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芳纶全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”,是一种新型高科技合成纤维,具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能,广泛应用于复合材料、防弹制品、建材、特种防护服装、电子设备等领域。

芳纶简介

芳纶全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺",英文为Aramid fiber(帝人芳纶的商品名为 Twaron杜邦公司的商品名为Kevlar),是一种新型高科技合成纤维,具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 5~6倍 ,模量为钢丝或玻璃纤维的2~3倍,韧性是钢丝的2倍,而重量仅为钢丝的1/5左右,在560度的温度下,不分解,不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能,具有很长的生命周期。芳纶的发现,被认为是材料界一个非常重要的历史进程。

生产背景

自从石棉被公认为是一种强致癌物质以来,世界许多发达国家已开始禁用石棉及其制品。美国、日本等国先后研制成功各种系列的非石棉垫片材料,产品现已推向全世界市场。随着与国际大环境的不断接轨。非石棉密封材料正为国内各工业部门认可和接收。出于环保和安全生产的考虑,非石棉垫片的工业应用将会越来越广。通常将以非石棉纤维为增强材料、以橡胶为弹性基体的密封垫片称为非石棉纤维橡胶垫片,或称为无石棉垫片、代石棉垫片。其主要增强材料为代石棉纤维、无机纤维、碳/石墨纤维等。

发展现状

芳纶纤维诞生于20 世纪60 年代末,最初作为宇宙开发材料和重要的战略物资而鲜为人知。冷战结束后,芳纶作为高技术含量的纤维材料大量用于民用领域,才逐渐露为人所知。芳纶的全称是“芳香族聚酰胺纤维”,是一类新型的特种用途合成纤维。芳纶中最具实用价值的品种有两个:一是分子链排列呈锯齿状的间位芳纶纤维,我国称之为芳纶1313;一是分子链排列呈直线状的对位芳纶纤维,我国称之为芳纶1414。
从全球来看,全球间位芳纶(1313)产能3.2 万吨,供需基本平衡。在国内供求关系方面,我国间位芳纶需求约10000 吨,而国内总产能为8600 吨,产能明显不足。作为国内间位芳纶市场的主导者,泰和新材占据了60%以上的市场份额,毛利率基本稳定在35%以上。全球对位芳纶产能约6.5 万吨,2011 年全球对位芳纶需求量在53000 吨左右。世界上主要的对位芳纶生产商是美国杜邦和日本帝人,分别具有28600 吨和28450 吨产能,几乎垄断国际市场。目前我国对位芳纶的年需求量在5000 吨以上,全部依赖进口,目售价在20 万元/吨。
随着欧美地区开展禁止使用石棉的环境保护运动,芳纶浆粕纤维得到了迅速的发展,逐步取代石棉成为刹车片、离合器片、密封垫的主要材料。此外,它在其他工业领域中也得到了广泛的应用,如光纤防护、高温过滤袋、汽车胶管、轮胎、音响弹波布、动力传送带、运输带、转移印花毯、胶鞋鞋底等方面;在个体防护领域,芳纶可以制成防弹衣、防弹头盔、防弹装甲等、消防服、消防面罩、军警作训服、防切割手套等;在民用领域,芳纶可以做成飞机、汽车、高铁的阻燃内饰及织物,可以制成防火毯、逃生绳、阻燃窗帘、床罩、睡衣、桌布、围裙、微波炉手套等。芳纶还能做成芳纶纸,用于电机、变压器、电子电器的绝缘,还可进一步加工成蜂窝结构材料,用于飞机、游艇、高铁、动车的次受件。

