Forschungsstatus und Fortschritt von Aramidfasern

Dieses Papier bietet einen Überblick über Aramidfasern, einschließlich ihrer Klassifizierung, Eigenschaften und industriellen Entwicklungstrends in China und global. Darüber hinaus werden die wichtigsten Produktionsmethoden zur Herstellung von Aramidfasern erörtert und jüngste Untersuchungen zu ihren Oberflächenmodifikationstechniken untersucht. Verschiedene Methoden zur physikalischen Modifikationsmethoden (wie Ultraschallbehandlung, Plasmabehandlung, Hochenergiestrahlung, UV-Bestrahlung und Oberflächenbeschichtungen) und chemische Modifikationsmethoden (einschließlich Oberflächeneisen, Oberflächenveredelung, überkritische Kohlendioxidmodifikation und Komplexierungstechniken) werden ausführlich überprüft . Darüber hinaus werden die wichtigsten Anwendungsbereiche von Aramidfasern untersucht, und die zukünftigen Entwicklungsaussichten werden in Bezug auf den aktuellen Stand der Chinas Aramidfaserproduktionsindustrie erörtert.

1.Einführung

Aramidfasern, chemisch als Poly (p-Phenylen-Terephthalamid) (PPTA) bekannt, wurden erstmals in den späten 1960er Jahren entwickelt und später industrialisiert. Heute konzentriert sich die Produktion von Aramidfasern hauptsächlich auf die USA, Japan und Europa. China begann in den 1980er Jahren experimentelle Untersuchungen zu Aramidfasern und hat nach und nach wertvolle industrielle Erfahrung gesammelt und schließlich inländische Produktionslinien festgelegt.

Im Vergleich zu anderen Hochleistungs-Industriefasern,,Aramidfasern Verstärkung Stellen Sie außergewöhnliche Eigenschaften aus, einschließlich:

• Hohe Festigkeit und hoher Modul,
• Hervorragender Wärmewiderstand,
• Überlegene chemische Resistenz (Säure- und Alkali -Resistenz),
• Ausgezeichnete elektrische Isolierung,
• Leichte Eigenschaften, die sie für Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsanwendungen geeignet machen.

Aramidfasern werden häufig in Baumaterialien, Elektronik, Schutzausrüstung (wie kugelsicheren Westen), Transport, militärischen Anwendungen und Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt.

2.Arten und Eigenschaften von Aramidfasern

2.1 Klassifizierung von Aramidfasern

Aramidfasern können basierend auf ihrer molekularen Struktur in die folgenden Kategorien eingeteilt werden:

• Para-Aramidenfasern (PPTA,Aramid 1414)
• Meta-Aramid-Fasern (PMIA,Aramid 1313)
• Ortho-Aramid-Fasern
• Heterocyclische Aramidfasern (enthält Stickstoff-, Sauerstoff- oder Schwefelheteroatome in ihren Polymerketten)

Unter diesen sind die am häufigsten verwendeten in industriellen Anwendungen:

• Para-Aramid-Fasern (Kevlar-Typ, PPTA, Aramid 1414)
• Meta-Aramid-Fasern (Nomex-Typ, PMIA, Aramid 1313)

2.2 Eigenschaften von Aramidfasern

Aramidfasern übertreffen viele herkömmliche Fasern wie Nylon-, Polyester- und Stahldrähte in verschiedenen Aspekten:

Diese Hochleistungseigenschaften machen Aramidfasern für Branchen, die leichte und langlebige Materialien erfordern, unverzichtbar.

3.. Globale und inländische Entwicklungstrends

3.1 Globale Produktions- und Markttrends

2014: Die globale Aramidfaserproduktion erreichte 120.200 Tonnen

Para-Aramide: 76.800 Tonnen

Meta-Aramide: 43.400 Tonnen

2020 (geschätzt): Die weltweite Nachfrage wird voraussichtlich 220.000 Tonnen erreichen

2016: Der globale Marktwert von Aramidfasern betrug 40,47 Milliarden US -Dollar mit einer jährlichen Wachstumsrate von 2,24%.

2023 (projiziert): Der globale Marktwert kann 49 Milliarden US -Dollar übersteigen.

