概述对位芳纶纤维生产基本工艺开发与应用.doc

概述对位芳纶纤维生产工艺开发与应用 -4-13 10:55:07阅读74次分享这篇新闻： 一、前言 对位芳纶简称对位芳香族聚酰胺纤维，其中聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维，由于PPTA体现出溶致液晶性，是一种重要主链型高分子液晶。高分子液晶工业化是以对位芳纶另一种差别化产品是浆粕纤维（PPTA-pulp）。它具备长度短（不大于等于4mm）、毛羽丰富、长径比高、比表面积大（可达7-9m2/g）等长处，可以更好地分散于基体中制成性能优良各向同性复合材料，其良好耐热性、耐腐蚀性和好机械性能，在摩擦密封复合材料(代替石棉)中得到了更好应用。某些国家浆粕应用高达芳纶用量96。 二、对位芳纶发展历史 美国杜邦公司1972年投产PPTA纤维(商品名Kevlar)系列为先导。该纤维具备高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、耐大多数有机溶剂腐蚀特性，且Kevlar纤维尺寸稳定性也非常好。因而，对位芳纶特点使得它在航天工业、轮船、帘子线、通信电缆及增强复合材料等方面得到了广泛应用。 国内清华大学、东华大学、晨光化工研究院、上海合成纤维研究所及巴陵石化有限责任公司等单位先后开展过PPTA合成及纺丝研究工作。“七五”期间，国家在南通投资兴建了30吨/年PPTA合成中试装置，但由于存在某些技术上问题，已于1991年停运。近来几年来，广东新会已开始试产PPTA纤维，设计能力为500吨/年，仍采用国外相近老式生产办法，但其产品性能及价格明显不如美国杜邦Kevlar纤维，近来几年来仍处在中试阶段但对位芳纶由于某些核心技术问题没有解决，仍没有实现国产化。加快其开发及产业化步伐，已成为增进国内国防军工及有关产业迅速发展迫切需要。 从对位芳纶历史价格趋势观测获悉：自对位芳纶问世以来，其价格呈现戏剧性变化。最初，Kevlar芳纶价格高达100/kg，随着产量增长其价格逐渐下降，1978年降到25-45/kg。90年代初，荷兰AKZO公司推出对位芳纶Twaron，竞争加剧导致对位芳纶价格下降，最低时降到约15/kg，被以为是无法投资赚钱水平。为了有利可图，杜邦和帝人公司联合上调价格，加上9.11事件对芳纶需求影响，当前对位芳纶价格比90年代中期提高了30-40%，约为2535/kg。据简介，芳纶应用于普通轮胎性价比平衡临界点是12/kg，而当前国际市场芳纶价格约为30/kg。 三、对位芳纶重要性能 对位芳纶最突出性能是其高强度、高模量和出众耐热性。同步，它还具备恰当韧性可供纺织加工。原则PPTA芳纶重量比拉伸强度是钢丝6倍，玻纤3倍，高强尼龙工业丝2倍；其拉伸模量是钢丝3倍，玻纤2倍，高强尼龙工业丝10倍；在200下经历100hr，仍能保持原强度75%，在160下经历500hr，仍能保持原强度95%。据此，对位芳纶大多被用作轻质、耐热纺织构造材料或复合构造增强材料。对位芳纶性能缺陷是压缩强度和压缩模量较低、耐潮湿和耐紫外辐射性差、表面与基体复合粘合性差。为了适应不同应用需要，厂商开发了不同型号对位芳纶品种，对位芳纶重要应用特性如下表1所示。 表1 对位芳纶重要应用特性 此外，据悉俄罗斯芳纶性能最佳，芳杂环共聚芳纶是俄罗斯强项，但其产业化水平不高，在世界市场上所占份额很少。