芳纶特点

1、良好的机械特性
间位芳纶是一种柔性高分子,断裂强度高于普通涤纶、棉、尼龙等,伸长率较大,手感柔软,可纺性好,可生产成不同纤度、长度的短纤维和长丝,在一般纺织机械制成不同纱支织成面料、无纺布,经过后整理,满足不同领域的防护服装的要求。
2、优异的阻燃、耐热性能
间位芳纶的极限氧指数(LOI)大于28,因此当它离开火焰时不会继续燃烧。纽士达®间位芳纶的阻燃特性是由其自身化学结构所决定的,因而是一种永久阻燃纤维,不会因使用时间和洗涤次数降低或丧失阻燃性能。纽士达®间位芳纶具有很好的热稳定性,在205℃的条件下可以连续使用,在大于205℃高温条件下仍能保持较高的强力。纽士达®间位芳纶具有较高的分解温度,而且在高温条件下不会熔融、融滴,当温度大于370℃时才开始炭化。
3、稳定的化学性质
间位芳纶具有优异的耐大多数化学物质的性能,可耐大多数高浓度的无机酸,常温下耐碱性能好。
4、耐辐射性
间位芳纶的耐辐射性能十分优异。例如在1.2×10-2 w/in2紫外线和1.72×108rads的γ射线的长时间照射下,其强度仍保持不变。
5、耐久性
间位芳纶优良的耐摩擦和耐化学品性能,经过100次洗涤后,用纽士达®间位芳纶加工的布料撕破强力仍可以达到原强力的85%以上。
对位芳纶的耐温性能要高于间位芳纶,连续使用温度范围为-196 ℃ ~ 204 ℃,在560℃高温下不分解、不熔化。对位芳纶最显著的特性是高强度、高模量,其强度 大于25克/旦,是优质钢材的5~6倍、玻纤的3倍、高强尼龙工业丝的2倍; 模量是优质钢材或玻璃纤维的2~3倍、高强尼龙工业丝的10倍。
芳纶浆粕是对芳纶纤维进行表面原纤化处理之后便得到的,其独特的表面结构极大地提高了混合物的抓附力,因此非常适合作为一种增强纤维应用于摩擦及密封产品中。
芳纶浆粕

芳纶浆粕

六方特种纤维----芳纶1414浆粕,浅黄色絮花状,呈毛绒状,其毛羽丰富,强度高、尺寸稳定性好,无脆性、耐高温、耐腐蚀、有韧性、收缩率小、耐磨性好、表面积大,能很好的与其它物质结合,是一种补强材料,回潮率为8%,平均长度为2-2.5mm,表面积为8m2/g。而被用作垫片增强材料,具有较好的回弹性能和密封性能,对人体健康及环境无危害,可用作于水、油、烃类和中等强度的酸碱等介质的密封,造出的垫片具有优良的密封性能和抗蠕变松弛性能。
事实证明,通常只需添加少于10%的浆粕,得到产品的强度相当于50-60%石棉纤维增强的产品。用于增强摩擦、密封材料等制成品,可作为石棉的替代品用于摩擦密封材料,高性能耐热绝缘纸以及增强复合材料

用途

对位芳纶纤维是重要的国防军工材料,为了适应现代战争的需要,美、英等发达国家的防弹衣均为芳纶材质,芳纶防弹衣、头盔的轻量化,有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。在海湾战争中,美、法飞机大量使用了芳纶复合材料。除了军事上的应用外,现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。在航空、航天方面,芳纶由于质量轻而强度高,节省了大量的动力燃料,据国外资料显示,在宇宙飞船的发射过程中,每减轻1公斤的重量,意味着降低100万美元的成本。除此之外,科技的迅猛发展正在为芳纶开辟着更多新的民用空间。据报道,芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7~8%,航空航天材料、体育用材料大约占40%;轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右,还有高强绳索等方面大约占 13%。轮胎业也开始大量使用芳纶帘线来减轻重量,减少滚动阻力

分类

芳纶主要分为两种,对位芳酰胺纤维(PPTA)和间位芳酰胺纤维(PMIA)。
在芳纶纤维生产领域,对位芳酰胺纤维发展最快,产能主要集中在日本和美国、欧洲。如美国杜邦的Kevlar纤维,日本帝人公司的Twaron、Technora纤维,烟台泰和新材的Taparan(泰普龙)纤维等。其中,美国杜邦、日本帝人的产能均为3万吨左右,在对位芳纶市场中处于垄断地位;烟台泰和新材于2011年实现了对位芳纶的商业化运营,在国产对位芳纶的商业化运营中走在全国前列。
间位芳酰胺纤维的品种有美国杜邦的 Nomex、烟台泰和新材的Tametar(泰美达)、日本帝人的Conex等。美国
Tametar间位芳纶本白短纤