3.2 führende globale Produzenten

Dupont (USA)-führender Hersteller der Kevlar-Serie (Kevlar-29, Kevlar-49, Kevlar-49AP)

Teijin (Japan) - Hersteller von Twaron und Technora

Kolon (Südkorea)-Erweiterung der Präsenz in Hochleistungsfasern

3.3 Entwicklung in China

China startete 2004 die Produktion der kommerziellen Aramidfaser, wobei Yantai Spandex (jetzt Taihe neue Materialien) die Produktion von Meta-Aramid-Fasern in der Industrie im Bereich der industriellen Maßstäbe erreichte.

2011: Taihe neue Materialien begannen, Para-Aramid-Fasern zu produzieren und wurde Chinas führender Inlandsproduzent.

2016: Chinas Aramidfaserproduktion erreichte 13.000 Tonnen und machte 11% des Weltmarktes aus.

Zukünftige Pläne:

Taihe neue Materialien zielen darauf ab, die Para-Aramide-Produktion bis 2022 auf 12.000 Tonnen zu steigern.

China steht aufgrund internationaler Beschränkungen für Hochleistungsfaserproduktionstechniken nach wie vor technologischen Herausforderungen.

4. Produktionsmethoden von Aramidfasern

4.1 Polymerisation mit niedriger Temperaturlösung

Die am weitesten verbreitete Industriemethode.

Beinhaltet die Reaktion von P-Phenylendiamin (PPD) mit Terephthaloylchlorid (TCL) in einem Lösungsmittelsystem mit niedrigem Temperatur.

Wird von Dupont (USA), Teijin (Japan) und Taihe New Materials (China) verwendet.

4.2 Alternative Methoden (experimentell)

Grenzflächenpolymerisation

Direkte Polycondensation

Dampfphasenpolymerisation

Umesterung

Diese alternativen Methoden befinden sich noch in der Forschungsphase und wurden aufgrund technischer Einschränkungen nicht industrialisiert.

5. Oberflächenmodifikationstechniken

Da Aramidfasern eine geringe Oberflächenreaktivität und eine schlechte Adhäsion aufweisen, werden verschiedene Oberflächenbehandlungsmethoden verwendet, um ihre Kompatibilität in Verbundwerkstoffen zu verbessern.

5.1 Methoden für physikalische Änderungen

• Ultraschallbehandlung - Verbessert die Faserrauheit für eine bessere Haftung.
• Plasmabehandlung - verändert die Oberflächeneigenschaften und verbessert die Bindung.
• Hochenergetische Strahlung (Gamma/Röntgen-)-erhöht die Faserreaktivität.
• UV-Bestrahlung-führt sauerstoffhaltige Gruppen ein, um die Adhäsion zu verbessern.
• Oberflächenbeschichtung - Polymerbeschichtungen verbessern die Kompatibilität mit Verbundmatrizen.

5.2 Methoden Chemischer Modifikationsmethoden

• Oberflächenätzung (z. B. Behandlung mit Phosphorsäure)-verbessert die Fasermatrix-Adhäsion.
• Oberflächenveredelung - Fügt funktionelle Gruppen für eine verbesserte Bindung hinzu.
• Superkritische CO₂ -Modifikation - verändert die Oberflächenchemie mit CO₂ als Reaktionsmedium.
• Komplexierungsbehandlung (z. B. CaCl₂, LICL) - verändert die Wasserstoffbindung für eine bessere Leistung.

6. Schlüsselantragsbereiche

Elektronik- und Elektroisolierung - verwendet in gedruckten Leiterplatten (PCB), Motoren und Transformatoren.

Automobilindustrie - In Reifen, Bremsbelägen und verstärkten Gürteln aufgetragen.

Luft- und Raumfahrt - In Flugzeugflügeln und leichten strukturellen Komponenten verwendet.

Verteidigung & Sicherheit - Essentiell für kugelsichere Westen, Helme und Schutzhandschuhe.

Konstruktion - stärkt verstärkte Beton- und Verbundstrukturen.

7. Schlussfolgerung und Zukunftsaussichten

Chinas Aramidfaserindustrie befindet sich noch in der Wachstumsphase und erfordert Fortschritte bei Produktionstechniken, Polymerisationskontrolle und Oberflächenmodifikationsmethoden. Mit fortgesetzter Investitionen und Forschung wird China in den kommenden Jahren voraussichtlich ein wichtiger Akteur auf dem globalen Aramidfasermarkt.

Mehr lesen:Medical Fiberglas Cast vs. Gips Cast: Was ist besser für die Bruchbehandlung?