功能性纖維的發(fā)展水平，是衡量一國纖維科技發(fā)展水平的重要標志之一。纖維用功能母粒則是纖維實現(xiàn)共混改性和功能化的核心技術。
關鍵技術不能受制于人，必須實現(xiàn)自主可控。
“纖維用功能母粒設計與制備關鍵技術”實現(xiàn)了先進纖維用功能特種材料的集成創(chuàng)新，改變了我國纖維用功能母粒此前高度依賴進口的局面，實現(xiàn)了我國纖維用功能母粒的國產(chǎn)化突破，尤其是滿足了相關軍工領域的應用需求。
功能母粒取得國產(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實驗室主任王華平表示，受母粒、紡絲基體、紡絲工藝，以及加工和應用環(huán)境的影響，纖維功能母粒的設計、制備及應用涉及的技術復雜，品質(zhì)控制嚴，研發(fā)周期長，制備成本高，一直是國際纖維領域競爭的制高點。
很長時間以來，在全球纖維市場上，西歐、美國等地的企業(yè)一直占據(jù)著功能母粒市場的主導地位。在我國，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)波動較大。尤其是在軍民兩用材料方面，國外對我國實行嚴格的技術禁用和技術封鎖，如導電、磁性、隱身、防偽、化學防護、微生物防護等領域。因此，突破我國功能母粒的關鍵制備技術，實現(xiàn)國產(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、上海工程技術大學、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目組，攻克微納材料功能強化、母粒及紡絲過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)鏈設計、一體化實施，進行高效生態(tài)抗菌、導電抗靜電、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)。
功夫不負有心人。2018年9月，“纖維用功能母粒設計與制備關鍵技術”項目取得了重大突破，實現(xiàn)了先進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徐毅明介紹，項目在系統(tǒng)研究纖維功能強化與復配、混合與分散、流動與成形機理基礎上，突破了抗菌纖維的生態(tài)安全瓶頸，構建了無機功能材料高支化刷狀聚酯修飾的高效分散技術，實現(xiàn)了高濃度功能母粒的穩(wěn)定制備。項目實現(xiàn)了親水柔軟、陽離子染料易染等高含量聚酯母粒精準合成，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)。
項目強化了纖維用母粒的多功能復合與加工適應性，開發(fā)的高效生態(tài)抗菌、導電抗靜電、光熱濕舒適、低毒低煙阻燃、隱身與防透等功能母粒，已經(jīng)應用到了聚酯熔體直紡、再生聚酯、聚乳酸纖維等領域。
目前，該項目已獲得授權發(fā)明專利12項，發(fā)表論文9篇，具有完整的自主知識產(chǎn)權。經(jīng)過中國紡織工業(yè)聯(lián)合會的鑒定，該項目創(chuàng)新性強，總體技術達到國際先進水平。“纖維用功能母粒設計與制備關鍵技術”獲得了“2022年度中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科學技術獎技術進步獎二等獎”。
徐毅明表示，項目的實施，提升了我國纖維用功能母粒的設計、研發(fā)、制造及應用水平，支撐了纖維行業(yè)和企業(yè)技術創(chuàng)新能力的發(fā)展。項目實現(xiàn)了纖維用功能母粒的國產(chǎn)化突破，支撐了國防軍工領域特種纖維材料的應用需求。
東華大學紡織科技創(chuàng)新中心副研究員吉鵬說：“項目改變了我國纖維用功能母粒此前高度依賴進口的局面。項目開發(fā)的高磷含量阻燃、耐水解阻燃母粒，實現(xiàn)了在消防管帶、偽裝遮蓋等軍民領域的應用，使我國率先在國際上實現(xiàn)了再生聚酯與聚乳酸纖維的多功能化�！�
產(chǎn)學研合作實現(xiàn)“三個發(fā)明”
不管是在哪個領域，關鍵技術都不能受制于人，必須牢牢掌握在我們自己手中。纖維用功能母粒技術也不例外。我國纖維用功能母粒技術能成功實現(xiàn)國產(chǎn)化，背后是相關科研院所和企業(yè)的研發(fā)人員日復一日的攻堅克難。該項目實現(xiàn)了三個發(fā)明。
項目發(fā)明了微納無機粉體功能強化及高分散共混型纖維母粒制備技術，在這方面攻克了3大關鍵技術，包括磷酸鋯模板離子螯合擔載金屬離子及抗菌功能強化技術、溶膠—凝膠法功能材料原位復合技術，以及無機功能粉體高支化刷狀聚酯分散及母粒制備技術。
以磷酸鋯模板離子螯合擔載金屬離子及抗菌功能強化技術為例，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，會導致活性組分析出流失，基體降解嚴重，惡化紡絲性能�；趯訝盍姿徜喚涂煽匦院�、耐熱和耐化學性，介孔立方結構磷酸鋯層狀結構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，項目開發(fā)了介孔磷酸鋯模板法的規(guī)�；苽涔に�，粒徑D90＜0.9um，發(fā)明了介孔立方磷酸鋯離子螯合金屬離子方法，強化了金屬離子在磷酸鋯層狀結構中分布，實現(xiàn)了立方磷酸鋯模板離子螯合擔載銅、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、加工過程中出現(xiàn)離子析出。母粒有效成分擔載量高達10.0±0.5wt%，在纖維中的添加量低至0.3wt%，能實現(xiàn)高效廣譜抑制殺滅。
