Tình trạng nghiên cứu và tiến trình của sợi aramid

Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan về các sợi aramid, bao gồm phân loại, tài sản và xu hướng phát triển công nghiệp của chúng ở Trung Quốc và trên toàn cầu. Nó cũng thảo luận về các phương pháp sản xuất chính được sử dụng để sản xuất sợi aramid và khám phá nghiên cứu gần đây về các kỹ thuật sửa đổi bề mặt của chúng. Các phương pháp sửa đổi vật lý (như điều trị siêu âm, xử lý huyết tương, bức xạ năng lượng cao, chiếu xạ UV và lớp phủ bề mặt) và phương pháp điều chỉnh hóa học (bao gồm khắc bề mặt, ghép bề mặt, biến đổi carbon dioxide siêu tới hạn và kỹ thuật phức tạp) . Ngoài ra, các lĩnh vực ứng dụng chính của sợi Aramid được kiểm tra và triển vọng phát triển trong tương lai được thảo luận liên quan đến tình trạng sản xuất sợi Aramid hiện tại của Trung Quốc.

1.Giới thiệu

Sợi Aramid, được gọi là poly (p-phenylen terephthalamide) (PPTA), lần đầu tiên được phát triển vào cuối những năm 1960 và sau đó được công nghiệp hóa. Ngày nay, việc sản xuất sợi Aramid chủ yếu tập trung ở Hoa Kỳ, Nhật Bản và Châu Âu. Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu thử nghiệm về các sợi Aramid vào những năm 1980 và dần dần tích lũy kinh nghiệm công nghiệp có giá trị, cuối cùng thiết lập các dây chuyền sản xuất trong nước.

So với các sợi công nghiệp hiệu suất cao khác,aramid sợi quân tiếp viện Triển lãm các thuộc tính đặc biệt, bao gồm:

• Sức mạnh cao và mô đun cao,
• Khả năng chống nhiệt vượt trội,
• Điện trở hóa học vượt trội (kháng axit và kiềm),
• Cách nhiệt tuyệt vời,
• Các đặc điểm nhẹ, làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng hàng không vũ trụ và quốc phòng.

Sợi Aramid được sử dụng rộng rãi trong vật liệu xây dựng, điện tử, thiết bị bảo vệ (như áo chống đạn), vận chuyển, ứng dụng quân sự và kỹ thuật hàng không vũ trụ.

2.Các loại và tính chất của sợi aramid

2.1 Phân loại sợi aramid

Sợi Aramid có thể được phân loại thành các loại sau dựa trên cấu trúc phân tử của chúng:

• Sợi para-usamid (PPTA,Aramid 1414)
• Sợi meta-usamid (PMIA,Aramid 1313)
• Sợi ortho-Aramid
• Sợi aramid dị vòng (chứa nitơ, oxy hoặc dị vòng lưu huỳnh trong chuỗi polymer của chúng)

Trong số này, được sử dụng rộng rãi nhất trong các ứng dụng công nghiệp là:

• Sợi Para-Aramid (Kevlar-Type, PPTA, ARAMID 1414)
• Sợi meta-Aramid (loại Nomex, PMIA, Aramid 1313)

2.2 Tính chất của sợi aramid

Sợi Aramid vượt trội hơn nhiều sợi thông thường như nylon, polyester và dây thép ở các khía cạnh khác nhau:

Những đặc tính hiệu suất cao này làm cho các sợi aramid không thể thiếu đối với các ngành công nghiệp đòi hỏi vật liệu nhẹ và bền.

3. Xu hướng phát triển toàn cầu và trong nước

3.1 Xu hướng sản xuất và thị trường toàn cầu

2014: Sản xuất sợi aramid toàn cầu đạt 120.200 tấn

Para-Aramid: 76.800 tấn

Meta-Aramid: 43.400 tấn

2020 (ước tính): Nhu cầu toàn cầu dự kiến ​​sẽ đạt 220.000 tấn

2016: Giá trị thị trường toàn cầu của sợi Aramid là 40,47 tỷ đô la, với tốc độ tăng trưởng hàng năm là 2,24%.

2023 (dự kiến): Giá trị thị trường toàn cầu có thể vượt quá 49 tỷ đô la.

