速度、自動(dòng)化、智能化發(fā)展,有效地降低單位產(chǎn)能的投資與生產(chǎn)成本。2.2.1紡絲速度紡絲速度經(jīng)歷了由低向高發(fā)展的歷程，圖2就是一個(gè)形象描述。紡絲的卷繞速度，70年代相當(dāng)汽車，80年代相當(dāng)火車，90年代相當(dāng)磁懸浮列車,21世紀(jì)初將達(dá)到噴氣式飛機(jī)的速度。
2.2.2工藝與裝備進(jìn)展見表2
2.3高性能纖維產(chǎn)業(yè)化
1) 高性能纖維以其高強(qiáng)、高模、耐高溫等特點(diǎn)，已在航空、航天、國防、建筑、水利、環(huán)保等領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用，比較典型的高性能纖維是芳香族聚釀胺纖維。高性能纖維強(qiáng)度進(jìn)展見表3。高性能纖維的耐高溫性能如圖3所示。
2) 芳香族聚既胺纖維(對(duì)位和鄰位)、碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維(相對(duì)平均分子質(zhì)量為400萬)、高強(qiáng)維綸,還有PBO,PEN,Basofil等高性能纖維。我國工程化和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)滯后,應(yīng)加快趕上去。
3) 提高常規(guī)化纖物性向理論值靠攏通過改進(jìn)大分子結(jié)構(gòu)、形態(tài)，使常規(guī)化纖的物理性能向“超級(jí)”纖維發(fā)展。具體見表4。2.2.3生產(chǎn)過程的連續(xù)化、高效化傳統(tǒng)的：聚合一紡絲一牽伸—變形(P—S—D^T);改進(jìn)為：聚合-紡絲—牽伸-變形(POY—DTY);甚至：聚合-紡絲-牽伸-變形。
2.4綠色環(huán)保和新型纖維
鑒于石油資源日益減少，環(huán)境污染嚴(yán)重和要求人體生物相容等因素，近年來，發(fā)達(dá)國家在大力研究以農(nóng)產(chǎn)品和生物工程為主要原料和技術(shù)路線'的綠色纖維。
2.4.1溶劑法纖維素纖維(Lyocell)它以纖維素為原料，具有天然纖維和人造纖維的舒適性，包括良好的吸濕性、透氣性、柔和的光澤，優(yōu)良的染色及生物可降解性�？芍频酶呔酆隙龋呓Y(jié)晶度的纖維，從而使纖維的強(qiáng)度(特別是濕態(tài)強(qiáng)度)增加。產(chǎn)品的服用性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于合成纖維(表4）
該技術(shù)最先由英國Courtaulds公司研制開發(fā)，被譽(yù)為21世紀(jì)的革命性纖維。目前，除英國外，奧地利、美國、德國也具有這種纖維的生產(chǎn)技術(shù)。Lyocell纖維的'技術(shù)原理是以N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMM0)的水溶液為溶劑直接溶解表5纖維素(圖4)。其生產(chǎn)工藝分3個(gè)過程;①將纖維素漿粕溶解在NMMO的水溶液中，形成有假塑性穩(wěn)定的濃溶液(10%-20%);②經(jīng)過濾、脫泡后的紡絲液在稀氯化胺凝固液中沉淀析出，形成纖維;③再經(jīng)洗滌、拉伸、干燥等后加工，制成可供紡織的纖維素纖維。
2.4.2 對(duì)苯二甲酸丙二酯PTT纖維(PolytrimethyleneTelephalate)171PTT是繼50年代PET,70年代PBT后工業(yè)化的新合纖，由對(duì)苯二甲酸和丙二醇縮聚而成。PIT性能好,具有PET耐化學(xué)性和Nylon的彈性回復(fù)及抗污性,還有良好的易染性、耐磨性，高速和細(xì)旦可紡性(表6)。
1941年，美國CalicoPrinters公司就開發(fā)成功PTT,但因原料丙;醇價(jià)貴當(dāng)時(shí)未能工業(yè)化。90年代初，德國Degussa公司開發(fā)用丙烯醛路線制丙二醇，在Antwerpen建成2000t/a中試線，1996年又建成50000t/a丙二醇大裝置，并和Zimmer公司合作建設(shè)PTT化纖廠。1995年,Shell公司建成5000t/a裝置，并已有環(huán)氧乙烷路線的丙二醇中試線2500t/a,還在擴(kuò)建7xlO4t/a的丙二醇生產(chǎn)線。因其成本低、效率高，現(xiàn)又建設(shè)11.5x104t/a的PTT裝置，已于2001年投產(chǎn)。此外,杜邦公司也在開發(fā)用生物酶制丙二醇的新路線,擬建PTT生產(chǎn)線。
