功能性纖維的發(fā)展水平，是衡量一國(guó)纖維科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。纖維用功能母粒則是纖維實(shí)現(xiàn)共混改性和功能化的核心技術(shù)。
關(guān)鍵技術(shù)不能受制于人，必須實(shí)現(xiàn)自主可控。
“纖維用功能母粒設(shè)計(jì)與制備關(guān)鍵技術(shù)”實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)纖維用功能特種材料的集成創(chuàng)新，改變了我國(guó)纖維用功能母粒此前高度依賴進(jìn)口的局面，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)纖維用功能母粒的國(guó)產(chǎn)化突破，尤其是滿足了相關(guān)軍工領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
功能母粒取得國(guó)產(chǎn)化突破
纖維用功能母粒是以熱塑性高分子為載體，以高含量微納功能粉體為主體，添加少量助劑與分散劑，經(jīng)過(guò)熔融擠出加工得到的顆粒狀功能材料。
寶麗迪母粒產(chǎn)品
高性能纖維及制品教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王華平表示，受母粒、紡絲基體、紡絲工藝，以及加工和應(yīng)用環(huán)境的影響，纖維功能母粒的設(shè)計(jì)、制備及應(yīng)用涉及的技術(shù)復(fù)雜，品質(zhì)控制嚴(yán)，研發(fā)周期長(zhǎng)，制備成本高，一直是國(guó)際纖維領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。
很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，在全球纖維市場(chǎng)上，西歐、美國(guó)等地的企業(yè)一直占據(jù)著功能母粒市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。在我國(guó)，功能母粒此前成為制約功能性纖維發(fā)展的重要因素，企業(yè)規(guī)模普遍較小，且母粒的品質(zhì)波動(dòng)較大。尤其是在軍民兩用材料方面，國(guó)外對(duì)我國(guó)實(shí)行嚴(yán)格的技術(shù)禁用和技術(shù)封鎖，如導(dǎo)電、磁性、隱身、防偽、化學(xué)防護(hù)、微生物防護(hù)等領(lǐng)域。因此，突破我國(guó)功能母粒的關(guān)鍵制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化功能母粒的自主開發(fā)刻不容緩。
從2016年開始，東華大學(xué)、上海工程技術(shù)大學(xué)、蘇州寶麗迪材料科技股份有限公司、上海朗億功能材料有限公司組成項(xiàng)目組，攻克微納材料功能強(qiáng)化、母粒及紡絲過(guò)程中的快速均勻分散、高比例添加與可紡性統(tǒng)籌、多功能耦合協(xié)效等難題，全產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計(jì)、一體化實(shí)施，進(jìn)行高效生態(tài)抗菌、導(dǎo)電抗靜電、光熱濕舒適、低毒低煙阻燃、隱身與防透等功能母粒的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。
功夫不負(fù)有心人。2018年9月，“纖維用功能母粒設(shè)計(jì)與制備關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目取得了重大突破，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)纖維用功能特種材料的集成創(chuàng)新。
蘇州寶麗迪材料科技股份有限公司董事長(zhǎng)徐毅明介紹，項(xiàng)目在系統(tǒng)研究纖維功能強(qiáng)化與復(fù)配、混合與分散、流動(dòng)與成形機(jī)理基礎(chǔ)上，突破了抗菌纖維的生態(tài)安全瓶頸，構(gòu)建了無(wú)機(jī)功能材料高支化刷狀聚酯修飾的高效分散技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高濃度功能母粒的穩(wěn)定制備。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了親水柔軟、陽(yáng)離子染料易染等高含量聚酯母粒精準(zhǔn)合成，開創(chuàng)了共聚型母粒制備新體系；開發(fā)出抗水解及抗熔滴阻燃母粒，提升了高敏感型功能纖維的品質(zhì)。