若按性能高低排序，几种俄罗斯芳纶依次为Rusar、Armos、SVM、Terlon系列，其中Rusar系列是俄罗斯芳纶最新品种。 四、对位芳纶纺丝工艺 1.一步法制备工艺 由于对位芳纶两步法纺丝过程复杂，生产成本较高。由于硫酸有腐蚀性，对设备规定很高，且残存浓硫酸会使纤维在纺丝过程中导致聚合物降解，这就限制了纤维强度和模量。为缩短流程、简化工艺，因而，人们摸索出由聚合物原液直接纺丝制纤维新工艺。 1.1旭化成公司工艺 旭化成公司生产对位芳纶，其工艺流程图如图1所示。 图1旭化成公司生产对位芳纶工艺流程褚风奎等人直接成纤工艺把缩聚后聚合溶液不经纺丝，直接解决得到短纤维。该法中聚合物溶液由NMP、氯化锂、吡啶和PPTA构成，其中聚合物浓度必要要能行成液晶态，以保证后续沉析过程顺利进行。该工艺受搅拌速度影响很大，普通搅拌速度增长会导致短纤维长径比增长。由该法获得短纤维长度为1-50mm，直径为2-100m。其简化工艺流程如图3所示。 低温溶液缩聚 沉析成纤 水洗 烘干 短纤维图3 对位芳纶直接成纤工艺流程 杜邦公司Kevlar纤维用两步法工艺，其环节如下：(1)溶解。将合成好聚合物与冷冻浓硫酸混合，固含量约为194%；(2)熔融。将混合好纺丝液加热到85C纺丝温度，此时形成液晶溶液；(3)挤出。纺丝液通过滤后用齿轮泵从喷丝口挤出；(4)拉伸。挤出液在一种被称为气隙约为8mm空气层，在气隙中进行约为6倍拉伸；(5)凝固。液态丝条在温度为5-20质量分数为5%-20%硫酸凝固浴中凝固成形；(6)水洗/中和/干燥。丝条从凝固浴出来后水洗，在160-210加热干燥；(7)卷绕。干Kevlar纤维在卷筒上卷绕。此工艺纺丝速度不不大于200m/min。 三大高性能纤维中，芳纶产量和需求量是最大，回顾1995年世界对位芳纶产量约4.2万吨，-期间年对位芳纶世界总产量约5.5万吨。对位芳纶生产商重要是Dupont公司和Teijin公司两家，其产量分别约占世界对位芳纶总产量55%和45%，其他国家或公司仅有少量生产。据报道，近年来世界对位芳纶需求年增长率为10以上。为此，Dupont公司筹划在将来几年内把既有Kevlar产能提高50%；Teijin公司则从收购Twaron业务以来进行了三次大规模扩产，近期产能筹划达到23000吨。 国内进行当代化建设也迫切需要发展高性能芳纶，当前年用量在3000吨以上。上世纪80年代起，国内开始进行对位芳纶研制工作，先后多家单位开发过芳纶、芳纶、芳纶（类似俄罗斯芳纶），但始终处在小试和中试阶段，尚未实现产业化。当前，国内多家单位正在实现对位芳纶产业化。 近年来，随着世界经济和科技迅速发展，对位芳纶用途不断扩展，特别在复合材料、轮胎橡胶、建筑和电子通讯领域应用进展明显。通过40年研究开发，对位芳纶从少量应用于军工、航天特殊材料将发展成为在工业和民用领域也广泛使用原则材料。不但如此，当前活跃对位芳纶改性和差别化研究也预示其正在迅速成为一类通用材料发展趋势。 近来几年来，全球对位芳纶需求量大概为5.5-5.7万吨，消耗量年增长率约为10-12%。当前，全球对位芳纶依然处在供应十分紧缺状态下，因素是绝大某些对位芳纶生产量依然控制在杜邦和帝人两家公司手中，其她公司生产能力有限；加之曾经发生9.11事件以来对防弹级芳纶需求增长，加剧了对位芳纶供应短缺。为此，杜邦和帝人公司多次进行扩产，其他公司也积极开发。预测对位芳纶世界年产量大概在6万吨左右。 