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    公司新聞

    芳綸纖維的分類與形態和在工業領域中的應用

    很多人對“芳綸纖維的分類與形態和在工業領域中的應用”有誤解或不了解,接下來就讓小編帶大家一起,一來和各位朋友進行共享,探索關于“芳綸纖維的分類與形態和在工業領域中的應用”的知識…

    趙春保(上?;ぱ芯吭杭夹g開發中心)

      
      一、前言
      目前,國際市場上一些公司依舊熱衷于Nomex纖維項目的投資和擴建工作,如美國杜邦公司宣布擴大高性能對位Nomex的產能,該公司計劃投入5億美元,在位于南卡羅萊納州庫珀河的該公司設施內新建工廠,擴大其高性能對位Nomex(Para-aramid)纖維品牌“KEVLAR”的產能。Para-aramid主要被應用于產業及軍事領域還有如中國最大的間位Nomex纖維制造和供應商—煙臺氨綸股份有限公司用于防護服及過濾等高耐熱性、年產1500噸間位Nomex生產線擴能項目已經在2008年下半年勝利竣工,并已投入生產。此次擴能改造使該公司的間位Nomex總產能提升到4300噸/年。何謂Nomex纖維呢?Nomex纖維通稱為芳香族聚酰胺纖維,為區別脂肪族聚酰胺(通稱為尼龍),美國將芳香族聚酰胺稱為Aramid,將它制造的纖維稱為Nomex纖維。Nomex纖維主要品種有:聚間苯二甲酰間苯二胺纖維,稱為Nomex1313,又稱為間位Nomex;聚對苯二甲酰對苯二胺纖維,稱為Nomex1414。Nomex纖維廣泛應用于信息工業、土木建筑、密封填料、大型客機的結構材料及抗燃、耐熱的防護服等。據統計,目前Nomex產品用于防彈衣、頭盔等約占7%~8%,航空航天材料、體育用材料約占40%,輪胎骨架材料、傳送帶材料等約占20%,高強繩索等約占13%。而作為增強材料,Nomex纖維有其不可替代的作用。非常是在異彩紛呈的高性能纖維大家族中,Nomex以其卓越的耐熱防火性、電絕緣性和力學性能,兼有超高強度、高模量優異品種,成為先進防護材料和結構材料的重要基礎原材料,不僅在航空、航天、國防、電子等尖端領域大顯身手,而且開發出更加廣闊的民用空間,已成為當今世界用途最廣、產量最大、最有進展前途的高科技特種纖維。

      二、Nomex纖維的進展歷史
      Nomex纖維誕生于20世紀60年代末,最初作為宇宙開發材料和重要的戰略物資而秘不示人,平添了許多神奇色彩。冷戰結束后,Nomex作為高技術含量的纖維材料大量用于民生領域,才逐漸露出廬山真顏。Nomex最早由美國杜邦公司研制成功并實現工業化生產,其間位Nomex注冊為Nomex(諾美克斯),對位Nomex注冊為Kevlar(凱芙拉),二者分別在世界間位、對位Nomex領域占據著主導地位。例如防火纖維Nomex1313最早由美國杜邦公司研制成功,并于1967年實現了工業化生產,產品注冊為Nomex(諾美克斯)。這是一種柔軟雪白、纖細松散、富有完澤的纖維,外觀和一般化學纖維并無二致,卻集眾長于一身,擁有超乎平常的“特異功能”。幾乎和防火纖維Nomex1313的創造同步,美國杜邦公司在20世紀60年代末研制出另一種高性能合成纖維-防彈纖維Nomex1414,其商品于1972年首次問世,定名為Kevlar(凱芙拉)。Nomex1414外觀呈金黃色,貌似閃亮的金屬絲線,實際上是由剛性長分子構成的液晶態聚合物。由于其分子鏈沿長度方向高度取向,并且具有極強的鏈間結合力,從而給予纖維空前的高強度、高模量和耐高溫特性。Nomex1414的發覺被認為是材料界進展的一個的重要進程碑。Nomex1414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。(Nomex1414的的強韌性也使其裁切和整理異樣困難,需要昂貴的專用工具)。長期以來,由于投資成本高、技術難度大,世界上僅美國、日本和前蘇聯有能力進行生產,工藝技術屬于絕密,產品被視為戰略物資而嚴加管制。目前,全球Nomex市場主要由美國杜邦公司、日本帝人公司以及煙臺氨綸股份有限公司三大Nomex供應商來瓜分。