“功能性和流動性是微納粉體共混型纖維母粒的基礎，分散性是纖維功能母粒的關鍵。在研發(fā)過程中，我們必須進一步強化粉體的功能，提高加工適應性與安全性，攻克高固含量粉體在母粒與纖維加工過程中的團聚�！奔i解釋，“這樣，當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現(xiàn)規(guī)�；瘧谩！�
項目發(fā)明了反應性有機功能單元端基調(diào)控及微相分離共聚型纖維母粒制備技術，在該方面攻克了3大關鍵技術，包括反應性有機功能單元端基設計與改性技術、多組分預酯化分級添加共聚型母粒制備技術，以及共聚型功能母粒干燥與微相分離紡絲工程技術。
“共聚型功能母粒是以反應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、對纖維機械性能影響小、功能穩(wěn)定、且不遷移等多重優(yōu)點，是纖維用母粒發(fā)展的新方向�！毙煲忝髡f。
項目還發(fā)明了復合功能母粒多相結構控制及舒適防護纖維制備技術，在此領域攻克了4大關鍵技術，包括復合功能母粒多相界面調(diào)控與非均相紡絲技術、復合功能母�？顾饧捌焚|(zhì)控制技術、光熱濕舒適復合功能母粒及纖維制備技術，以及阻燃防護復合功能母粒及纖維制備技術。
以阻燃防護復合功能母粒及纖維制備技術為例，針對阻燃防護纖維抗熔滴、低毒低煙等要求，項目發(fā)明了高溫熱交聯(lián)的磷/硅協(xié)同阻燃抗熔滴技術。技術研制了高分子型聚膦酸酯阻燃劑與DMMP復配體系，實現(xiàn)了極限氧指數(shù)（LOI）為31.4%，UL-94達到了V-0級的阻燃抗熔滴、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。項目研發(fā)的納米氮化硼球磨剝離負載聚磷酸銨高導熱阻燃抑煙技術，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域的需求，我國亟須開發(fā)多功能復合纖維。纖維的功能要求越多，對功能母粒的品質(zhì)要求就越高。采用多種功能母粒簡單共混，添加比例高，不同功能材料及母粒載體交互影響大，不僅會造成纖維紡絲和后續(xù)的織造、染色加工困難，而且會使纖維性能和功能惡化，易受光、熱、濕度等應用環(huán)境的影響，使用性能下降。項目突破了這些難題�！毙煲忝鞅硎�。
產(chǎn)業(yè)化“變現(xiàn)”成果十分豐碩
一項先進的技術，只有不“深藏”在實驗室，而是真正落地，實現(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就做到了這一點。
該技術這幾年的產(chǎn)業(yè)化成果豐碩，不僅“催生”了母粒這一細分領域的一家上市公司，還在聚酯行業(yè)實現(xiàn)了“遍地開花”式的廣泛應用，技術“變現(xiàn)”能力十分強。
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)建立了百噸級介孔磷酸鋯及擔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。
憑借在纖維母粒領域形成的自主核心技術，寶麗迪鑄就了核心競爭力，公司業(yè)績快速增長，并順利上市。
寶麗迪建立了年產(chǎn)1萬噸的纖維用功能材料及其母粒專有生產(chǎn)線，實現(xiàn)了抗菌、遠紅外、導電、親水陽離子易染色、阻燃，以及阻燃抗水解等功能聚酯母粒的規(guī)模化生產(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6萬噸，涵蓋了聚酯和尼龍6兩大種類、10個系列產(chǎn)品。
徐毅明介紹，2022年公司的營業(yè)收入保持增長。公司已經(jīng)熟練掌握顏染料的液相分散技術，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)，以及相關產(chǎn)品市場銷售的穩(wěn)定，公司在化纖原液著色方式上已形成了全覆蓋。
財報數(shù)據(jù)顯示，2021年寶麗迪盈利10325.19萬元，2022年預計盈利4500萬元-4900萬元。
項目技術在大型熔體直紡聚酯龍頭企業(yè)實現(xiàn)了大量應用，比如江蘇國望高科纖維有限公司、福建百宏聚纖科技實業(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，其技術在公司的熔體直紡裝置上實現(xiàn)了長效抗菌、吸光發(fā)熱、復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，其技術實現(xiàn)了常壓易染、親水仿棉、再生聚酯等功能纖維的規(guī)�；a(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)飾等領域。
值得注意的是，運用項目技術開發(fā)的抗靜電/導電、電磁波屏蔽、隱身與防透、光熱濕舒適、阻燃抗熔滴等纖維，被無錫308所、揚州斯帕克和軍需裝備所等單位推薦在裝備防護、軍裝上選型應用。
此外，技術還首次實現(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)絲領域，其技術在百宏、江蘇索力得新材料集團有限公司的生產(chǎn)裝置上，首次實現(xiàn)了840D/192F、420D/96F、930D/192F等規(guī)格的高強阻燃、阻燃有色、阻燃遠紅外等滌綸工業(yè)絲的生產(chǎn)。纖維強力大于7.5cN/dtex，能夠滿足消防管帶、防偽遮蓋等應用領域的需求。
“項目的成果非常豐碩，形成了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，全面提升了我國纖維母粒的國際競爭力，也為我國纖維制備與紡織織造技術提供了關鍵的功能元素，有力支撐了紡織化纖行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展和同步升級�！蓖跞A平說。