項(xiàng)目強(qiáng)化了纖維用母粒的多功能復(fù)合與加工適應(yīng)性，開發(fā)的高效生態(tài)抗菌、導(dǎo)電抗靜電、光熱濕舒適、低毒低煙阻燃、隱身與防透等功能母粒，已經(jīng)應(yīng)用到了聚酯熔體直紡、再生聚酯、聚乳酸纖維等領(lǐng)域。
目前，該項(xiàng)目已獲得授權(quán)發(fā)明專利12項(xiàng)，發(fā)表論文9篇，具有完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。經(jīng)過(guò)中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)的鑒定，該項(xiàng)目創(chuàng)新性強(qiáng)，總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平�！袄w維用功能母粒設(shè)計(jì)與制備關(guān)鍵技術(shù)”獲得了“2022年度中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)”。
徐毅明表示，項(xiàng)目的實(shí)施，提升了我國(guó)纖維用功能母粒的設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造及應(yīng)用水平，支撐了纖維行業(yè)和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力的發(fā)展。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了纖維用功能母粒的國(guó)產(chǎn)化突破，支撐了國(guó)防軍工領(lǐng)域特種纖維材料的應(yīng)用需求。
東華大學(xué)紡織科技創(chuàng)新中心副研究員吉鵬說(shuō)：“項(xiàng)目改變了我國(guó)纖維用功能母粒此前高度依賴進(jìn)口的局面。項(xiàng)目開發(fā)的高磷含量阻燃、耐水解阻燃母粒，實(shí)現(xiàn)了在消防管帶、偽裝遮蓋等軍民領(lǐng)域的應(yīng)用，使我國(guó)率先在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)了再生聚酯與聚乳酸纖維的多功能化�！�
產(chǎn)學(xué)研合作實(shí)現(xiàn)“三個(gè)發(fā)明”
不管是在哪個(gè)領(lǐng)域，關(guān)鍵技術(shù)都不能受制于人，必須牢牢掌握在我們自己手中。纖維用功能母粒技術(shù)也不例外。我國(guó)纖維用功能母粒技術(shù)能成功實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，背后是相關(guān)科研院所和企業(yè)的研發(fā)人員日復(fù)一日的攻堅(jiān)克難。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了三個(gè)發(fā)明。
項(xiàng)目發(fā)明了微納無(wú)機(jī)粉體功能強(qiáng)化及高分散共混型纖維母粒制備技術(shù)，在這方面攻克了3大關(guān)鍵技術(shù)，包括磷酸鋯模板離子螯合擔(dān)載金屬離子及抗菌功能強(qiáng)化技術(shù)、溶膠—凝膠法功能材料原位復(fù)合技術(shù)，以及無(wú)機(jī)功能粉體高支化刷狀聚酯分散及母粒制備技術(shù)。
以磷酸鋯模板離子螯合擔(dān)載金屬離子及抗菌功能強(qiáng)化技術(shù)為例，由于銀離子、銅離子等抗菌功能組分的高活性和濕熱敏感性，會(huì)導(dǎo)致活性組分析出流失，基體降解嚴(yán)重，惡化紡絲性能。基于層狀磷酸鋯晶型可控性好、耐熱和耐化學(xué)性，介孔立方結(jié)構(gòu)磷酸鋯層狀結(jié)構(gòu)高比表面積和電荷密度、穩(wěn)定的離子交換條件和通道、表面羥基可置換性和離子螯合能力，項(xiàng)目開發(fā)了介孔磷酸鋯模板法的規(guī)�；苽涔に嚕紻90＜0.9um，發(fā)明了介孔立方磷酸鋯離子螯合金屬離子方法，強(qiáng)化了金屬離子在磷酸鋯層狀結(jié)構(gòu)中分布，實(shí)現(xiàn)了立方磷酸鋯模板離子螯合擔(dān)載銅、鋅、銀等離子，有效調(diào)控金屬離子的釋放速率。
