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芳綸纖維

發布時間:2014/8/25 15:41:28 瀏覽次數:



       芳綸纖維全稱為"聚對苯二甲酰對苯二胺",英文為Aramid fiber,是一種新型高科技合成纖維,具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優良性能,其強度是鋼絲的 5~6倍 ,模量為鋼絲或玻璃纖維的2~3倍,韌性是鋼絲的2倍,而重量僅為鋼絲的1/5左右,在560度的溫度下,不分解,不融化。它具有良好的絕緣性和抗老化性能,具有很長的生命周期。芳綸的發現,被認為是材料界一個非常重要的歷史進程。
  芳綸纖維是重要的國防軍工材料,為了適應現代戰爭的需要,目前,美、英等發達國家的防彈衣均為芳綸材質,芳綸防彈衣、頭盔的輕量化,有效提高了軍隊的快速反應能力和殺傷力。在海灣戰爭中,美、法飛機大量使用了芳綸復合材料。除了軍事上的應用外,現已作為一種高技術含量的纖維材料被廣泛應用于航天航空、機電、建筑、汽車、體育用品等國民經濟的各個方面。在航空、航天方面,芳綸由于質量輕而強度高,節省了大量的動力燃料,據國外資料顯示,在宇宙飛船的發射過程中,每減輕1公斤的重量,意味著降低100萬美元的成本。除此之外,科技的迅猛發展正在為芳綸開辟著更多新的民用空間。據報道,目前,芳綸產品用于防彈衣、頭盔等約占7~8%,航空航天材料、體育用材料大約占40%;輪胎骨架材料、傳送帶材料等方面大約占20%左右,還有高強繩索等方面大約占 13%。
  芳綸主要分為兩種,對位芳酰胺纖維(PPTA)和間位芳酰胺纖維(PMIA),自20世紀60年代由美國杜邦(DuPont)公司成功地開發出芳綸纖維并率先產業化后,在30多年的時間里,芳綸纖維走過了由軍用戰略物資向民用物資過渡的歷程,價格也降低了將近一半,F在國外芳綸無論是研發水平還是規;a都日趨成熟。在芳綸纖維生產領域,對位芳酰胺纖維發展快,產能主要集中在日本和美國、歐洲。如美國杜邦的Kevlar纖維,荷蘭阿克蘇諾貝爾(Akzo Nobel)公司(已與帝人合并)的Twaron纖維,日本帝人公司的Technora纖維及俄羅斯的Terlon纖維等。間位芳酰胺纖維的品種有 Nomex、Conex、Fenelon纖維等。美國的杜邦是芳綸開發的先驅,他們無論在新產品的研發、生產規摸上,還是在市場占有率上都是較高水平,僅他們生產的Kevlar纖維,目前就有Kevlar一49、Kevlar-29等十多個牌號,每個牌號又有數十種規格的產品。杜邦公司在去年宣布將擴大Kevlar纖維的生產能力,該擴建項目預計在今年年底完工。帝人、赫斯特等芳綸生產的知名企業也不甘示弱,紛紛擴產或聯合,并積極開拓市場,希望成為這個朝陽產業的生力軍。
  德國Acordis公司近期開發出高性能超細對位芳綸 (Twaron)產品,它既不燃,也不會熔融,還有很高強度和杭切割能力,主要可用于生產涂層及非涂層織物、針織產品和針剌氈等既耐高溫又抗切割的各種紡織服裝裝備。Twaron超細長絲的細度僅為職業安全服常用對位芳綸的60%,用它織造手套·其抗切割能力提高l0%,用它生產梭織物和針織產品,其手感更柔和,使用更舒適。Twaron防切割手套主要用于汽車制造業、玻璃工業及金屬零部件生產廠,還能為森林工業生產護腿用品,為公共運輸行業提供防破壞裝備等。利用Twaron的阻燃耐熱性,可為消防隊提供防護套裝和氈毯等裝備,以及為鑄造,爐窯、玻璃廠等高溫作業部門提供耐熱防火服,以及生產飛機座阻燃防火包覆材料。用這一高性能纖維還能創造汽車輪胎、冷卻軟管、V型皮帶等機件、光學纖維電纜和防彈背心等防護裝備,還能代替石棉做摩擦材料和密封材料等。
  據有關部門統計,芳綸纖維世界總需求量在2001年為36萬噸/年,而在2005年將達到50萬噸/年。全球對芳綸的需求呈現不斷增長的態勢,芳綸作為一種新興的高性能纖維進入了飛速發展的時期。
  與海外芳綸纖維產業的紅紅火火相比,芳綸的國產化才剛剛起步。由于芳綸纖維在我國的發展起步較晚,國外公司對核心技術的封鎖壟斷等原因,目前我國芳綸纖維的技術水平、產品檔次及生產能力都與國外發達國家存在著一定的差距。據悉,近幾年,我國電子、建筑、輪胎工業迅速發展,使得我國芳綸用量迅猛增長。造成我國芳綸國產化如此艱難的原因主要有兩點:一是生產的技術瓶頸難以突破;二是大部分原料需要進口,特別是國產的溶劑不能過關。但正是因為它在國內是新生事物,市場還遠遠沒有飽和,才值得我們去關注、去開發。目前我國芳綸生產的發展已提到了議事日程,芳綸被列入國家鼓勵發展的高新技術產品目錄之中,政府也將"芳綸纖維在工程輪胎、同步帶中應用技術開發"列為我國"十五"橡膠工業重大研究和產業化課題。特別是在間位生產線芳酰胺的開發和生產方面,我國取得了一定程度的進步。