PTT纖維：是優(yōu)良的地毯材料，因其回彈性和染色性能好，適合做內(nèi)衣、泳裝等，也適于做高檔服裝面料，手感、豐滿度和懸垂性好。國際化纖界對(duì)PTT的發(fā)展前景看好，有專家估計(jì)2010年生產(chǎn)能力可能擴(kuò)大到100x104to我國應(yīng)創(chuàng)造條件，及時(shí)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。PPT纖維因其分子含3個(gè)碳原子,擴(kuò)大了鏈間結(jié)構(gòu)，因而纖維易染、蓬松、有-彈性，可常壓染色，彌補(bǔ)PCT的不足。
2.4.3乳酸纖維(PLA)是一種生物可降解的環(huán)保型纖維1891聚乳酸纖維(Lactron),是1992年由日本島津和鐘紡開發(fā)的，它以玉米淀粉為原料,發(fā)酵后轉(zhuǎn)化成乳酸。乳酸的聚合體熔融紡絲,乳酸纖維的物理性能接近尼龍和滌綸,強(qiáng)力5g/dtoc,熱穩(wěn)定性和熱塑性好;生物降解性能優(yōu)于纖維素纖維，較軟、較輕(密度1.2),染色性好，色牢度高于3級(jí)，有生物相容性，服用舒適、安全。聚乳酸纖維物理性能見表7。
乳酸纖維可制成復(fù)絲、單絲、短纖、假捻變形、針織物、無紡布等，用于服裝(內(nèi)、外衣)、產(chǎn)業(yè)(建筑、農(nóng)用、林用、造紙用)和醫(yī)衛(wèi)等。
乳酸纖維原料豐富，不用石油，友好環(huán)境，性能優(yōu)良，是環(huán)保纖維，發(fā)展前景廣闊。美國CargilDowPolymer公司投資3億美兀，已建設(shè)了以玉米為原料的14x104t/a聚乳酸纖維工廠。我國也應(yīng)加強(qiáng)研究開發(fā)。
2.4.4大豆蛋白纖維[10]蛋白纖維在國外的研究始于1935年,意大利Fessetli從牛奶酪中研制蛋白纖維;1938年，美國ICI公司從花生中研制蛋白纖維;1939年，ComProductRefining公司從玉米中提煉蛋白纖維;1948年，美國通用汽車公司從豆粕提取大豆纖維;但都由于原料限制，纖維性能不理想(強(qiáng)力低、色黃)，得率低(如東洋紡從牛奶提煉蛋白質(zhì)得率僅2%)，成本高等原因，未實(shí)現(xiàn)大工業(yè)化生產(chǎn)。
在我國河南濮陽，經(jīng)10年研究開發(fā)，已初步開發(fā)成功大豆蛋白纖維,建成1500t/a裝置。生產(chǎn)過程為：大豆粕浸泡后分離出球蛋白，和聚乙烯醇、丙烯腈等共聚后紡絲成纖。具有羊絨的手感，蠶絲的光澤，棉纖維的導(dǎo)濕，似羊毛的保暖性。尚待改進(jìn)之處有手感較爛;抗皺彈性差;短纖維抱合力較小等。我國原料豐富，紡織加工能力強(qiáng)，經(jīng)過改進(jìn)提高和一條龍產(chǎn)品開發(fā),很有發(fā)展前途。
2.4.5甲殼質(zhì)纖維(ChUin)甲殼質(zhì)是N-乙酰基-D-葡萄糖胺，為多糖類高分子，簡稱異丁聚糖。甲殼質(zhì)纖維以蝦、蟹等的甲殼為原料,經(jīng)提純和化學(xué)處理后紡絲。纖維有極好的生物相容性,是理想的衛(wèi)生、保健紡織品和醫(yī)用材料，適于做內(nèi)衣和醫(yī)用敷料。我國已經(jīng)開始產(chǎn)業(yè)化。
2.4.6仿蜘蛛絲20世紀(jì)化纖的發(fā)展，基于石油研制出各種聚合體,如尼龍、腈綸、滌綸等。21世紀(jì)化纖發(fā)展的一個(gè)方向，是運(yùn)用生物工程把谷物、玉米、土豆等天然植物先轉(zhuǎn)化為醣，再轉(zhuǎn)化成抽絲的原體,這種方法,原料豐富,成本低,符合環(huán)保。杜邦公司正在進(jìn)行上述技術(shù)的基礎(chǔ)研究，仿蜘蛛絲僅是首例。
杜邦公司運(yùn)用生物工程著力研究DNA(脫氧核糖核酸)的重新聯(lián)合,仿造蜘蛛絲。運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，建立蜘蛛絲蛋白質(zhì)各種成分的分子模型，然后運(yùn)用遺傳學(xué)基因合成技術(shù)，把遺傳基因植人酵母和細(xì)菌，仿制出蜘蛛絲蛋白質(zhì)，溶解后抽絲。它的特性是輕、強(qiáng)、有彈性，纖度可達(dá)真絲的1/10,強(qiáng)力是相同纖度鋼絲的5~10倍(見圖5、6)。
