再生纤维“点石成金”

据国家统计局最新统计数据显示，2014年11月我国化纤产量397.89万吨，同比增加7.63%，2014年1—11月我国化纤产量累计4007.04万吨，较2013年同期增加231.13万吨，同比增加6.12%。2013年，我国的化纤生产总量依旧处于世界第一位，全年共实现中国化学纤维产量4121.94万吨，同比增长7.90%，占世界化纤生产总量的68.4%，我国成为名副其实的世界化纤生产大国。
在世界能源紧缺和倡导低碳环保的背景下，生物基纤维材料在替代传统化纤、培育新兴产业、环境保护和节能减排等领域的重要性日益凸显，尤其在我国的经济新常态下，生物基纤维材料在加快传统化纤行业转型升级、实现我国从纺织大国向纺织强国转变中的作用更为突出。
生物源纤维制造技术国家重点实验室以我国丰富的可再生天然资源为原料，通过生物源高分子提纯、溶解、纺丝、深加工等共性技术和关键技术研究，解决了我国生物源纤维产业化过程中的技术瓶颈，推动了可再生天然资源在纺织行业和国民经济其他领域的广泛应用。
实现NMMO溶剂法纤维素纤维 零的突破
纺织工业的一位资深院士曾在向科技部领导汇报该项目工作时说道，“如果NMMO为溶剂的纤维素纤维工程化试验和产业化成功，将会对我国节能减排工作的推进、增强自主创新能力、提升化纤工业技术水平产生重大影响。”
“因此，实验室建立伊始，就把NMMO溶剂法纤维素纤维工程化技术开发作为重中之重来抓。”一见面,实验室主任孙玉山就给科技日报讲了这个小故事。
NMMO溶剂法纤维素纤维作为生物基纤维材料的重要品种之一，多年来其规模化生产技术和市场长期被国外公司所垄断，我国的NMMO溶剂法纤维素纤维产品尚未实现规模化批量生产，高度依赖进口，且随着我国对纤维清洁生产的日益重视和人民生活水平的提高，NMMO溶剂法纤维素纤维进口量呈逐年增加之势。
“2008年，‘新溶剂法纤维素纤维连续化关键设备和工艺的研究开发’获得了国家863计划的支持。”孙玉山说，项目研究开发了连续薄膜推进式真空蒸发溶解——干喷湿纺成套工艺与设备，填补了连续薄膜推进式真空蒸发溶解技术的国内空白;所开发的纤维素预溶液的制备技术、纤维素纤维纺丝原液的制备技术、纤维素纤维的纺丝凝固一体化技术等具有创新性，形成了系列具有自主知识产权的专利技术和专有技术，为进一步开展该领域的工程化、产业化技术研究奠定了基础。
以“863”研究成果为基础，项目团队又经过两年多的不懈努力，通过产研双方紧密合作，在河南新乡建设了年产千吨级的新溶剂法纤维素纤维全国产化产业化示范线，并于2010年8月开始投料试运行。
集成创新 产业化试验线装备全国产化
2011年，在需对千吨级试验线进行改造完善、进一步系统研究掌握新溶剂法纤维素薄膜式溶解纺丝成套技术的关键阶段，实验室申请承担的“Lyocell纤维产业化成套技术的研究开发”课题又获得了国家“十二五”支撑计划的有力支持。
“在项目研究过程中，通过反复进行工艺优化试验，特别是通过设备改造，大大提高了溶剂的回收率。” 孙玉山说，与此同时，他们还进行了整体系统稳定性的设备改造优化工作，整套产业化试验线实现了装备全国产化，形成了千吨级NMMO 为溶剂的纤维素纤维生产的工艺和控制技术，实现了该条试验线的连续稳定运行，纤维性能指标满足后加工应用要求。
2014年9月，在中国纺织工业联合会受科技部委托组织召开的国家“十二五”科技支撑计划课题验收会上，专家们一致认为，该连续真空薄膜推进式溶解—干喷湿纺成套工艺与设备，填补了连续真空薄膜推进式溶解技术的国内空白;纤维素预溶液的制备技术、纤维索纤维纺丝原液的制备技术、纤维素纤维干喷湿纺纺丝技术、溶剂回收技术等具有创新性。
“现在，实验室正在计划将已取得的科技成果进行产业化应用转化。”孙玉山表示，项目如果成功，将为我国开发替代石油资源的生物基纤维材料绿色加工技术起到良好的示范带动作用，传统化纤行业的结构调整和转型升级将进入新的纪元。
送出去、请进来、沟通交流构建人才团队
点石成金的技术，离不开以人为本的科研团队建设。实验室自获批建设以来，明确了“完成NMMO为溶剂的新溶剂法纤维素纤维工程化技术的国产化开发，实现了我国纤维素纤维的高效绿色加工产业化”的实验室重点技术开发目标，集中重点实验室和依托单位的优秀人才资源，建立了一支由实验室主任为技术总负责、应用基础研究与工程化开发结合的复合型人才团队。