防火纖維—芳綸1313

  芳綸1313由美國杜邦公司研制成功,并于1967年實現了工業化生產,產品注冊為Nomex®(諾美克斯)。這是一種柔軟潔白、纖細蓬松、富有光澤的纖維,外觀與普通化纖并無二致,卻集眾長于一身擁有超乎尋常的“特異功能”:
  持久的熱穩定性。
  芳綸1313突出的特點就是耐高溫性能好,可在220℃高溫下長期使用而不老化,其電氣性能與機械性能的有效性可保持10年之久,而且尺寸穩定性較佳,在250℃左右的熱收縮率僅為1%,短時間暴露于300℃高溫中也不會收縮、脆化、軟化或者融熔,只在370℃以上的強溫下才開始分解,400℃左右開始碳化,如此高的熱穩定性在目前有機耐溫纖維中是絕無僅有的。
  驕人的阻燃性。
  我們知道,材料在空氣中燃燒所需氧氣體積的百分比叫做極限氧指數,極限氧指數越大,其阻燃性能就越好。通?諝庵醒鯕夂繛21%而芳綸1313的氧指數大于28%,屬于難燃纖維,所以不會在空氣中燃燒,也不助燃,有自熄性。這種源于本身分子結構的固有特性使芳綸1313永久阻燃,因此有“防火纖維”之美稱。
  較好的電絕緣性。
  芳綸1313介電常數很低,固有的介電強度使其在高溫、低溫、高濕條件下均能保持優良的電絕緣性,用其制備的絕緣紙耐擊穿電壓可達到10萬伏/㎜,是全球公認的較佳絕緣材料。
  杰出的化學穩定性。
  芳綸1313是由酰胺鍵連接芳基所構成的線型大分子,其晶體中,氫鍵在兩個平面內排列成三維結構,這種較強的氫鍵作用使得其化學結構異常穩定,可耐大多高濃無機酸及其它化學品的腐蝕、抗水解作用和蒸汽腐蝕。
  優良的機械特性。
  芳綸1313系柔性高分子材料,低剛度高伸長特性使之具備與普通纖維相同的可紡性,可用常規紡機加工成各種織物或無紡布,而且耐磨抗撕裂,適用范圍十分廣泛。
  較強的耐輻射性。
  芳綸1313耐α、β、χ射線以及紫外光線輻射的性能十分優異。用50Kv的χ射線輻射100小時,其纖維強度保持原來的73%,而此時的滌綸或錦綸早已成了粉末。獨特而穩定的化學結構賦予芳綸1313優異的性能,通過對這些特性加以綜合利用,一系列新功能、新產品不斷地開發出來,適用領域越來越廣,普及程度越來越高。
  特種防護服。
  芳綸1313織物遇火時不燃燒、不滴熔、不發煙,具有優異的防火效果。尤其在突遇900-1500℃的高溫時,布面會迅速碳化及增厚,形成特有的絕熱屏障,保護穿著者逃生。若加入少量抗靜電纖維或芳綸1414,可有效防止布料爆裂,避免雷弧、電弧、靜電、烈焰等危害。用芳綸1313有色纖維可制作飛行服、防化作戰服、消防戰斗服及爐前工作服、電焊工作服、均壓服、防輻射工作服、化學防護服、高壓屏蔽服等各種特殊防護服裝,用于航空、航天、軍服、消防、石化、電氣、燃氣、冶金、賽車等諸多領域。除此之外,在發達國家,芳綸織物還普遍用作賓館紡織品、救生通道、家用防火裝飾品、熨衣板覆面、廚房手套以及保護老人兒童的難燃睡衣等。
  高溫過濾材料。
  芳綸1313的耐高溫性、尺寸穩定性以及耐化學性,使其在高溫濾材領域占據主導地位。芳綸濾材廣泛用于化工廠、火電廠、碳黑廠、水泥廠、石灰廠、煉焦廠、冶煉廠、瀝青廠、噴漆廠以及電弧爐、油鍋爐、焚化爐的高溫煙道和熱空氣過濾,既能有效除塵,又能抵抗有害煙霧的化學侵蝕,同時有助于貴重金屬的回收。
  蜂巢結構材料。
  用芳綸1313結構材料紙可制作仿生型多層蜂巢結構板材,具有突出的強度/重量比和剛性/重量比(約為鋼材的9倍),其質量輕、耐沖擊、抗燃絕緣、耐腐蝕耐老化以及良好的透電磁波性等特點,適于制作飛機、導彈及衛星上的寬頻透波材料和大剛性次受力結構部件(如機翼、整流罩、機艙內襯板、艙門、地板、貨艙和隔墻等),也適合于制作游艇、賽艇、高速列車及其它高性能要求的夾層結構。

