前沿

如何炼成国内最强的导电纤维企业

日期:2017-02-28 12:54:28来源:《纺织科学研究》编辑:杨年生

项目名称:粗旦导电纤维单丝一步法纺丝成套技术开发 主要完成单位:北京中纺优丝特种纤维科技有限公司、凯泰特种纤维科技有限公司、中纺院 所获奖项:2016年度“纺织之光”中国纺织工业联合会科学技术奖三等奖

“我们的导电纤维比进口最起码便宜30%,而且质量不输国外。”这是与北京中纺优丝特种纤维科技有限公司(以下简称“中纺优丝”)副总经理杨春喜交谈时,让记者印象最为深刻的一句话。作为专注于导电纤维领域的专家,他的语气里带着对国产导电纤维骄傲。

事实上,中纺优丝有着自己的底气。从2005年开始,中纺优丝依托中国纺织科学研究院雄厚的研发实力,全力研发碳基导电长丝,历时两年,实现了导电纤维从质到量的工业化转化,建立起4条包括长丝及短纤在内的年产150吨生产线,成为国内最大的导电纤维生产基地。其产品囊括了从长丝到短纤、导电性从104Ω到109Ω、颜色从黑色到灰色再到白色的导电纤维系列产品,其性能达到了国外同类产品指标,部分产品甚至超出了国外进口同类产品。至今,国内10多个省市的30多家纺织及电子配件加工企业使用中纺优丝产品替代了长年使用的进口产品。

特别是“粗旦导电纤维单丝一步法纺丝成套技术开发”项目开发的粗旦导电单丝产品,替代了同类进口产品、填补国内空白、满足国内市场的需求、提高国内导电纤维的差别化率,形成了国内唯一粗旦导电纤维单丝成套工业化生产技术并实现稳定工业化生产的企业。

 

率先开发复合导电纤维

 

实际上,导电纤维作为一种功能性纤维并不是一种新鲜的纤维品种,早在20世纪60年代就已经出现。由于该类纤维具有良好的导电性和耐久性,特别是在低湿下仍具有良好的耐久抗静电性,因此被广泛用在军队、产业等领域。

导电纤维出现的时间很早,但早期的产品主要是金属纤维和涂层纤维,如20世纪60年代末,日本帝人公司开发并工业化生产的表面涂有碳黑的有机导电纤维。虽然该类纤维能够满足民用及产业用纺织品领域抗静电的要求,但该种纤维存在着柔顺性、耐洗涤和耐久性都较差的问题,导致该类导电单丝使用性能不理想。因此人们逐渐开发出复合导电纤维。1974年,美国杜邦公司采用复合纺丝技术制成含有碳黑的复合导电纤维并实现了规模化生产。目前,复合导电纤维作为一种高附加值和高技术的功能性纤维,由于其导电性能优越而被广泛应用在纺织及社会经济相关领域。

但就国内来说,由于复合导电纤维的生产难度大、质量要求高,再加上国内对于复合型导电纤维的研究开发比较晚,在很长一段时间国内尚无此类产品,国内用户不得不采用进口产品。随着国内对于复合导电纤维需求不断的提升,国内导电纤维下游用户基本依赖进口现状,让用户承担了过高的成本,严重制约了用户的经济效益的提高。

在此情形下,中纺院院属企业中纺优丝经自主研发,实现了复合导电短纤维、复合导电毛条、复合导电长丝等系列产品的工业化生产,打破了国内市场长期被国外产品垄断的局面,并形成了“粗旦导电纤维单丝一步法纺丝成套技术开发”(以下简称“一步法”)项目。经过中国纺织工业联合会专家鉴定,该项目技术达到了国际先进,国内领先水平,并荣获了荣获2016年度“纺织之光”中国纺织工业联合会科学技术奖三等奖。

据介绍,目前通过“一步法”生产的复合导电纤维充分满足了抗静电面料、防静电刷(如打印机用)、精密仪器传送带部件、工业防静电滤布、防静电筛网、13针防静电手套、工业布等导电性要求较高的产业用纺织品领域的需求,同时有效地替代了同类进口产品。

 

从两步法到一步法

 

中纺优丝最早通过“两步法”生产复合导电纤维,即先生产复丝,然后再从分纤机上进行分纤,最后形成单丝。但是,这种生产方式存在着诸多的弊端。首先,生产效率不高,复丝在分纤机上进行分纤时,速度也就几百米;其次,导电纤维的性能受到较大的约束,产品质量得不到提高,只能满足一般的行业应用。在此情况下,中纺优丝转向“一步法”生产粗旦导电纤维单丝,通过自主创新,攻克了“一步法”生产粗旦导电单丝的难题,形成了以下主要技术创新:

在原有导电母粒造粒技术基础上,研发了高熔融指数导电母粒粉体造粒工艺技术,大大缩短了处理时间,简化了流程,提高了生产效率。以往复合导电复丝母粒相比,提高了碳黑粉体在基体聚合物的分散度,提高碳黑导电母粒的熔融指数,保证粗旦导电纤维单丝纺丝所需的良好流动性。

在复合纺丝组件的砂腔中加入了一个活动砂腔内套,可以在不更换组件的前提下,改变熔体在组件内的停留时间,极大地增加了组件的适用范围,并成功地解决了同一组件纺制不同规格纤维的难题。在分配板的设计上,改进了以往的皮芯复合模式,减少了各组份在组件中的停留时间,使碳黑导电层包覆更加均匀。

创新性地开发了水雾冷却装置,极大地提高了冷却能力和初生纤维的冷却均匀性,为提高产品质量奠定了基础。对于≥50D/1f的粗旦导电单丝产品而言,由于单丝直径较大,因此纤维径向的温度梯度也较大,加之纤维皮层由碳黑材质构成,热量自内向外传导更困难,而采用水雾冷却装置很好地解决了这方面的问题。

针对纤维单丝纤度分布范围宽、不同品种间流量差异大,造成熔体停留时间、剪切速率、熔体压力降等不同的特点,对纺丝系统中熔体管路的直径和长度进行了系统的流变学优化设计。另外,在上述研发的基础上,对不同规格的粗旦导电单丝进行了相应的FDY纺丝牵伸工艺研究,实现了纤维的连续稳定生产。

可以预见,随着导电纤维应用领域的不断拓宽,下游产品的不断开发,该项目产品在促进产业升级、扩大产业应用、有效降低下游企业的生产成本等方面将起到积极的示范作用,对振兴我国纺织实体经济也有重要意义。