高性能芳纶制备关键技术与产业化

2018年国家科技进步奖提名项目公示

一、项目名称：高性能芳纶制备关键技术与产业化

二、提名者及提名意见

提名者：上海市

提名意见：

高性能芳纶包括芳纶II和芳纶III，是产量最大应用最广的高性能纤维，是国家安全、经济建设和科技进步不可或缺的重要战略物资，我国进行近40年技术攻关，长期依赖进口，多种战略武器装备研发生产受制于人。项目在国家973计划等支持下，开展产学研联合科技攻关，开展了系统基础研究，揭示了芳纶制备过程的基本科学规律，突破了超高分子量PPTA连续稳定制备、液晶纺丝、高模量化、刚性链聚合物溶液纺丝与高倍拉伸等核心关键技术，并自主设计制造了成套生产装备，形成具有自主知识产权的高性能芳纶产业化成套技术体系和装备。在国内4家企业建立多条生产线，全面实现芳纶II和芳纶III产业化，使我国成为少数实现芳纶产业化的国家，使我国多种重要武器装备生产不再受制于人。

项目产品包括对位芳纶、高模量芳纶、芳纶浆粕、高强、高模F-12芳III 纤维等系列产品，并在100多家企业应用，全面实现了芳纶II和芳纶III重要战略物资的国产化，打破国外技术封锁，在多种固体火箭发动机壳体、多种型号战斗机、航空发动机、临近空间飞艇、多种高超音速发动机防热材料、飞行员头盔等武器装备应用，基本满足了我国武器装备生产需求，为新型先进武器装备的研发打下良好基础。相关产品正在大型飞机、舰艇等在重大工程项目进行关键原材料国产化应用评价。

对照国家科学技术进步奖授奖条件，申报材料内容真实，材料完整，附件齐全，完成人员排序合理。提名该项目申报2018年度国家科技进步二等奖。

三、项目简介

本项目属纺织科学技术领域。高性能芳纶包括芳纶II和芳纶III，是国防、航空航天、经济建设和科技进步等领域不可或缺的国家重要战略物资，我国进行近40年技术攻关，长期依赖进口，武器装备生产受制于人，严重威胁国家安全。

项目在国家973计划等支持下，强化关键科学问题研究，强化关键技术突破，强化工程集成和成套装备研发，全面实现芳纶II和芳纶III的产业化，基本满足国家需求。主要技术创新如下：

创新点1：系统研究了刚性链聚合物制备基本科学问题；攻克了聚合诱导相转变调控、聚合副反应控制、溶剂回收与高纯化、双螺杆结构设计等关键技术；开展工程集成，研发连续聚合成套装备，建立年产1000吨超高分子量PPTA树脂生产线，突破了PPTA及其共聚物制备产业化瓶颈，PPTA比浓对数黏度达到9.2 dl/g（国内外6.5 dl/g），在国际上率先实现了超高分子量PPTA树脂的产业化。

创新点2：利用同步辐射光源等系统研究了刚性链PPTA及其共聚物纺丝过程凝聚态结构与微缺陷形成机制和调控方法；提出少量超高分子量PPTA共混液晶纺丝新技术，攻克了液晶纺丝稳定性技术难题；研发了高粘度液晶流体快速溶解、脱泡、过滤新技术，攻克了液晶纺丝“降解”和“包芯”的难题。研发了包括液晶纺丝成套生产装备，建立年产1000吨芳纶II生产线，产品达到K29国际先进水平；研发了刚性链溶液纺丝成套装备，建立年产50吨刚性链溶液纺丝生产线，生产多种规格的F-12纤维。

创新点3：项目系统研究刚性链芳纶纤维高模量化、共聚物纤维高倍拉伸与表面处理过程多级结构与微缺陷调控方法、关键技术分子链降解调控方法、超临界辅助优化芳纶纤维与浆粕新方法。建立了年产1000吨高模量芳纶生产线，性能达到杜邦公司Kevlar 49水平，生产和质量稳定，率先实现了高模量芳纶国产化；建立年产500吨高高模量芳纶浆粕生产线，性能达到国外同类水平，分散性更好。建立年产50吨F12生产线，技术与产品性能达到国际先进水平；

项目申请中国发明专利41件，授权17件，申请并获得国防发明专利4件，申请PCT专利4件，授权实用新型专利7件；编写企业标准3个，发表论文27篇，研发了成套生产技术体系和装备，形成了中国高性能芳纶知识产权体系。

近三年，仅上述4家企业新增产值6.8亿，利税0.47亿；项目系列产品替代进口，在100多家企业应用，新增产值约30亿；我国每年进口近1万多吨芳纶，项目成功后，国外垄断公司降价打压（从35万/吨降到14万/吨），间接为下游企业节约几十亿元；经济效益明显。

项目实现了芳纶II和芳纶III重要战略物资的国产化，打破国外技术封锁和产品垄断，可广泛应用于固体火箭发动机壳体、多种型号战斗机、航空发动机、

临近空间飞艇、多种高超音速发动机防热材料、飞行员头盔等武器装备应用，基本能够满足了我国武器装备研制和生产方面的需求，为新型先进武器装备的研发提供了关键原材料，打下良好的基础。相关产品正在大型飞机、舰艇等在研重大工程项目进行关键原材料国产化的应用评价。

四、客观评价

1、权威检测机构评价：项目开发的通用级芳纶和高模量级芳纶纤维经国家纺织

制品质量监督检验中心总后军需装备研究室士兵中心测试，纤维性能标准达到杜邦公司K29，和K49水平，达到国际先进水平。项目开发的芳纶III 纤维经国家纺织制品质量监督检验中心和北京化工大学测试，纤维性能达到俄罗斯芳纶III的性能水平。

2、鉴定会意见：1）“千吨级对位芳纶纤维制备国产化关键技术研究”项目由河

北省科技成果转化服务中心组织鉴定，鉴定意见结论为：“建立了千吨级生产线，实现了稳定化生产；经检测，产品性能分别达到杜邦公司K29和K49的水平。项目整体达到国际先进水平。产品可替代进口，市场前景广阔”。2）F-12鉴定会报告：“通过对F-12纤维50吨/年生产线性能稳定性技术研究，所生产的产品性能与国外同类纤维相当，能满足航空、航天用户的要求，可更广泛应用于能源、交通、建筑等工程领域……，具有良好的经济和社会效益，应用前景广阔。本项目具有创新性、先进性，总体技术达到国际先进水平。”

3、项目技术查新报告：项目经教育部科技查新工作站（G05）科技查新，结论

为：“未见对数比浓粘度高达9.2dl/g的超高分子量PPTA树脂的制备技术，或超高分子量PPTA液晶纺丝液的制备、过滤脱泡和纺丝技术，或对位芳纶纤维柔性生产技术及其生产线的研究报道”。

4、项目水平查新报告：项目经教育部科技查新工作站（G05）科技查新，结论

为：“对位芳纶纤维制备”总体研究成果在该领域处于国际先进水平，其中超高分子量PPTA树脂产业化制备技术及含超高分子量PPTA液晶纺丝技术处于国际领先水平。

5、行业影响：项目核心内容“超高分子量PPTA树脂及其高模量芳纶纤维的结

构与性能”获得2014年“中国化学纤维工业协会恒逸基金优秀学术论文”

一等奖；项目博士论文获得中国复合材料学会“2016年度优秀博士论文提名