“三句箴言”道出了实验室培养人才的秘诀——通过送出去、请进来、沟通交流。
“实验室一方面积极支持科技人员参加在职硕士、博士学位的学习，另一方面通过技能培训、定期召开技术交流讲座等，为科技人员提供学习和交流的平台。” 孙玉山说，实验室还制定了鼓励发明、激励创新的制度措施，如在专利申请获得授权后，会对每项发明专利进行定额奖励;成果产业化所创造的效益，一部分回报奖励成果的创造者。利用一系列制度保证良好创新氛围的建立，促进创新能力的不断提高。
生物基纤维一般采用农、林、海洋废弃物、副产物加工而成，是来源于可再生生物质的一类纤维，体现了资源的综合利用与现代纤维加工技术完美融合，产品亲和人体，环境友好，并有特有的功能，引领新的消费趋势。其中，再生生物基纤维以针叶树、木材下脚料、毛竹、麻类、藻类、虾、蟹等水产品和昆虫等节肢动物的外壳为原料，原料广且环保自然。合成生物基纤维采用农林副产物为原材料，经发酵制得生物基原料，制得生物基PTT、PDT聚酯，它们都是极具发展前景的纺织材料。
孙玉山介绍道，在学科与专业配置上，按照实验室的研究方向，在生物源高分子聚合、纺丝、成形机理研究、纤维应用开发、工程技术开发等重要研究领域，组建了创新团队，通过对外招聘、内部选拔、联合培养等方式，完善了学科与专业配置。
学科带头人的培养至关重要，实验室通过建立和完善公正、公平的选拔、培养机制，一方面通过国内外招聘，引进全职或兼职的高水平学科带头人，更重要的是，通过加强内部人才出国进修或与国内高水平研究机构的合作等手段，结合具体的工程化项目实践，培养重要研究领域的学科带头人。
“实验室还设立了专门项目培养学术新秀”，孙玉山说，实验室每年拨出一定科研经费，主要用于资助具有学术潜力和创新精神的学术新秀，根据研究规划遴选前沿性研究课题，鼓励优秀中青年人才脱颖而出。
搭建桥梁 提供生物源纤维技术服务平台
成果从何而来?平台建设无疑成为实验室建设突破的一大关键。本着“突出已有的研究优势，通过研究方向优化、整合以及资源优化配置，构建以生物源纤维制造技术为重点方向的研究平台”的总体建设思路，在条件建设上，实验室充分利用已有的硬件设施(仪器、设备、实验室、试验车间)基础，通过专用设备的填平补齐，结合生物源纤维制造共性、关键工程技术创新需要，建设了相关试验平台。
孙玉山告诉记者，建设8年来，实验室平台建设工作完成了生物源高分子原料研究包括生物源高分子的合成和改性、溶剂体系开发、浆粕预处理技术等，通过这些研究，实现新品种开发和性能优化。
纺丝技术研究是生物源纤维开发的核心内容，根据不同的生物源高分子性质，采用熔体纺丝、干法、湿法、干—湿法纺丝、熔喷和溶喷等加工技术，制备出生物源纤维。
利用依托单位在设备设计制造方面的优势，以生物源纤维制造技术的工程化开发为目标，通过NMMO溶剂法纤维素工程化关键技术开发项目的运行，实验室建立和完善了一条模拟工业化单元80吨/年的试验线。对设备的温度、速度、流量、压力监测与控制系统进行了完善，实现了系统整体的自动化控制。利用该装置，已进行大量的纺丝原液连续制备与输送、纺丝、溶剂回收等工程化实验研究，为千吨级示范线提供了准确的工艺、设备参数等主要技术依据。
同时，生物源纤维制造技术试验平台具备了聚合、溶解、纺丝、牵伸、溶剂回收的功能，并具备了实现工程化放大试验验证的条件。
在计算机模拟方面，建立了微细机加工实验室，构建了计算机模拟设计与微细机电加工等喷丝板纺丝关键部件研制平台。利用商业软件，可对不同硬件、不同温度场和力场中的聚合物溶液体系的传质与传热、纤维成形进行模拟，从而指导实验室科研开发过程中新设备和新工艺的开发。
“如今应用开发也已形成链条，实验室建立起了从纤维—织物设计—织物打样到成品样品的织物产品开发系统，包括络丝、整经、浆纱、织造、染色到后整理的机/针织试验系统，填补了国内化纤企业与后续纺织企业之间的技术空缺。” 孙玉山说，这条日趋成熟化的研究开发链条，无疑为下游企业正确使用新型纤维、开发后续应用工艺技术提供了一个公共服务的大平台。