3.2 Các nhà sản xuất toàn cầu hàng đầu

DuPont (Hoa Kỳ)-Nhà sản xuất hàng đầu của Kevlar Series (Kevlar-29, Kevlar-49, Kevlar-49AP)

Teijin (Nhật Bản) - Nhà sản xuất Twaron và Technora

Kolon (Hàn Quốc)-Mở rộng sự hiện diện trong các sợi hiệu suất cao

3.3 Phát triển ở Trung Quốc

Trung Quốc đã bắt đầu sản xuất sợi aramid thương mại vào năm 2004, với Yantai Spandex (nay là Taihe vật liệu mới) đạt được sản xuất quy mô công nghiệp của sợi meta-Aramid.

2011: Taihe Vật liệu mới bắt đầu sản xuất sợi para-Aramid, trở thành nhà sản xuất trong nước hàng đầu của Trung Quốc.

2016: Sản lượng sợi Aramid của Trung Quốc đạt 13.000 tấn, chiếm 11% thị trường toàn cầu.

Kế hoạch tương lai:

Taihe vật liệu mới nhằm tăng sản lượng para-aramid lên 12.000 tấn vào năm 2022.

Trung Quốc vẫn phải đối mặt với những thách thức công nghệ do hạn chế quốc tế đối với các kỹ thuật sản xuất sợi hiệu suất cao.

4. Phương pháp sản xuất sợi aramid

4.1 Phản ứng trùng hợp dung dịch nhiệt độ thấp

Phương pháp công nghiệp được sử dụng rộng rãi nhất.

Liên quan đến việc phản ứng p-phenylen diamine (PPD) với terephthaloyl clorua (TCL) trong một hệ dung môi nhiệt độ thấp.

Được sử dụng bởi Dupont (Hoa Kỳ), Teijin (Nhật Bản) và Taihe Vật liệu mới (Trung Quốc).

4.2 Phương pháp thay thế (thử nghiệm)

Phản ứng trùng hợp liên vùng

Polycondensation trực tiếp

Sự trùng hợp pha hơi

Transester hóa

Những phương pháp thay thế này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và chưa được công nghiệp hóa do những hạn chế về kỹ thuật.

5. Kỹ thuật sửa đổi bề mặt

Vì các sợi aramid có khả năng phản ứng bề mặt thấp và độ bám dính kém, các phương pháp xử lý bề mặt khác nhau được sử dụng để cải thiện khả năng tương thích của chúng trong vật liệu composite.

5.1 Phương pháp sửa đổi vật lý

• Điều trị siêu âm - Tăng cường độ nhám của sợi cho độ bám dính tốt hơn.
• Điều trị huyết tương - Thay đổi tính chất bề mặt, cải thiện liên kết.
• Bức xạ năng lượng cao (Gamma/X-Ray)-Tăng khả năng phản ứng sợi.
• Chiếu xạ UV-Giới thiệu các nhóm chứa oxy để cải thiện độ bám dính.
• Lớp phủ bề mặt - Lớp phủ polymer tăng cường khả năng tương thích với ma trận tổng hợp.

5.2 Phương pháp sửa đổi hóa học

• Khắc bề mặt (ví dụ, xử lý axit photphoric)-cải thiện độ bám dính của ma trận sợi.
• Ghép bề mặt - Thêm các nhóm chức năng để tăng cường liên kết.
• Supercritical Co₂ Sửa đổi - Thay đổi hóa học bề mặt sử dụng CO₂ làm môi trường phản ứng.
• Điều trị phức tạp (ví dụ: CaCl₂, LICL) - sửa đổi liên kết hydro để có hiệu suất tốt hơn.

6. Các khu vực ứng dụng chính

Điện tử & cách điện điện - Được sử dụng trong các bảng mạch in (PCB), động cơ và máy biến áp.

Ngành công nghiệp ô tô - Áp dụng trong lốp, miếng phanh và dây đai gia cố.

Không gian vũ trụ - Được sử dụng trong cánh máy bay và các thành phần cấu trúc nhẹ.

Quốc phòng & An ninh - Cần thiết cho áo chống đạn, mũ bảo hiểm và găng tay bảo vệ.

Sự thi công - Tăng cường cấu trúc bê tông và bê tông cốt thép.

7. Kết luận & triển vọng tương lai

Ngành công nghiệp sợi Aramid của Trung Quốc vẫn đang trong giai đoạn tăng trưởng, đòi hỏi những tiến bộ trong kỹ thuật sản xuất, kiểm soát trùng hợp và phương pháp sửa đổi bề mặt. Với đầu tư và nghiên cứu tiếp tục, Trung Quốc dự kiến ​​sẽ trở thành một người chơi chính trong thị trường Sợi Aramid toàn cầu trong những năm tới.

Đọc thêm:Medical Fiberlass Cast so với đúc thạch cao: Điều gì tốt hơn cho điều trị gãy xương?