Tametar间位芳纶本白短纤

杜邦和烟台泰和新材是全球间位芳纶竞争的主要参与者,两者都能生产工业用本白短纤、服装用可染短纤、色丝、长丝、芳纶纸等,产品性能比较接近,差异化程度也不相上下,在环境保护、安全防护、工业、电子电器、复合材料等领域展开了广泛的竞争。
由于国外技术封锁等原因,我国芳纶的生产和应用起步较晚。2004年,烟台氨纶(现改名泰和新材)实现了间位芳纶的产业化生产,并逐步发展成为全球第二大间位芳纶供应商,极大推动了芳纶在国内市场的应用和发展;2011年,泰和新材实现对位芳纶的商业化运营,在国产对位芳纶的商业化运营中走在全国前列。目前我国芳纶的发展已提到了议事日程,芳纶被列入“国家鼓励发展的高新技术产品目录”和“十二五战略新兴产业发展规划”,未来几年发展步伐将逐步加快。
自20世纪60年代后期以来,已经有多种芳纶问世,并工业化生产。芳纶种类比较多,其划分的方法也有多种。
第一种命名方法根据结构划分,分为对位芳纶和间位芳纶、邻位芳纶。对位芳纶的单体是对苯二甲酸和对苯二胺,单体的上的功能团为对位,聚合得到的链段比较规整,耐高温性能好,强度、高模量。对位芳纶主要有以杜邦的Kevlar系列产品为代表。间位芳纶的单体是间苯二甲酸和间苯二胺,单体的上的功能团为间位,聚合得到的链段呈锯齿型,耐高温,但强度模量都略低。间位芳纶主要有以杜邦的Nomex系列产品为代表。邻位芳纶的单体是邻苯二甲酸和邻苯二胺,单体的上的功能团为邻位。邻位芳纶主要有以杜邦的Korex系列产品为代表。
第二种命名方法也是根据结构划分,如对位就是苯环上的14位置,间位就是苯环上的13位置,如芳纶14的就是对氨基苯甲酸苯环上1、4位置的连接,芳纶1414就是前面所说的对位芳纶,芳纶1313就是前面所说的间位芳纶。
第三种命名方法就是根据聚合单体的种数,如前面所说的芳纶14又叫芳纶I型,芳纶1414和芳纶1313又叫芳纶II型。当在对苯二甲酸和对苯二胺、间苯二甲酸和间苯二胺等常见结构加入第三单元单体如4,4’-二氨基二苯醚、5(6)-胺基-2-(4-胺基苯基)苯并咪唑等得到的芳纶可称为芳纶III型。当第三单元单体为杂环结构时,人们还常称之为杂环芳纶

行业发展报告

《2012年全球及中国芳纶纤维产业深度研究报告》是芳纶纤维领域专业和全面的深度研究报告,报告首先介绍了芳纶纤维的定义、分类、产值及应用等数据,然后介绍了芳纶纤维的产业链结构、市场现状和趋势以及当前的政策等,并介绍了芳纶纤维的产品参数、制造工艺、成本分析、设备物料和技术趋势等,然后分全球和中国两个方面介绍了2009-2013年芳纶纤维的产能、产量、企业市场份额等,并介绍2009-2013年芳纶纤维企业的产能产量利用率、中国占全球的比例以及全球、中国的供需关系、缺口、成本、价格、利润率、进出口消费量等。接着详述了全球主要的16家芳纶纤维的企业的公司全称、网站、公司性质、主要股东、成立时间、管理团队及背景、产品或者服务、客户或者产品应用、历史或者市场地位、扩大计划和各个企业的产值、产量、成本、价格、利润率等详细数据,最后以投资建设3000吨差别化间位芳纶工程项目投资为例子作可行性分析。
在所有品牌的芳纶纤维中,性能最稳定还是杜邦的凯芙拉纤维,对质量有严格要求的产品领域一般都用杜邦芳纶纤维。杜邦自己很少直接销售其产品,都通过代理或者经销商销售。

芳纶生产工艺

帝人芳纶Twaron(即对苯二甲酰对苯二胺)生产过程
Twaron的生产需要三种工艺:聚合、长丝纺丝和丝束纺纱。

聚合

在第一阶段,先将单体纺成密实的细粒聚合物粉末。该物料具有对位芳纶的主要热性能和化学特性。然而,其不具备纱线或纸浆的强化特性。这种细粉末可用于增强塑料组分的特性。

纺丝

第二阶段将聚合物溶在硫酸中,生成一种液晶溶液。随后该溶液纺入细长丝中,每根丝的直径为12μm。丝的结构为100%亚晶状,分子链与纤维轴平行。正式这种高趋向性分布使Twaron长丝具有各种优异的特性。

短纤

为生产人造短纤维或短切纤维,现将纱线进行起皱处理,然后再利用整理剂进行处理。干燥后,将纤维切割成目标长度,然后包装。

纺成浆粕

为生产纸浆,首先切割纱线,然后使纱线悬浮在水中进行纤维化处理。然后直接包装并作为湿纸浆出售,或经过脱水干燥并作为干纸浆待售。

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- 来自原声例句
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