      三、Nomex纖維的分類和形態和性能
      1.Nomex纖維的分類
      Nomex纖維根據其化學結構的不同,可以分為兩種主要類型:一類是以耐熱性、難燃性為特征的間位Nomex,全稱為聚對間苯二甲酰間苯二胺,英文縮寫為PMTA,美國商品名為Nomex,我國稱為Nomex1313;一類是以高強度、高彈性模量、耐熱性為特征的對位Nomex,全稱為聚對苯二甲酰對苯二胺,英文縮寫為PPTA,商品名美國為Kevlar,日本為Technora,荷蘭為Twaron,俄羅斯為Tevlon,我國稱為Nomex1414。
      Nomex纖維是一種耐高溫的高強度高彈模特種纖維,兼有無機纖維的機械性能和有機纖維的整理性能,密度和滌綸相當。同時還具有極好的耐化學腐蝕性,耐輻射性,耐勞累性,尺寸穩定性等優良性能以及和橡膠樹脂肯定的粘合性能。目前產品有漿粕和纖維兩種形態。成為航空航天、橡膠、樹脂工業、電子電器設備、運輸工具、體育器材及土木建筑等各種領域的新型材料。特別以Nomex纖維制備的高性能Nomex紙貼合材料可廣泛用作高級電器絕緣材料、印刷線路板及電磁波防護材料等而備受矚目。
      2.Nomex纖維的形態
      1414纖維為亮黃色,1313纖維為亮白色。分別具有短纖維(或長絲)和漿粕纖維(或稱沉析纖維)兩種纖維形態。長絲主要用于布料、橡膠等領域,造紙行業中使用短纖維和漿粕纖維。
      3.Nomex的應用特性
      3.1不導電性
      在現代的工程中,如地鐵、隧道、電氣化鐵路以及工業廠房等等,都對絕緣性要求很高,在這些工程的加固補強中,Nomex纖維有著絕對優勢,也給這些領域提供了一個最佳的選擇機會。
      3.2耐腐蝕性好
      非常是耐強堿腐蝕,是其他FRP貼合材料不能相比的,由于在海水對混凝土結構有很強的腐蝕性,主要是因為里面含氯離子較多的原因,導致混凝土碳化,鋼筋銹蝕膨脹,所以在一些海港碼頭工程的加固及防護中,Nomex纖維是最佳的選擇。
      3.3抗沖擊性好
      由于Nomex纖維的彈模是118Gpa,延性非常好,它的延伸率為1.8%,所以剛開始時它在國外是用作軍工產品,如防彈衣等。用它加固一些對沖擊性要求很嚴的結構中,如主航道的橋墩等。
      3.4抗動載抗勞累性能好
      雖然碳纖維的抗拉強度特別高,但由于它是一種脆性材料,只能承受長期的靜荷載,如果長期承受動載,就不能保證它的強度了,Nomex纖維則不受這個限制,早期主要用于軍工產品,而且是防彈衣的主要材料,由于其韌性比較好,所以相應的其抗勞累能力就特別好,其它,Nomex纖維的抗剪切能力也是全部FRP材料中最強的。
      3.5施工方便
      主要是以下幾個步驟,表面處理--涂刷底膠--底層浸漬樹脂--粘貼Nomex布--外層浸漬樹脂--表面防護,而且操作特別簡單。不需要大型的吊裝機械設備,一般不需要做倒角,方形柱子的倒角只要做10ram就可以了,因為Nomex是一種有機材料,和樹脂的浸潤性很好,且養護時間很短一般為幾個小時,而類似其它纖維則需要一至二周。

