【海川化工历史】解决穿衣问题！我国唯一自主研究开发成功的化纤产品——丙纶

1980年3月的一天，中国科学院化学研究所（以下简称化学所）的一间实验室里，科研人员迎来了半天短暂的轻松时光。

化学所时任副所长钱人元和研究人员徐振淼、徐端夫、赵得禄、范庆荣围坐在一张桌子旁，“摆拍”了一张照片。照片“C位”的几卷彩色线卷，是涤纶、锦纶、丙纶、腈纶、维纶五大化学纤维中，当时我国唯一自主研究开发成功的化纤产品——丙纶。

那天，几个人刚刚得知他们开发的“降低丙纶纺丝温度新方法”获得国家发明奖，因而合影留念，定格下喜悦与光荣。


1974年至1989年，化学所科研人员面向中国人穿衣问题的重大需求，匠心缔造、开拓创新，突破丙纶稳定纺丝新工艺，与企业密切合作，开发出一系列流动性好的聚丙烯纺丝专用料，为我国丙纶工业迅速发展奠定了基础。

2 原创思想解决纺丝难题

20世纪50年代开始，一些国家先后实现聚丙烯工业化生产。不过，国际上对开发聚丙烯作为服装用纤维仍持怀疑态度——丙纶有明显的缺点，主要是耐老化性能差和染色困难。在国内，只有上海国棉31厂试纺了一些便宜的丙棉织品投放市场。

1974年，钱人元和徐端夫来到江南的稻田里。嫩绿的稻苗随风摇曳，农民在田间地头辛勤劳作，挥汗如雨。

“丙纶的衣服你穿着感觉如何？”科学家的提问直奔主题。农民指着衣服上的破口回答：“便宜，但不耐穿，在田里干活穿不了3个月就破了。”

在科学家眼里，丙纶生产中的老化和染色等都属于高分子化学问题，解决这些问题正是化学所的使命担当。化学所是全国最早开始高分子科学研究的机构之一，具有深厚的学科基础。

早在20世纪60年代后期，化学所就成立了聚合物纺丝物理研究组，后来改为聚合物结构组。前期基础工作为眼前的科技攻关奠定了基础。“我们对聚丙烯这个课题胸有成竹。”马福荣表示。

“丙纶会战”正式开始后，在钱人元的带领下，徐端夫作为课题组较为年长的“大师兄”，组织科研人员从高分子化学的学科视角出发，开展基础研究。

从科学原理上讲，聚丙烯加工成丙纶，要先将聚丙烯颗粒在挤出机中高温熔化，使其从固体状态转变为液体状态的熔体，并添加防老化剂、阻燃剂等助剂；熔体再通过纺丝机械设备快速喷出，形成连续的纤维细丝。

通俗地说，这个过程好比把彩色糖果颗粒制成糖丝。糖果颗粒通过加热，原本坚硬的固体先变软成为糖浆，相当于聚丙烯颗粒在高温下熔化，从固体状态转变为液体状态的熔体。同时，为了让这些糖果更美味，还得加入特殊“调料”，相当于在聚丙烯中加入防老化剂和阻燃剂。

接下来，把糖浆倒入特殊的喷枪中，最终“喷”出细糖丝，这些糖丝冷却后变硬、有韧性。这是熔体通过纺丝机械形成连续的丙纶细丝的过程。

科研人员发现，丙纶产品性能不佳的根本原因在于聚丙烯熔体形成细丝的“纺丝温度”过高。这不仅使助剂流失，影响纤维质量，各种助剂的高温分解还严重污染生产环境，影响工人健康。

为此，钱人元带着科研团队展开了多次研讨。“有没有可能是聚丙烯中高分子量‘尾端’部分的问题？”一次讨论中，钱人元提出了这个问题。

“分子量”往往用来反映一个分子或者特定单元的质量大小。从高分子物理角度看，聚丙烯是一条由丙烯分子聚在一起形成的长链。聚合过程中分子链的增长和终止具有随机性，致使长链长短不一，因此在纺丝过程中的结晶和取向行为不尽相同。

