材料科学与人类物质文明芳纶纤维

材料科学与人类物质文明芳纶纤维姓名：学号：班级：学院：芳纶纤维摘要：芳纶纤维即芳纶。芳纶全称为聚对苯二甲酰对苯二胺,英文为Aramidfiber（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。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。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。关键词：芳纶纤维、特点、生产工艺、行业发展0、引言：自从石棉被公认为是一种强致癌物质以来，世界上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。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逐步取代石棉成为刹车片、离合器片、密封垫的主要材料。大量用于民用领域，逐渐为人所知。芳纶纤维是重要的国防军工材料，有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。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。1、芳纶纤维的定义芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的统称，国外商品牌号叫做凯夫拉纤维，我国命名为芳纶纤维。2、芳纶纤维的分类2.1、主要分类方法2.1.1、对位芳酰胺纤维（PPTA）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。2.1.2、间位芳酰胺纤维（PMIA）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。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。2.2、其他分类方法2.2.1、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。2.2.2、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。2.2.3、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3、芳纶的特点3.1、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。3.2、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。3.3、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。3.4、耐辐射性间位芳纶的耐辐射性能十分优异。例如在1.2×10-2w/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。3.5、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。4、芳纶的生产工艺4.1、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4.2、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。4.3、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。4.4、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。5、芳纶的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6、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。7、结论21世纪是新技术新材料的时代，也是高科技纤维的时代。随着科技的进步和世界经济的进一步发展，芳纶纤维将应用到更多的领域，渗透到人们生活的方方面面，而芳纶纤维在市场容量和更加复杂的性能方面会更加快速的发展。目前，美国、日本的芳纶制造商都争相扩大生产，世界芳纶工业正迎来一个大的发展机遇。我国要打破外国芳纶技术的垄断和突破生产技术的障碍，就必须全力以赴进行工程技术攻关，研制出具有中国自主知识产权的芳纶技术专利，生产出可以国外同类产品媲美的高性能芳纶纤维，以取得市场的制高点和主动权。随着我国对位芳纶产业化进程的推进，我们的化纤工业一定能产业纺织品领域发挥越来越大的作用。[参看资料]:陈超峰、王凤德、彭涛对位芳纶及其复合材料发展思考.化工新型材料，2008：（6）:1-5.罗益峰高性能掘金勿忘科学发展.中国化工信息，2010:1（8）：6-7.李新新、张慧萍、晏雄芳纶纤维生产及应用状况.天津纺织科技，2009:187:4-9.罗益峰聚焦海外高性能纤维新动向.中国化工信息，2010:2（1）：8-9.刘庆备、梅李超、孙友德超级芳纶的特性简介.高科技纤维与应用，2008:33（5）：7-10.帝人公司网站.