徐毅明表示，這不僅能兼顧銀、鋅、銅等離子的長(zhǎng)效釋放和安全性，還能減少纖維與面料產(chǎn)品在染整、加工過(guò)程中出現(xiàn)離子析出。母粒有效成分擔(dān)載量高達(dá)10.0±0.5wt%，在纖維中的添加量低至0.3wt%，能實(shí)現(xiàn)高效廣譜抑制殺滅。
“功能性和流動(dòng)性是微納粉體共混型纖維母粒的基礎(chǔ)，分散性是纖維功能母粒的關(guān)鍵。在研發(fā)過(guò)程中，我們必須進(jìn)一步強(qiáng)化粉體的功能，提高加工適應(yīng)性與安全性，攻克高固含量粉體在母粒與纖維加工過(guò)程中的團(tuán)聚。”吉鵬解釋，“這樣，當(dāng)把母粒用于纖維生產(chǎn)中，才能提高纖維的生產(chǎn)效率和品質(zhì)，保障產(chǎn)品在熔體直紡等紡絲線上實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用�！�
項(xiàng)目發(fā)明了反應(yīng)性有機(jī)功能單元端基調(diào)控及微相分離共聚型纖維母粒制備技術(shù)，在該方面攻克了3大關(guān)鍵技術(shù)，包括反應(yīng)性有機(jī)功能單元端基設(shè)計(jì)與改性技術(shù)、多組分預(yù)酯化分級(jí)添加共聚型母粒制備技術(shù)，以及共聚型功能母粒干燥與微相分離紡絲工程技術(shù)。
“共聚型功能母粒是以反應(yīng)性功能單體和載體單體聚合得到的高含量、多組分共聚物，具有功能組分含量高、基體相容性好、對(duì)纖維機(jī)械性能影響小、功能穩(wěn)定、且不遷移等多重優(yōu)點(diǎn)，是纖維用母粒發(fā)展的新方向�！毙煲忝髡f(shuō)。
項(xiàng)目還發(fā)明了復(fù)合功能母粒多相結(jié)構(gòu)控制及舒適防護(hù)纖維制備技術(shù)，在此領(lǐng)域攻克了4大關(guān)鍵技術(shù)，包括復(fù)合功能母粒多相界面調(diào)控與非均相紡絲技術(shù)、復(fù)合功能母�？顾饧捌焚|(zhì)控制技術(shù)、光熱濕舒適復(fù)合功能母粒及纖維制備技術(shù)，以及阻燃防護(hù)復(fù)合功能母粒及纖維制備技術(shù)。
以阻燃防護(hù)復(fù)合功能母粒及纖維制備技術(shù)為例，針對(duì)阻燃防護(hù)纖維抗熔滴、低毒低煙等要求，項(xiàng)目發(fā)明了高溫?zé)峤宦?lián)的磷/硅協(xié)同阻燃抗熔滴技術(shù)。技術(shù)研制了高分子型聚膦酸酯阻燃劑與DMMP復(fù)配體系，實(shí)現(xiàn)了極限氧指數(shù)（LOI）為31.4%，UL-94達(dá)到了V-0級(jí)的阻燃抗熔滴、阻燃抗菌纖維制備。其阻燃指數(shù)（FRI）為4.31，為常規(guī)含磷共聚酯阻燃指數(shù)的2.5倍。項(xiàng)目研發(fā)的納米氮化硼球磨剝離負(fù)載聚磷酸銨高導(dǎo)熱阻燃抑煙技術(shù)，制備了低毒低煙阻燃聚酯，其總煙氣釋放量和一氧化碳的釋放速率分別為聚酯的68.1%和56.1%，使阻燃安全性大幅提高。
“為了滿足專業(yè)化定制與軍民兩用領(lǐng)域的需求，我國(guó)亟須開發(fā)多功能復(fù)合纖維。纖維的功能要求越多，對(duì)功能母粒的品質(zhì)要求就越高。采用多種功能母粒簡(jiǎn)單共混，添加比例高，不同功能材料及母粒載體交互影響大，不僅會(huì)造成纖維紡絲和后續(xù)的織造、染色加工困難，而且會(huì)使纖維性能和功能惡化，易受光、熱、濕度等應(yīng)用環(huán)境的影響，使用性能下降。項(xiàng)目突破了這些難題。”徐毅明表示。
產(chǎn)業(yè)化“變現(xiàn)”成果十分豐碩
一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，只有不“深藏”在實(shí)驗(yàn)室，而是真正落地，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，才是“王道”。纖維用功能母粒制備技術(shù)就做到了這一點(diǎn)。
該技術(shù)這幾年的產(chǎn)業(yè)化成果豐碩，不僅“催生”了母粒這一細(xì)分領(lǐng)域的一家上市公司，還在聚酯行業(yè)實(shí)現(xiàn)了“遍地開花”式的廣泛應(yīng)用，技術(shù)“變現(xiàn)”能力十分強(qiáng)。
