我國的化纖工業(yè)及其工程科技發(fā)展趨勢論文
1.我國化學纖維工業(yè)的歷史回顧
1.1發(fā)展歷史
早在20世紀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)半個世紀的快速發(fā)展。其間，對我國化學纖維工業(yè)的發(fā)展具有重要意義的事件有：新中國成立不久，恢復安東化纖廠和上海安樂人造絲廠的生產;從東德引進保定化纖廠粘膠長絲和北京合成纖維實驗廠尼龍長絲生產技術和裝備。60年代，自力更生建設了南京、吉林、新鄉(xiāng)等地一批粘膠纖維廠，從日本引進萬噸級規(guī)模的北京維尼綸廠，之后又在全國建設了9個維尼綸廠。七八十年代,建設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)的總量又上了一個新臺階。近20年化纖年平均增長15%,2000年化纖產量為694x1041。經過40多年的發(fā)展，1998年中國化纖產量首次超過美國躍居世界第一，中國化纖產量已占世界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，已經發(fā)展成為一個門類齊全的工業(yè)體系，并形成以下特點：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;已建立和發(fā)展了多個大型化纖原料聯(lián)合企業(yè);已能自制現(xiàn)代化化纖設備，國產化率70%;有了較強的工程建設和生產管理能力。
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年達到524億美元，占世界貿易的13%。我國化纖發(fā)展和國際產量比較見圖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;高技術、高性能纖維尚無大生產：引進技術和設備有余，研究、開發(fā)和創(chuàng)新不足;生產企業(yè)總體上小而散，國際競爭力不強。
2新世紀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，預計將和國際發(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，但數(shù)量不大。到2010年我國化纖產量估計會達到工程科技的發(fā)展趨勢如下：
2.1常規(guī)產品差別化、功能化
2.1.1通過改變物理形態(tài)或化學結構，賦予纖維新的性能和功能
1) 納米技術: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,制備導電母粒,可紡制導電纖維。
2) 多異纖維：以異材質、異纖度、異截面、異收縮為特征的多異纖維經織造、染整處理后，會賦予面料特殊的觀感、觸感和性能。關鍵技術在于噴絲板和紡絲組件的設計和制造，以及紡絲工藝技術。
3) 復合纖維：復合纖維有4種斷面形態(tài)，即：并列型、皮芯型、拮瓣型和海島型。復合纖維可以采用多種高分子物質或不同分子量的同一種高分子物質進行復合，從而使復合纖維具有獨特的性能和功能。
4) 細旦、超細旦纖維、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通過上述多種技術方法’達到仿真、超真、特具風格和多種功能。如:具有易染、抗靜電、高吸濕、阻燃、高收縮、抗紫外線輻射、遠紅外保暖等功能。
2.2提高工藝和裝備水平
化纖工程技術向大容量、高速度、自動化、智能化發(fā)展,有效地降低單位產能的投資與生產成本。2.2.1紡絲速度紡絲速度經歷了由低向高發(fā)展的歷程，圖2就是一個形象描述。紡絲的卷繞速度，70年代相當汽車，80年代相當火車，90年代相當磁懸浮列車,21世紀初將達到噴氣式飛機的速度。
2.2.2工藝與裝備進展見表2
2.3高性能纖維產業(yè)化
1) 高性能纖維以其高強、高模、耐高溫等特點，已在航空、航天、國防、建筑、水利、環(huán)保等領域廣泛地應用，比較典型的高性能纖維是芳香族聚釀胺纖維。高性能纖維強度進展見表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(對位和鄰位)、碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維(相對平均分子質量為400萬)、高強維綸,還有PBO,PEN,Basofil等高性能纖維。我國工程化和產業(yè)化已經滯后,應加快趕上去。
3) 提高常規(guī)化纖物性向理論值靠攏通過改進大分子結構、形態(tài)，使常規(guī)化纖的物理性能向“超級”纖維發(fā)展。具體見表4。2.2.3生產過程的連續(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)境污染嚴重和要求人體生物相容等因素，近年來，發(fā)達國家在大力研究以農產品和生物工程為主要原料和技術路線'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。可制得高聚合度，高結晶度的纖維，從而使纖維的強度(特別是濕態(tài)強度)增加。產品的服用性能遠遠優(yōu)于合成纖維(表4）
該技術最先由英國Courtaulds公司研制開發(fā)，被譽為21世紀的革命性纖維。目前，除英國外，奧地利、美國、德國也具有這種纖維的生產技術。Lyocell纖維的'技術原理是以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)。其生產工藝分3個過程;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，由對苯二甲酸和丙二醇縮聚而成。PIT性能好,具有PET耐化學性和Nylon的彈性回復及抗污性,還有良好的易染性、耐磨性，高速和細旦可紡性(表6)。