经过深入思考，徐端夫等提出一个全新观点：聚丙烯中的高分子量“尾端”部分对结晶和取向更加“敏感”，在纺丝过程中更容易产生结晶。这样，卷绕丝的牵伸性能和成品纤维的力学性能就会显著变差。

在一次讨论中，徐端夫敏锐地抓住问题本质：“高分子量‘尾端’部分是聚丙烯纺丝研究中的核心问题。”

“如果想办法把高分子量部分的分子量降下来，也许可以避免这个问题。”“还需要设计一些实验来证明。”讨论中，大家各自贡献智慧，逐渐形成了未来研究的方向。

徐端夫与范庆荣、赵得禄等用实验结果证明了他们的猜想，消除聚丙烯中的高分子量“尾端”部分，更容易加工出优质聚丙烯纤维。

20世纪70年代后期，他们在国际高分子学术会议上首次公开了这一实验结果。“许多国际专家都认可了这一发现，认为这是中国科学家的原创。”现在，范庆荣仍为此深感自豪，“要实现国家科技自立自强，离不开我们脚踏实地地深耕一个领域，瞄准科学问题，提出原创科学思想。”

3 “降温母粒”，从科学发现到生产线

在突破原理的实验中，科研人员获得了降低聚丙烯分子量的多次造粒方法，即对高分子原料进行多次颗粒化处理。

遗憾的是，这个办法工业上难以实现。国际上既没有工业化经验可供借鉴，也没有成套设备可引进。一时间，消极情绪在团队中弥漫。“只要我们努力做，一定可以做出来。”徐端夫经常鼓励大家。

那么，究竟哪种分子量调节剂才是“最优选”？徐端夫带着科研人员，首先围绕当时主流的有机硫化合物类型分子量调节剂开展了探索。他们在全国范围内的化工厂围绕10多个有机硫化合物开展了纺丝试验，结果不尽如人意。

所幸，大家没有动摇最初的信念。“除了坚持下去，没有其他选择。”范庆荣回忆。

这时，他们在浩瀚的文献中挖掘出一个新方向。有机过氧化物起作用的温度较低，反应速度较快，能及时快速调节聚丙烯的分子量，在后续纺丝过程中分子量变化较小。如此一来，既能避免一般纺丝过程中聚丙烯分子降解所需要的高温，又能保证纺丝熔体的均匀稳定，满足纺制优质丙纶纤维所需的基本条件。这一发现犹如黑暗里的一束光，激励着他们继续前行。

沿着这一束光，他们在化工产品目录上一个一个找，又一个一个排除。最终锁定了过氧化二异丙苯（DCP）、过氧化二叔丁基（DTBP）、双二五、过氧化双酚等4种过氧化物。

出乎意料的是，科学家的想法却遭到了工业界的强烈反对。有机过氧化物遇热会发生强烈分解，很多人既担心试验的安全性，又担心过氧化物中的自由基会加速产品老化。“一听说过氧化物有爆炸风险，企业都不愿意用，纺丝试验就做不了。”范庆荣说。

徐端夫等在充分的文献调研和实验室大量实验研究的基础上，为安全进行工业化试验制定了严密方案。徐端夫的人物传记《星光闪耀》中描述了这一场景：“第一次在工厂试验时，现场气氛很紧张，消防车在车间外严阵以待，徐端夫在车间内镇定主持。随着试验按照预定步骤平稳进行，大家才放下心来。”

成功了！眼看丙纶细丝从纺丝机中喷出，细而有韧性，徐端夫深感欣慰，坚持多年的潜心探索终于到达彼岸，当初丙纶制衣的梦想就在眼前。

化学所在突破原理的基础上，与多家工厂联合完成一系列丙纶配方试验，结果排除了过氧化双酚、DCP、双二五，DTBP最终胜出。随后对DTBP开展的老化试验表明，加入较少量即0.06%至0.07%的DTBP时，对其耐老化性能没有明显影响。

对于降温母粒创新的意义，可以这样通俗地理解：造粒之前就把过氧化物加进去，解决了过氧化物易挥发的问题，让反应体系更加稳定，形成了核心技术。在工厂原有的生产线上，将适量降温母粒混入商品化聚丙烯树脂原料中，就可以实现顺利纺丝。这种简单高效的方式是工业界乐见的。