      四、Nomex布在結構加固工程中應用的領域
      1.梁
      主要是橋梁和民用建筑或工業產房,加固的方式包含抗彎和抗剪,在進行抗彎加固時,Nomex布的纖維方向和梁的軸向一致,一般貼在梁的受拉側,以提高梁的承載能力。據有關試驗得出,只要該梁不是超筋梁,貼一層AK一40可以提高承載30%左右,貼兩層可以提高40%左右;在進行抗剪加固時,Nomex布的纖維方向和梁的軸向垂直。
      2.柱子
      Nomex布是一種理想的柱子加固材料,首先,因為Nomex的彈模是118Gpa,相對于碳纖維(彈模230Gpa),所以它的延性較好;其次,在進行棱角打磨時一般只需要l0mm左右,一般不需打磨,而碳纖維則需要30rnm左右。Nomex就可以節約很多工時。最后,由于Nomex布是一種柔軟的布,所以追隨性很好,非常是對于形狀不規則的承臺,Nomex布是一種理想的加固材料。
      3.砌體、板
      一般對于板的加固凈空要求比較高,而且加固后要不影響其外觀,所以用厚度很薄且柔軟的FRP貼合材料進行加固是一種理想的選擇。
      4.煙囪、水塔
      由于象煙囪水塔這樣向高空進展的結構,加固維修非常困難,傳統方法基本上很難解決這樣的問題,而輕質高強、耐腐蝕、耐久性能都很好的Nomex纖維就是一種很好的選擇。
      5.地鐵隧道
      由于地鐵和隧道是一種在地下工作的結構,所以它的受力和地面結構是不一樣的,在洞頂和洞測都有土的力的作用,而且它也有凈空的要求,所以進行裂縫修補時,傳統的加固方法可能性很小,用Nomex布進行加固維修就可以滿足它的各方面要求,因為在地鐵或隧道的拱定或側壁的裂縫一般是多向且不規則的,這就要求它的修復材料必須具有良好的抗剪性能才行,而且Nomex還是一種不導電的FRP材料,所以Nomex布在隧道地鐵工程中是一種最佳的選擇。

      五、結束語
      進展具有差別化、功能化、特別意義的高性能纖維和特種纖維是21世紀的主要研究課題,芳香族聚酰胺纖維作為典型的高性能纖維必將得到全方位的進展?,F代國防、消防、化工、冶金、水電、地礦、核工業等行業對具有隔熱、透氣、防火、耐溫、耐腐蝕的特種材料的需求也將造就一個潛在的龐大市場。通過改性、新型成型技術和差別化研究,進一步改善其壓縮強度、耐勞累強度、彎曲模量、耐水耐完性能和表面粘合力,提高其使用性能,改善整理條件,降低生產成本,可以估計隨著Nomex纖維生產技術和應用技術的革新,和Nomex纖維相關的功能面料品將會得到更廣泛的應用。非常是隨著我國國民經濟的飛速進展,現在及今后相當長的一段時期,各類橋梁及房屋建筑結構的維修、加固、改造將成為建設工程的側重點。目前國內常用的加固方法主要有以下幾種:纖維布層壓材料加固、粘鋼板、體外預應力擴大截面等方法。Nomex纖維貼合材料具有鮮亮的特點,并且由于其性價比有明顯優勢,信任會越來越被廣泛地應用,成為舊危橋加固應用最廣的新技術。其它,軍用以及國防領域對該產品需求也出現了增長趨勢,從而使國際市場上的公司對新型Nomex纖維的研發工作也得到了進一步拓展,如2008年獲得的消息稱,美國杜邦公司發表新型Nomex纖維KelarXP。KelarXP通過新的織物技術及新的PU涂層技術,提高了防彈能力,作為防護布料其舒適性極佳。在杜邦及其獨站機構的試驗中,由11層KelarXP構成的防彈背心,在第三層就能擋住子彈,剩下的各層用來緩沖子彈的沖擊力,可減輕著用者的外傷。著用44口徑手槍用防彈服時,KelarXP能分散15%的子彈沖擊力,而且背心重量至少減輕10%。據杜邦公司介紹,目前市場上的輕質材料,通常是指20-40層的背心,其最低需要9層才能擋住子彈。

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