1941年，美國CalicoPrinters公司就開發(fā)成功PTT,但因原料丙;醇價貴當時未能工業(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,還在擴建7xlO4t/a的丙二醇生產線。因其成本低、效率高，現(xiàn)又建設11.5x104t/a的PTT裝置，已于2001年投產。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PTT的發(fā)展前景看好，有專家估計2010年生產能力可能擴大到100x104to我國應創(chuàng)造條件，及時實現(xiàn)工業(yè)化。PPT纖維因其分子含3個碳原子,擴大了鏈間結構，因而纖維易染、蓬松、有-彈性，可常壓染色，彌補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，有生物相容性，服用舒適、安全。聚乳酸纖維物理性能見表7。
乳酸纖維可制成復絲、單絲、短纖、假捻變形、針織物、無紡布等，用于服裝(內、外衣)、產業(yè)(建筑、農用、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，已建設了以玉米為原料的14x104t/a聚乳酸纖維工廠。我國也應加強研究開發(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(強力低、色黃)，得率低(如東洋紡從牛奶提煉蛋白質得率僅2%)，成本高等原因，未實現(xiàn)大工業(yè)化生產。
在我國河南濮陽，經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，棉纖維的導濕，似羊毛的保暖性。尚待改進之處有手感較爛;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，經過改進提高和一條龍產品開發(fā),很有發(fā)展前途。
2.4.5甲殼質纖維(ChUin)甲殼質是N-乙�；�-D-葡萄糖胺，為多糖類高分子，簡稱異丁聚糖。甲殼質纖維以蝦、蟹等的甲殼為原料,經提純和化學處理后紡絲。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，適于做內衣和醫(yī)用敷料。我國已經開始產業(yè)化。
2.4.6仿蜘蛛絲20世紀化纖的發(fā)展，基于石油研制出各種聚合體,如尼龍、腈綸、滌綸等。21世紀化纖發(fā)展的一個方向，是運用生物工程把谷物、玉米、土豆等天然植物先轉化為醣，再轉化成抽絲的原體,這種方法,原料豐富,成本低,符合環(huán)保。杜邦公司正在進行上述技術的基礎研究，仿蜘蛛絲僅是首例。
杜邦公司運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。運用先進的計算機模擬技術，建立蜘蛛絲蛋白質各種成分的分子模型，然后運用遺傳學基因合成技術，把遺傳基因植人酵母和細菌，仿制出蜘蛛絲蛋白質，溶解后抽絲。它的特性是輕、強、有彈性，纖度可達真絲的1/10,強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)已經有先進技術，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%以上需進口,應加快提高國產率。圖7為化纖與乙烯產量比較圖。
3.2發(fā)展工程公司,增強自主建設實力
工程公司要有消化吸收和試驗創(chuàng)新的手段，要有自主知識產權(也可用人家技術)，承包工程實力(尤其是經濟和技術)和承擔風險的能力。同時，工程公司要和生產企業(yè)、制造單位合作，和產學研結合，在交往、合作和承包項目上要和國際接軌。工程公司可以隸屬于大的企業(yè)集團。我國已引進了幾百條生產線，我國化纖在設計、建設、生產、運行、管理等方面也已具有相當豐富的經驗,關鍵在于集成，工程公司應成為集成的主體，同時需要政府、社會、銀行、保險等部門的支持。
3.3優(yōu)化企業(yè)結構,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)達國家的1/10�；w及主要品種平均產能比較見表8。
企業(yè)結構需要在社會主義市場經濟發(fā)展中優(yōu)化,通過聯(lián)合、兼并、債轉股、破產、改制等方式形成相當一部分科、工、貿一體的大企業(yè)集團，增強經濟實力、技術實力和營銷實力，這樣才能和國際大型企業(yè)競爭。
3.4加強消化吸收研究開發(fā)和自主創(chuàng)新能力
大企業(yè)集團要建立研究開發(fā)中心，在經濟上加大投人,并配備相關的各種專業(yè)力量，明確責任制與獎懲制度。企業(yè)主要領導分工負責，實現(xiàn)產、學、研相結合。企業(yè)的研發(fā)工作要有自己的特色與制高點，上下游垂直整合進行技術和產品開發(fā),講求實效。
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,應招聘、培養(yǎng)經營管理、生產、建設、研發(fā)等各方面人才，建立在職培訓制度;年輕干部要有學歷，中級以上的專業(yè)人才必須掌握一門外語;積極擴大人才引進和對外開放，參加相關的國際活動,補充高新技術人才,尤其是復合型人才。
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