回顾1995年国内对位芳纶年用量是50吨，到了后来已经达到了3000吨，之间增长了60倍。 作为一类高性能材料，对位芳纶优秀性能在不同领域被开发应用。事实上，对位芳纶不但可以单独用作各种构造材料和功能材料，并且还可与其他材料复合应用。 当前芳纶重要消耗领域是橡胶工业、摩擦密封材料、防弹防护、复合材料和绳缆市场。特别是对位芳纶在橡胶工业领域用量稳步增长，年增长率接?制品占13%；在橡胶制品中，胶管、传动带和胶料用短纤维用量比例分别为41%、26%和14%。依照芳纶最后用途市场区别，对位芳纶用途分类如下表2所示。 六、国际市场上开发对位芳纶新产品 为了适应客户需求，除原则型芳纶外，芳纶生产商不断开发出新产品。 1.Teijin公司 Teijin公司开发了分别专用于胶管和输送带增强芳纶丝束Twaron1014和Twaron1015，与原则型号Twaron1008相比，除了力学性能更合用于胶管和输送带规定外，这两种产品还通过活化解决，应用时只需一步浸胶即可与橡胶基体粘合良好。Twaron2100是专为传动带开发芳纶丝束，与原则型Twaron1008相比，它有相称低模量，改进了耐弯曲和耐压缩疲劳性能，动态性能出众。Twaron2300则专为动力胶管和高性能传动带开发，特点是同步具备高勾结强度和拉伸强度。开发了防弹专用TwaronCT超细芳纶，明显提高了防弹性能。为了开发耐切割手套，开发了超细、有色芳纶短纤。 2.Dupont公司 Dupont公司开发了高强高模芳纶丝束Kevlar49HS、用于橡胶工业粘合活化芳纶长丝KevlarHa、警用防弹衣织物KevlarProtera超细芳纶，其强度达到24.4cN/dtex。Aracon是Dupont公司开发芳纶新产品，用金属在芳纶纤维表面镀层，具备消除静电、屏蔽辐射、传播电信号功能，比金属线质轻、柔软。Korex?芳纶纸蜂窝芯材是Dupont公司开发对位芳纶新材料，用于轻质高强构造部件。Dupont公司开发了KevlarM/B浓缩物和Kevlar浆粕增强弹性体，将芳纶浆粕或短纤维加工成橡胶预混产品，用于胶管胶带和轮胎中可以增强橡胶制品耐磨耗性和耐扯破性。 七、结束语 因而，作为一类高性能材料，对位芳纶优秀性能在不同领域被开发应用。事实上，对位芳纶不但可以单独用作各种构造材料和功能材料，并且还可与其他材料复合应用。对位芳纶大某些应用在涉及先进复合材料、轮胎、机械橡胶制品、土木建材、涂覆织物以及其他各种工业和民用制品领域。此后，某些对位芳纶生产公司通过共聚改性提高芳纶性能，改进加工生产条件，减少生产成本是核心。此外，通过表面改性解决、混杂纤维及新型成型技术使芳纶适应各种用途，提高使用性能，减少应用成本等都是将来一段时期重要技术研发方向。 信息来源：慧聪网分享这篇新闻： 也许您还会对这些新闻感兴趣春夏女裙装色彩及核心款式：针织加梭织拼接服装“五重奏”：非常6+7 潮流应用新型纤维及创新织造工艺成家纺面料发展新趋势进口原棉价格现高位回落 棉价大涨趋势难持续株洲南大门：让流动党员有家腈纶华茂国际服装产业园组合拳破解用工难题纺大专家首创纺织新技术：实现纤维“天人合一”保护知名商号成为纺城新课题人民币升值 在华美国公司压力大也许您还会对这些公司感兴趣南通泰维纺织有限公司潍坊瑞太纺织制衣有限公司广州市有丰（权泰）纺织品有限公司厦门复晟复合材料有限公司东莞市健凡服饰有限公司 桐乡市恒尚针织有限公司浙江兴美达印染有限公司浙江嘉兴浩年制衣厂温州市样样红针织服饰有限公司台州市路桥秦弩服装厂