细旦、可染、功能聚丙烯纤维材料结构设计及制备关键技术

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主要完成单位：东华大学

主要完成人：陈彦模、朱美芳、张瑜、陈龙、张志明、吴文华

项目背景

自20世纪90年代以来，纳米材料与纳米技术的发展形成了基础研究与应用研究并行发展的格局。纳米材料的研发涉及到有机、无机、高分子等各个方面，纳米材料结构功能的复合化已成为其应用研究极具生命力的方向之一；同时，与人们生活息息相关的化学纤维，从原料、技术、产品到应用都在迅速发展，传统功能材料已难以满足细旦化功能性化学纤维开发的技术要求，聚丙烯纤维的可染化、功能化、细旦化技术成为聚丙烯纤维新产品开发的主导方向。

然而，功能材料的纳米化，又为其在高粘度、复杂流场(温度场、剪切力场和速度场)作用下的高聚物熔体中的应用带来了新的难题，纳米功能材料在热塑性高聚物基体中的纳米尺度分散成为功能细旦化学纤维开发的核心问题。其具体难点表现在：(1)无机纳米粉体制备使用过程中的易团聚与难分散：(2)纤维成形过程中纳米结构有机分散相的形成机理与结构控制；(3)纳米复合材料功能纤维工业化推广的技术可行性与成本控制。针对目前可染聚丙烯及功能聚丙烯纤维材料研究开发和生产应用过程中存在的问题，该项目将前沿纳米技术与新型杂化技术、功能组装技术以及纤维加工技术有机结合，深入系统研究有机分散相原位纳米尺度生成、有机一无机杂化材料制备及成纤用纳米功能材料制备、修饰及纤维生产加工等一系列关键技术，开发出了新型可染细旦聚丙烯和纳米复合功能聚丙烯纤维及制品。

主要创新点

1、通过调控改性聚烯烃(MPO)与基体(PP)两组分配比和特性(粘度比、相容性等)配伍，控制纤维成形过程中的动力学参数(时间、压力等)和热力学参数(温度)，自主开发了聚丙烯成纤过程中有机纳米分散相原位生成技术，首次研制出具有纳米级染座的常压可染细旦(纤维直径小于10 μm)聚丙烯纤维。

2、采用有机一无机及有机一有机杂化技术在聚丙烯基体中引入有机和无机纳米相，通过对聚丙烯基杂化材料的结构设计，首次研制出鲜艳度明显提高的可染细旦聚丙烯纤维。

3、首次建立了聚丙烯基纳米复合材料纺丝动力学模型，揭示了无机纳米功能材料与聚丙烯基体在外场作用下的相互作用机理，开发了高压和高剪切纺丝成形工艺，解决了功能纤维细旦化难、可加工性差和纳米材料的“二次团聚”等系列关键问题，为生产推广中成纤过程工艺参数的制定提供基础理论依据。

4、研制出色牢度4～5级的可染至中偏深色的细旦聚丙烯纤维以及负氧离子发生率＞5000个/cm3的系列负离子细旦聚丙烯纤维和远红外发射率＞87％的系列远红外细旦聚丙烯纤维和抑菌率＞99％的系列抗菌细旦聚丙烯纤维。

推广应用

该成果首次实现了通用纤维功能性、舒适性与可加工性的有效统一。产业化效果显著，聚丙烯纤维在可染基础上鲜艳度明显提高，功能组分加入量减少50％以上，可纺性好，生产过程无任何气固液废物排放，不会增加能源消耗，产品的加工成本低。

该成果拥有完全自主知识产权，在10多家企业得到应用，已开发2大类6个系列产品。2005年至2007年新增产值4.56亿元，新增利税1.18亿元，创收外汇2388.13万元。申请国家发明专利7项，其中已授权6项，在新材料制备成形加工理论方面有新的发现。近五年发表期刊论文17篇，并多次应邀作大会邀请报告或主旨报告。鉴定结论及检索结果表明，该成果处于“国际领先水平”。

第一完成人：

陈彦模，教授、博士生导师，享受国务院特殊津贴。曾任东华大学材料科学与工程学院院长、纤维材料改性国家重点实验室主任。主持国家重大科研项目3项，承担部、市及横向科研项目20余项，在高分子材料改性、化学纤维成形领域做出重大贡献。涤纶高速纺丝工艺和丙纶细旦丝成形研究等项目达到国际水平。