1979年，“有机过氧化物控制降解法降低丙纶纺丝温度的研究”通过中国科学院的成果鉴定；1980年，“降低丙纶纺丝温度新方法”获得国家发明奖。

4 丙纶成衣，不断革新

国家“六五”计划开始后，化学所组织了降温母粒的研制和工业化试生产。结果表明，降温母粒用于丙纶工业生产，不仅可以提高纤维质量和成品率，还可以提高劳动生产率，节约能源，减少污染。

20世纪80年代，我国衣用丙纶长丝快速发展，但20家小化纤厂的丙纶年总产量仅几千吨，明显供不应求，降温母粒法也仅适用于小批量生产。

面对这一局面，徐端夫深感责任在肩，科学家的探索之路还长，绝不能停下脚步。

徐端夫积极奔走，多方争取机会。最终，1982年，化学所与辽阳石化化纤公司（以下简称辽化）签订联合开发技术协议，革新聚丙烯生产装置和生产工艺，开发出系列纺丝专用树脂新牌号，填补了国内空白。

这种聚丙烯树脂的命名也倾注了徐端夫的心思。例如，成功应用于纺丝的两种聚丙烯树脂的熔融指数分别是18、26，他据此将其分别命名为“70218”“70226”。熔融指数越大，意味着树脂熔化后的流动性越好。

1984年，化学所与辽化联合10多家单位组成一条龙协作攻关。试制试纺表明，新树脂各项质量指标均达到同期国际同类产品先进水平。1986年至1989年，辽化共生产两种新牌号丙纶级树脂16667吨，多创利税1529万元，节约外汇2000多万美元。

1989年，“丙纶级聚丙烯树脂的研制、工业化生产和应用”获得国家科技进步奖一等奖。“答辩现场，有专家对这项成果给予很高评价，认为这是一个科研与生产相结合、科技转化为生产力的典型项目，经验值得推广。”参与此次评审答辩的马福荣说。

5 细旦、超细旦，续写辉煌

在丙纶级树脂取得成功的同时，徐端夫敏锐地觉察到，国际化纤研究呈现向“细旦化”发展的趋势。“旦”是衡量纤维粗细程度的单位，数值越小，纤维越细、越柔软。

自1988年起，他带领课题组陆续开发出具有国际领先水平的细旦、超细旦丙纶长丝及其聚丙烯纺丝专用料与相关技术。1992年11月，“细旦、超细旦丙纶长丝及制品”项目被列为国家“产学研”高技术产业化首选项目。



丙纶级聚丙烯专用树脂和细旦、超细旦丙纶长丝。

突破之后，再次突破。科研团队从1995年起开展了衣着用细旦、超细旦丙纶短纤维制造技术研究。用细旦、超细旦丙纶制成的织物，有突出的疏水导湿性能，手感柔软、滑爽。细旦丙纶还可以与棉纤维、蚕丝等混纺，制作性能优良的功能服装。

徐端夫经常给同事、同行展示丙纶制成的衣服，晚年在病榻上也穿着丙纶衣服。马福荣亲眼见过那件衣服，“里面是丙纶的、外面是棉的，徐先生说出汗很快就排走了，穿着很舒服”。

今天，那场“丙纶会战”早已结束，主力队员钱人元、徐端夫分别于2003年、2006年逝世，其他成员也大都是耄耋老人。

令人欣慰的是，科学研究仍在延续。

沿着钱人元、徐端夫等开创的科研之路，化学所科研人员着力面向国家重大战略需求，开发出多项高性能聚丙烯产品。例如，他们对面向国家金融安全的高分子薄膜-双向拉伸聚丙烯薄膜制备技术难题进行了10多年攻关，实现了工业化稳定生产。

面向未来，化学所科研人员将继承和发扬前辈的学术思想与科学家精神，依托中国科学院建制化、体系化基础研究的优势，奋力抢占科技制高点，推动高分子材料领域的科技进步，为国家重大需求服务。

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开发出一系列流动性好的聚丙烯纺丝专用料，推动高分子材料领域的科技进步。