中紡優絲經自主研發,打破了國內導電纖維市場長期被國外產品壟斷的局面,實現了復合導電纖維系列產品的工業化生產。
“我們的導電纖維比進口最起碼便宜30%,而且質量不輸國外。”這是與北京中紡優絲特種纖維科技有限公司(以下簡稱“中紡優絲”)副總經理楊春喜交談時,讓記者印象最為深刻的一句話。作為專注于導電纖維領域的專家,他的語氣里帶著對國產導電纖維驕傲。
事實上,中紡優絲有著自己的底氣。從2005年開始,中紡優絲依托中國紡織科學研究院雄厚的研發實力,全力研發碳基導電長絲,歷時兩年時間,實現了導電纖維從質到量的工業化轉化,建立起4條包括長絲及短纖在內的年產150噸生產線,成為國內最大的導電纖維生產基地。其產品囊括了從長絲到短纖、導電性從104Ω到109Ω、顏色從黑色到灰色再到白色的導電纖維系列產品,其性能達到了國外同類產品指標,部分產品甚至超出了國外進口同類產品。至今,國內10幾個省市的30多家紡織及電子配件加工企業使用中紡優絲產品替代了長年使用的進口產品。
特別是“粗旦導電纖維單絲一步法紡絲成套技術開發”項目開發的粗旦導電單絲產品,替代了同類進口產品、填補國內空白、滿足國內市場的需求、提高國內導電纖維的差別化率,形成了國內唯一粗旦導電纖維單絲成套工業化生產技術并實現穩定工業化生產的企業。
率先開發復合導電纖維
實際上,導電纖維作為一種功能性纖維并不是一種新鮮的纖維品種,早在20世紀60年代就已經出現。由于該類纖維具有良好的導電性和耐久性,特別是在低濕下仍具有良好的耐久抗靜電性,因此被廣泛用在軍隊、產業等領域。
導電纖維出現的時間很早,但早期的產品主要是金屬纖維和涂層纖維,如20世紀60年代末,日本帝人公司開發并工業化生產的表面涂有碳黑的有機導電纖維。雖然該類纖維能夠滿足民用及產業用紡織品領域抗靜電的要求,但該種纖維存在著柔順性、耐洗滌和耐久性都較差的問題,導致該類導電單絲使用性能不理想。因此人們逐漸開發出復合導電纖維。1974年,美國杜邦公司采用復合紡絲技術制成含有碳黑的復合導電纖維并實現了規模化生產。目前,復合導電纖維作為一種高附加值和高技術的功能性纖維,由于其導電性能優越而被廣泛應用在紡織及社會經濟相關領域。
但就國內來說,由于復合導電纖維的生產難度大、質量要求高,再加上國內對于復合型導電纖維的研究開發比較晚,在很長一段時間國內尚無此類產品,國內用戶不得不采用進口產品。隨著國內對于復合導電纖維需求不斷的提升,國內導電纖維下游用戶基本依賴進口現狀,讓用戶承擔了過高的成本,嚴重制約了用戶的經濟效益的提高。
在此情形下,中紡院院屬企業中紡優絲經自主研發,實現了復合導電短纖維、復合導電毛條、復合導電長絲等系列產品的工業化生產,打破了國內市場長期被國外產品壟斷的局面,并形成了“粗旦導電纖維單絲一步法紡絲成套技術開發”(以下簡稱“一步法”)項目。經過中國紡織工業聯合會專家鑒定,該項目技術達到了國際先進,國內領先水平,并榮獲了榮獲“紡織之光”2016年度中國紡織工業聯合會科學技術獎三等獎。
據介紹,目前通過“一步法”生產的復合導電纖維充分滿足了抗靜電面料、防靜電刷(如打印機用)、精密儀器傳送帶部件、工業防靜電濾布、防靜電篩網、13針防靜電手套、工業布等導電性要求較高的產業用紡織品領域的需求,同時有效地替代了同類進口產品。
從兩步法到一步法
中紡優絲最早通過“兩步法”生產復合導電纖維,即先生產復絲,然后再從分纖機上進行分纖,最后形成單絲。但是,這種生產方式存在著諸多的弊端。首先,生產效率不高,復絲在分纖機上進行分纖時,速度也就幾百米;其次,導電纖維的性能受到較大的約束,產品質量得不到提高,只能滿足一般的行業應用。在此情況下,中紡優絲轉向“一步法”生產粗旦導電纖維單絲,通過自主創新,攻克了“一步法”生產粗旦導電單絲的難題,形成了以下主要技術創新:
原有導電母粒造粒技術基礎上,研發了高熔融指數導電母粒粉體造粒工藝技術,大大縮短了處理時間,簡化了流程,提高了生產效率。以往復合導電復絲母粒相比,提高了碳黑粉體在基體聚合物的分散度,提高碳黑導電母粒的熔融指數,保證粗旦導電纖維單絲紡絲所需的良好流動性。
在復合紡絲組件的砂腔中加入了一個活動砂腔內套,可以在不更換組件的前提下,改變熔體在組件內的停留時間,極大地增加了組件的適用范圍,并成功地解決了同一組件紡制不同規格纖維的難題。在分配板的設計上,改進了以往的皮芯復合模式,減少了各組份在組件中的停留時間,使碳黑導電層包覆更加均勻。
創新性地開發了水霧冷卻裝置,極大地提高了冷卻能力和初生纖維的冷卻均勻性,為提高產品質量奠定了基礎。對于≥50D/1f的粗旦導電單絲產品而言,由于單絲直徑較大,因此纖維徑向的溫度梯度也較大,加之纖維皮層由碳黑材質構成,熱量自內向外傳導更困難,而采用水霧冷卻裝置很好地解決了這方面的問題。
針對纖維單絲纖度分布范圍寬、不同品種間流量差異大,造成熔體停留時間、剪切速率、熔體壓力降等不同的特點,對紡絲系統中熔體管路的直徑和長度進行了系統的流變學優化設計。另外,在上述研發的基礎上,對不同規格的粗旦導電單絲進行了相應的FDY紡絲牽伸工藝研究,實現了纖維的連續穩定生產。
可以預見,隨著導電纖維應用領域不斷拓寬,下游產品的不斷開發,該項目產品在促進產業升級、擴大產業應用、有效降低下游企業的生產成本等方面將起到積極的示范作用,對振興我國紡織實體經濟也有重要意義。
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