从雾霾治理看聚酰亚胺纤维技术产业化现状

王明

新材料领域

  • 2019-02-01
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  摘要:每到冬季,京津冀地区就会出现严重的雾霾天气,它给交通运输、工业生产和居民生活带来了极大的不便。针对雾霾治理,各地政府想尽一切办法,除了严格控制污染排放,有效除尘成为有效手段之一,而聚酰亚胺纤维作为除尘的关键材料备受瞩目,本文将解析聚酰亚胺纤维对雾霾治理的重要意义以及国内聚酰亚胺纤维产业化现状。

  聚酰亚胺纤维是应对雾霾的最佳袋式除尘过滤材料

  2014年,科技部向媒体介绍治理雾霾工作情况时表示:京津冀雾霾天气是内外因叠加的结果,国外的经验表明治理雾霾需要30年左右的时间,我国不需要这么长的时间。

  归根结底,工业化和城市化与环境保护的矛盾是雾霾形成的深层原因,冬季供暖、火力发电、交通运输、垃圾处理、水泥、钢铁、化工等高能耗高污染行业的废气排放是造成大气环境污染的直接原因。据统计,在京津冀地区PM2.5的主要来源:燃煤34%、车辆尾气16%、工业、扬尘等占比为其余的50%。所以,为了减少固体颗粒物的排放,加强对燃煤和工业污染的除尘治理是当下最可行的方案。

  电除尘是燃煤电厂等工业领域最通用的方式,但是随着环保法规排放标准的升级,其效果已经不能满足除尘的要求,袋式除尘因高效、安全、可靠的特点成为最理想的除尘方式。当前,袋式除尘的滤材质量差、寿命短、效率低。而聚酰亚胺纤维热稳定性好、耐化学腐蚀以及不规则的三叶形截面结构能够保证过滤效率,同时延长使用寿命,降低更换滤料的频率。它是目前最佳的袋式除尘过滤材料。表1是聚酰亚胺纤维与Kevlar49纤维性能对比。

表1 聚酰亚胺纤维与Kevlar49纤维性能对比

(来源:精细化工原料及中间体)

  我国聚酰亚胺纤维产业化发展处于初级阶段

  美国杜邦公司早在20世纪60年代就开始了对聚酰亚胺纤维的研究,后来因为技术和成本限制,进展缓慢,并没有实现产业化生产。奥地利公司Lenzing AG公司(中文名:赢创)在80年代采用一步法生产出最早的聚酰亚胺纤维P84。90年代,航天航空科技的进步促使聚酰亚胺合成技术的改进和纺丝工艺的发展,巨大的需求也使得聚酰亚胺纤维生产成本的降低。目前,奥地利赢创因为技术领先基本垄断了聚酰亚胺纤维袋式除尘的全球市场。

  相比而言,我国聚酰亚胺纤维产业发展相对滞后和缓慢,其中,部分原因应该归结于欧美国家环保理念的领先。而我国最早开发出的耐热型聚酰亚胺纤维“轶纶”是在2010年,由中科院长春应化所和长春高琦聚酰亚胺材料有限公司合作完成,采用的是湿法纺丝技术,并建立了年产千吨级的生产线。其生产的轶纶短纤维滤袋已应用于中国首条日产能1万吨的水泥袋式除尘系统。轶纶短纤维的技术参数见表2。

表2 轶纶短纤维的技术参数

(来源:长春高琦官网)

  从技术参数上来看,长春高琦的轶纶短纤维产品可以满足主要应用领域的市场需求。但咨询公司的报告显示,长春高琦在聚酰亚胺纤维技术上的突破解决了航空航天领域的需求,而我国在环保、阻燃领域的市场需求并没有完全打开,蛋糕小了,盘子再大也没用。

  2013年,江苏奥神新材料有限责任公司和东华大学合作,建成年产1000吨高性能耐热型聚酰亚胺纤维规模化干法纺丝生产线,公司主要产品为甲纶Suplon聚酰亚胺短纤、长丝,其性能参数如表3。

表3 甲纶Suplon聚酰亚胺技术参数

  

(来源:江苏奥神官网)

  江苏奥神的产品参数基本和长春高琦打平,其主要客户群体聚集在高温过滤的环保行业及特种防护制造业。但江苏奥神已经连续三年亏损,亏损额度在两千万元左右,公司目前处于建设投入期,没有实现规模效益导致营业成本较高。

  2013年,江苏先诺新材料科技有限公司和北京化工大学合作,建立了年产30吨规模的高性能聚酰亚胺纤维生产线。目前,其正在开展轻质高强复合材料、透波材料、耐辐照和防护材料等领域的应用开发。聚酰亚胺纤维短切系列产品技术参数如表4。

表4 聚酰亚胺纤维短切系列产品技术参数 

(来源:江苏先诺官网)

  据悉,江苏先诺的产品已经在航空航天、武器装备、轨道交通、核工业、机器制造、加工、环保等军用和民用领域得到少量应用。从产品结构和专利布局来看,江苏先诺应该会走差异化竞争和向市场外缘拓展的路线。

  以上是国内关键的聚酰亚胺纤维生产企业及其产品的概况,总体上看,国内企业发展缓慢,技术上没有突破国外企业在细分领域的垄断,也未形成营业收入达到一定规模的企业。我国聚酰亚胺纤维产业发展处于初级阶段。

  投入大、认知欠缺是国产聚酰亚胺纤维在烟气过滤行业拓展的桎梏

  近一两年,钢铁、水泥、有色冶炼行业目前景气度正在回升,但速度较缓慢,在烟气除尘方面的投入极为敏感。尽管聚酰亚胺纤维制作的高温滤袋具有良好性能,但由于一次性投入大,而终端用户出于初期资金压力,仍然倾向与选择使用时间短,但初期投入小的高温滤袋。二是进口同类产品仍然占据较大份额。迫于国产聚酰亚胺纤维的压力,以及欧元贬值,进口聚酰亚胺纤维价格大幅下降,加之进口产品多年积累的固有品牌优势,及国内终端用户对国产聚酰亚胺纤维认知仍有个过程,导致国产厂商在烟气过滤市场拓展面临一定困难。

  在阻燃防护面料领域聚酯纤维不敌国产芳纶和PBI纤维

  聚酰亚胺纤维在阻燃防护面料市场具有先天优势,但市场亟待开发。目前阻燃防护中低端市场仍以国产芳纶为主,并且市场累积时间较长。杜邦等进口产品占据中高端市场,PBI纤维则占据最高端市场。对比这两种材料,聚酰亚胺纤维不发烟,耐光照,阻燃性能比芳纶更加优异,是具有很高性价比的优秀原料。

  结语

  我国聚酰亚胺纤维产业化发展处于初级阶段,国内企业发展缓慢,技术上没有突破国外企业在细分领域的垄断,也未形成营业收入达到一定规模的企业。而聚酰亚胺纤维是应对雾霾最佳的袋式除尘过滤材料,进口品牌的市场累积还在持续,国产产品的市场亟待拓展和开发。

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