上海朗億功能材料有限公司總經(jīng)理唐曉峰介紹，公司目前已經(jīng)建立了百噸級(jí)介孔磷酸鋯及擔(dān)載金屬離子抗菌材料生產(chǎn)線，建成了年產(chǎn)3000噸抗菌、耐水解功能材料及其母粒專有生產(chǎn)線。
憑借在纖維母粒領(lǐng)域形成的自主核心技術(shù)，寶麗迪鑄就了核心競(jìng)爭(zhēng)力，公司業(yè)績(jī)快速增長(zhǎng)，并順利上市。
寶麗迪建立了年產(chǎn)1萬(wàn)噸的纖維用功能材料及其母粒專有生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了抗菌、遠(yuǎn)紅外、導(dǎo)電、親水陽(yáng)離子易染色、阻燃，以及阻燃抗水解等功能聚酯母粒的規(guī)�；a(chǎn)。目前，寶麗迪的核心產(chǎn)品為原液著色和功能改性化纖母粒，母粒年產(chǎn)能為6萬(wàn)噸，涵蓋了聚酯和尼龍6兩大種類、10個(gè)系列產(chǎn)品。
徐毅明介紹，2022年公司的營(yíng)業(yè)收入保持增長(zhǎng)。公司已經(jīng)熟練掌握顏染料的液相分散技術(shù)，開發(fā)出節(jié)能減排、綠色環(huán)保型黑色色漿、彩色色漿、功能色漿等漿料。隨著公司色漿產(chǎn)品的成功開發(fā)，以及相關(guān)產(chǎn)品市場(chǎng)銷售的穩(wěn)定，公司在化纖原液著色方式上已形成了全覆蓋。
財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)顯示，2021年寶麗迪盈利10325.19萬(wàn)元，2022年預(yù)計(jì)盈利4500萬(wàn)元-4900萬(wàn)元。
項(xiàng)目技術(shù)在大型熔體直紡聚酯龍頭企業(yè)實(shí)現(xiàn)了大量應(yīng)用，比如江蘇國(guó)望高科纖維有限公司、福建百宏聚纖科技實(shí)業(yè)有限公司、儀征化纖等。
百宏聚纖研發(fā)部主任陳阿斌介紹，其技術(shù)在公司的熔體直紡裝置上實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)效抗菌、吸光發(fā)熱、復(fù)合抗菌等功能性滌綸的規(guī)�；a(chǎn)，包括83D/48F的FDY、83D/144F的FDY、167D/144F的FDY等規(guī)格。產(chǎn)品的制成率大于95%，AA率大于96%。
在儀征化纖，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)了常壓易染、親水仿棉、再生聚酯等功能纖維的規(guī)模化生產(chǎn)，包括55D/36F的FDY、167D/144F的FDY和150D/48F的DTY等，產(chǎn)品廣泛用于服裝、汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域。
值得注意的是，運(yùn)用項(xiàng)目技術(shù)開發(fā)的抗靜電/導(dǎo)電、電磁波屏蔽、隱身與防透、光熱濕舒適、阻燃抗熔滴等纖維，被無(wú)錫308所、揚(yáng)州斯帕克和軍需裝備所等單位推薦在裝備防護(hù)、軍裝上選型應(yīng)用。
此外，技術(shù)還首次實(shí)現(xiàn)了耐水解、阻燃聚乳酸纖維的制備，生產(chǎn)的纖維耐水解穩(wěn)定性提升了2-7倍。
在工業(yè)絲領(lǐng)域，其技術(shù)在百宏、江蘇索力得新材料集團(tuán)有限公司的生產(chǎn)裝置上，首次實(shí)現(xiàn)了840D/192F、420D/96F、930D/192F等規(guī)格的高強(qiáng)阻燃、阻燃有色、阻燃遠(yuǎn)紅外等滌綸工業(yè)絲的生產(chǎn)。纖維強(qiáng)力大于7.5cN/dtex，能夠滿足消防管帶、防偽遮蓋等應(yīng)用領(lǐng)域的需求。
“項(xiàng)目的成果非常豐碩，形成了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，全面提升了我國(guó)纖維母粒的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，也為我國(guó)纖維制備與紡織織造技術(shù)提供了關(guān)鍵的功能元素，有力支撐了紡織化纖行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展和同步升級(jí)�！蓖跞A平說(shuō)。