2.4.7聚酯瓶和化纖度舊料的回收再利用現(xiàn)已經(jīng)有先進(jìn)技術(shù)，把聚酯瓶和化纖廢舊料還原成聚合體或化纖單體，做絮棉、地毯和人造毛皮等。
3.需要加強(qiáng)的一些薄弱環(huán)節(jié)
3.1 化纖原料與抽絲能力的平衡
我國的化纖原料落后于抽絲能力。合纖原料40%以上需進(jìn)口,應(yīng)加快提高國產(chǎn)率。圖7為化纖與乙烯產(chǎn)量比較圖。
3.2發(fā)展工程公司,增強(qiáng)自主建設(shè)實(shí)力
工程公司要有消化吸收和試驗(yàn)創(chuàng)新的手段，要有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)(也可用人家技術(shù))，承包工程實(shí)力(尤其是經(jīng)濟(jì)和技術(shù))和承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的能力。同時(shí)，工程公司要和生產(chǎn)企業(yè)、制造單位合作，和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，在交往、合作和承包項(xiàng)目上要和國際接軌。工程公司可以隸屬于大的企業(yè)集團(tuán)。我國已引進(jìn)了幾百條生產(chǎn)線，我國化纖在設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)、運(yùn)行、管理等方面也已具有相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn),關(guān)鍵在于集成，工程公司應(yīng)成為集成的主體，同時(shí)需要政府、社會(huì)、銀行、保險(xiǎn)等部門的支持。
3.3優(yōu)化企業(yè)結(jié)構(gòu),改變小而散的格局
我國化纖工業(yè)雖有一些大型企業(yè)，但為數(shù)甚少,從整體上看,平均規(guī)模不足發(fā)達(dá)國家的1/10。化纖及主要品種平均產(chǎn)能比較見表8。
企業(yè)結(jié)構(gòu)需要在社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展中優(yōu)化,通過聯(lián)合、兼并、債轉(zhuǎn)股、破產(chǎn)、改制等方式形成相當(dāng)一部分科、工、貿(mào)一體的大企業(yè)集團(tuán)，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力、技術(shù)實(shí)力和營銷實(shí)力，這樣才能和國際大型企業(yè)競爭。
3.4加強(qiáng)消化吸收研究開發(fā)和自主創(chuàng)新能力
大企業(yè)集團(tuán)要建立研究開發(fā)中心，在經(jīng)濟(jì)上加大投人,并配備相關(guān)的各種專業(yè)力量，明確責(zé)任制與獎(jiǎng)懲制度。企業(yè)主要領(lǐng)導(dǎo)分工負(fù)責(zé)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合。企業(yè)的研發(fā)工作要有自己的特色與制高點(diǎn)，上下游垂直整合進(jìn)行技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā),講求實(shí)效。
3.5人才問題
人才是企業(yè)發(fā)展的根本，企業(yè)要建立多元化的人才支撐體系,應(yīng)招聘、培養(yǎng)經(jīng)營管理、生產(chǎn)、建設(shè)、研發(fā)等各方面人才，建立在職培訓(xùn)制度;年輕干部要有學(xué)歷，中級(jí)以上的專業(yè)人才必須掌握一門外語;積極擴(kuò)大人才引進(jìn)和對(duì)外開放，參加相關(guān)的國際活動(dòng),補(bǔ)充高新技術(shù)人才,尤其是復(fù)合型人才。
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