近日,中國石化儀征化纖有限責任公司(以下簡稱“中石化儀征化纖”)年產8000噸特種纖維項目環評報告發布。
根據文件,該項目總投資17.72億元,主要產品包括對位芳綸和力綸(超高分子量聚乙烯纖維)。相關產品和產線設計如下所示:
對位芳綸裝置設計規模為年產4000噸對位芳綸,聚合單元包括1套聚合配料系統、2套年產2000噸聚合反應系統,紡絲單元包括1套紡絲配酸系統、8條年產500噸紡絲生產線。
力綸裝置設計規模為年產4000噸力綸,由3套力綸裝置組成,每套裝置包括前紡單元和后紡單元,根據品種配備,3套力綸裝置產品生產能力分別為1500噸/年、1500噸/年、1000噸/年。
(1)芳綸
芳綸是一種高科技特種纖維,它具有優異的力學性能和穩定的化學性能,大分子鏈上至少有85%的酰胺鏈直接與兩個苯環相連接。
芳綸主要分為間位芳綸和對位芳綸。間位芳綸具有長久的熱穩定性,可在200℃高溫下長期使用不老化,具有極佳的尺寸穩定性。間位芳綸還具有本質阻燃性、優良電絕緣性、以及優越的耐腐蝕和耐輻射性能等。
對位芳綸最突出的性能是其高強度、高模量和突出的耐熱性。對位芳綸的拉伸強度是鋼絲的6倍,玻璃纖維和高強尼龍工業絲的2~3倍;拉伸模量是鋼絲和玻璃纖維的2~3倍,高強尼龍工業絲的10倍;其密度卻只有鋼絲的1/5左右。對位芳綸的耐熱性能高于間位芳綸,在200℃高溫下經歷上百個小時,仍能保持原強度,在560℃高溫下不分解、不熔化。
對位芳綸的主要原料是對苯二甲酰氯(TPC)和對苯二胺(PPD)。TPC制備方法主要有SOCl?法、光氣法、三氯化磷法、五氯化磷法、酯氯化法等。PPD制備方法主要有對硝基苯胺 還原法及聚酯法。
對位芳綸須在無水條件下進行縮聚反應。首先先將PPD溶于含5%CaCl?的N-甲基吡咯烷酮(NMP)體系中,冷卻至-10℃以下。然后,在攪拌下加入等摩爾的TPC,在雙螺桿反應器中進行縮聚,縮聚過程控溫在0~20℃。最后,聚合物經過沉析、分離、洗滌、干燥后制得。對位芳綸縮聚過程中的關鍵技術是原料純度的控制和分析,確保PPD和TPC等摩爾反應,雙螺桿反應器的結構以及材質的選定。
全球對位芳綸的主要生產商有美國杜邦、日本帝人、韓國科隆、韓國曉星等,其中美國杜邦公司是對位芳綸的發明者。國內對位芳綸主要生產企業包括泰和新材、中藍晨光、平煤神馬、中石化儀征化纖、兆達特纖等。
(2)超高分子量聚乙烯纖維
超高分子量聚乙烯纖維通常指由分子在100萬~500萬的超高分子量聚乙烯樹脂所紡出的纖維。超高分子量聚乙烯纖維的制備方法包括增塑熔融紡絲法、固體擠出法、超拉伸或局部拉伸法、表面結晶生長法和凍膠紡絲-超倍拉伸法等,但目前只有凍膠紡絲-超倍拉伸法應用最成熟且實現了工業化生產。
凍膠紡絲-超倍拉伸法主要工藝環節包括紡絲液制備、凍膠纖維成形、凍膠纖維脫溶劑以及干凍膠纖維的多級超倍熱拉伸。根據所采用的溶劑不同,凍膠紡絲-超倍熱拉伸法又可分為干法工藝和濕法工藝兩種。干法工藝路線采用以荷蘭DSM公司為代表的高揮發性溶劑干法凝膠紡絲工藝路線;濕法工藝路線采用以美國霍尼韋爾公司為代表的低揮發性溶劑濕法凝膠紡絲工藝路線。
相較于濕法路線紡絲,干法路線工藝流程短,其制備的纖維表面平整、缺陷少、柔軟、結晶度高、纖維密度大、熔點高、溶劑殘留低。但濕法工藝強度高、單絲更粗、溶劑成本低、安全,相對簡單成熟,因此成為目前國內外纖維企業主流工藝。
2023年,全球超高分子量聚乙烯纖維的需求量約為5.47萬噸,產能為6.7萬噸,其中海外產能約2.2萬噸、中國為4.5萬噸,我國是超高分子量聚乙烯纖維第一大消費市場。美國埃萬特、美國霍尼韋爾和日本東洋紡3家企業壟斷著全球超高分子量聚乙烯纖維高端產品技術,產能分別為14200噸、3200噸和3000噸。
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