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芳綸

放大字體  縮小字體 發布日期:2011-08-19   來源:互聯網   瀏覽次數:480  分享到: 分享到騰訊微博
芳綸全稱為聚對苯二甲酰對苯二胺,英文為Aramid fiber(杜邦公司的商品名為Kevlar),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,

 
        芳綸全稱為"聚對苯二甲酰對苯二胺",英文為Aramid fiber(杜邦公司的商品名為Kevlar),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。現在國外芳綸無論是研發水平還是規模化生產都日趨成熟。在芳綸纖維生產領域,對位芳酰胺纖維發展最快,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世界一流水平,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,還有很高強度和極大杭切割能力,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。

芳綸的連續使用溫度范圍極寬,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有極高的強度,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,所以成為最理想的簾子線纖維。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,特別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。總之,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。

二、安全氣囊織物

最初氣囊織物選用涂層織物,但涂層后織物不透氣,涂料和涂層工藝也使生產成本增高。而目前選用非涂層織物來制作氣囊,不僅成本可大大降低,還能使氣囊保持在低透氣率狀態下使用。

形狀和成形方法

安全氣囊一般選用圓形,有全成形型和縫制型二種。全成形是在織機上利用雙層織物的加工原理形成,中間部分為雙層織物構成的空心囊身,用以儲存工作氣體,四周為單層織物構成的封邊,從而構成了一個封閉的氣囊。

中國產氣囊目前只能用1515闊幅織機、劍桿或片梭織機織造,制成單層高密織物后,將二層重迭,再拼裝縫制成安全氣囊。

全成形氣囊分類

1、方形氣囊——囊身區域織物幅寬方向不同位置的經紗形成雙層囊身,織物的長度相同,因而經紗的織縮率也相同,避免了因經紗織縮率不同而帶來的可織性問題。但由于囊身與封邊的交界在線局部應力集中,氣囊織物不抗破壞;

2、圓形氣囊——封邊與交界在線各點的曲率相同,有效地避免局部應力集中,有利于改善封邊的抗破壞性。由于圓形氣囊密織物幅寬方向不同位置的經紗構成雙層囊身織物的長度差異大,造成幅寬方向不同位置的經紗織縮差異較大,從而影響圓形氣囊織物的可織性。

下機坯布的透氣性

由于安全氣囊必須維持低透氣性,織物的低透氣性成為研究的重點。將原料、織造工藝和后整理工藝三者綜合起來考慮,才能獲得比較滿意的空氣安全袋織物的要求。

原料方面,采用408.7dtex/96F高收縮錦綸長絲紗(收縮率為15%),制成的坯布經熱收縮處理后,透氣量達到要求。

非涂層氣囊織物在合理選擇原料后,要達到低透氣量,必須采用低支高密織造。

實踐證明,坯布透氣量必須控制低于5L/dm<sup>2</sup>?min,才能達到安全氣囊低透氣量要求。透氣量與經緯密成反比,如要達到低透氣量必須提高經緯密度。極限經緯密度與織物經向和緯向緊度有關,高密織物如要達到最佳透氣量,必須使經向緊度達到100%以上,緯向緊度在30~40%為佳。

透氣量與高密織物的孔隙直徑成正比,為達到低透氣量,高密織物的孔隙直徑稍小為佳。

3,多邊形氣囊——只能在一定程度上緩和局部應力集中;

 

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