防彈纖維—芳綸1414

  幾乎與芳綸1313的發明同步,杜邦公司在上世紀六十年代末研制出另一種高性能合成纖維—芳綸1414,其商品于1972年首次問世,定名為Kevlar®(凱芙拉)。
  芳綸1414外觀呈金黃色,貌似閃亮的金屬絲線,實際上是由剛性長分子構成的液晶態聚合物。由于其分子鏈沿長度方向高度取向,并且具有極強的鏈間結合力,從而賦予纖維空前的高強度、高模量和耐高溫特性。
  芳綸1414的發現被認為是材料界發展的一個的重要里程碑。芳綸1414有較高的強度,大于28克/旦,是優質鋼材的5~6倍,模量是鋼材或玻璃纖維的2~3倍,韌性是鋼材的2倍,而重量僅為鋼材的1/5。(芳綸1414的強韌性也使其裁切與加工異常困難,需要昂貴的專用工具)。
  芳綸1414的連續使用溫度范圍較寬,在-196℃至204℃范圍內可長期正常運行。在150℃下的收縮率為0,在560℃的高溫下不分解不熔化,耐熱性更勝芳綸1313一籌,且具有良好的絕緣性和抗腐蝕性,生命周期很長,因而贏得“合成鋼絲”的美譽。
  芳綸1414首先被應用于國防軍工等尖端領域。為適應現代戰爭及反恐的需要,美、俄、英、德、法、以色列、意大利等許多國家軍警的防彈衣、防彈頭盔、防刺防割服、排爆服、高強度降落傘、防彈車體、裝甲板等均大量采用了芳綸1414。在防彈衣中,由于芳綸纖維強度高,韌性和編織性好,能將子彈沖擊的能量吸收并分散轉移到編織物的其它纖維中去,避免造成“鈍傷”,因而防護效果顯著。芳綸防彈衣、頭盔的輕量化,有效地提高了軍隊的快速反映能力和防護能力。
  現在,除了軍事領域外,芳綸1414已作為一種高技術含量的纖維材料被廣泛應用于航天航空、機電、建筑、汽車、海洋水產、體育用品等國民經濟各個方面。
  在航空航天方面,芳綸纖維樹脂基增強復合材料用作宇航、火箭和飛機的結構材料,可減輕重量,增加有效負荷,節省大量動力燃料。如波音飛機的殼體、內部裝飾件和座椅等成功地運用了芳綸1414材料,重量減輕了30%。
  由于芳綸1414比重小,強度高,耐熱性好,并且對橡膠有良好的粘附性,所以成為理想的簾子線纖維。芳綸簾子線可使輪胎降低層薄,減輕重量,容易散熱,減小形變,減輕滾動阻力,提升高速運轉性能,使輪胎的使用壽命相應延長,而且耐刺扎性能大大提高,其強韌的特性使得輪胎漏氣后還能行駛到修車廠而不會傷及輪胎側面。芳綸1414特別適合作高速行駛或超重負載的汽車和飛機強化型輪胎簾子線使用,具有很大發展前途。目前世界幾大輪胎巨頭米其林、固特異、倍耐力等公司都已采用芳綸1414作為輪胎簾子線,大量用于高級轎車領域。
  在土木結構工程上,由于芳綸1414具有輕質高強、高彈模、耐腐蝕、不導電和抗沖擊等性能,可用于對橋梁、柱體、地鐵、煙囪、水塔、隧道及電氣化鐵路、海港碼頭進行維修、補強,適合對混凝土結構的加固與修復。
  除此之外,芳綸1414還可在充氣膠皮制品(如充氣救生筏、充氣舟橋等)、耐腐蝕容器、輕型油罐及大口徑原油排吸管中作骨架材料;用于制作耐高溫、耐切割防護手套;利用其自潤滑性、耐熱性和韌性,可代替有致癌物質的石棉制造隔熱防護屏、防護衣及密封材料;還可替代石棉和玻璃纖維來補強樹脂,用作耐摩擦、絕熱和電絕緣材料;制作艦船繩纜,海底電纜、雷達浮標系統和光導纖維增強繩纜;制造高強度低重量的運動器材,如滑雪板、劃艇和皮艇等等?傊,凡要求高強度、耐拉伸、抗撕裂、防穿刺及耐高溫的場合,都是芳綸1414大顯身手的領域,具有不可替代的優越性。



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