Processo di produzione della fibra aramidica

Metodo sintetico della fibra para-aramidica

Le principali materie prime della para-aramide sono il cloruro di tereftaloil (TPC) e la p-fenilendiammina (PPD). La paraaramide deve essere sottoposta a reazione di policondensazione in condizioni anidre. I metodi di preparazione sono:

① Metodo di policondensazione dell'interfaccia:

Sciogliere il cloruro di acido dicarbossilico in un solvente organico immiscibile con acqua, come benzene, tetracloruro di carbonio, ecc., e quindi sciogliere il diamine in acqua (aggiungere una piccola quantità di Na2CO3 o NaOH all'acqua per assorbire l'acido cloridrico generato dalla reazione), quindi le due soluzioni di cui sopra sono mescolate e al momento dell'aggiunta, La reazione di policondensazione avviene sull'interfaccia dei due liquidi per formare un film polimerico. Poiché la reazione viene effettuata sull'interfaccia, è chiamata policondensazione interfacciale.

②Metodo di policondensazione della soluzione a bassa temperatura:

È il metodo più maturo di sintetizzare la fibra aramidica attualmente. Questo metodo viene utilizzato nella sintesi di fibre industriali di Kevlar e Technoral.

In un reattore di polimerizzazione di vetro dotato di un agitatore in acciaio inossidabile e passato attraverso N2 secco, aggiungere una soluzione NMP contenente una certa quantità di LiCl anidro e piridina, aggiungere p-fenilendiammina in polvere a temperatura ambiente e dissolverla in un bagno di acqua ghiacciata La soluzione viene abbassata ad una certa temperatura e quindi viene aggiunto cloruro di tereftaloil in polvere stoichiometrico, e la velocità di agitazione è aumentata allo stesso tempo. Man mano che la reazione progredisce, la viscosità della soluzione aumenta e il livello del liquido aumenta. Dopo pochi minuti, si verifica il fenomeno dell'arrampicata dell'asta e appare il gel. Continuare a mescolare per qualche minuto per rompere il gruppo di gel giallo, quindi lasciare riposare il prodotto per più di 6 ore. Aggiungere una piccola quantità di acqua al polimero ottenuto, schiacciare e filtrare, quindi lavare con acqua fredda e acqua calda più volte per rimuovere il solvente residuo, LiCl, HCl e piridina, fino a quando il liquido di lavaggio è neutro, quindi asciugare il polimero a 100°C Più di 5h, è stato ottenuto un polimero secco. Poi il polimero viene miscelato in acido solforico concentrato freddo, riscaldato a 75°C per diventare una soluzione di cristallo liquido nematico, e poi filato.

Metodo sintetico della fibra metaaramidica

Meta-aramide è formata dalla policondensazione di IPC e MPD e ci sono polimerizzazione a bassa temperatura, policondensazione interfacciale, polimerizzazione di emulsione e polimerizzazione in fase gassosa.

Tra questi, il metodo di polimerizzazione a bassa temperatura e il metodo di policondensazione interfacciale sono più comuni.

DuPont degli Stati Uniti utilizza la polimerizzazione a bassa temperatura per la policondensazione e adotta il processo di filatura a secco; Teijin del Giappone utilizza la polimerizzazione interfacciale per la policondensazione e adotta il processo di filatura bagnato; I nuovi materiali Shandong Yantai Taihe e Guangdong Caiyan utilizzano entrambi la policondensazione a bassa temperatura mediante il metodo di polimerizzazione della soluzione, utilizzando il processo di filatura a umido per produrre fibra metaaramidica.

① Metodo di polimerizzazione a bassa temperatura:

Sciogliere MPD nel solvente N, N-dimetilacetammide (DMAc) sotto agitazione, raffreddare a circa 0 ° C, quindi aggiungere IPC sotto agitazione e riscaldare fino a 50 ~ 70 ° C per reazione, durante il processo di reazione genererà HCl, Ca (OH) 2 dovrebbe essere aggiunto per neutralizzarlo durante la reazione, in modo che la soluzione diventi un sistema di soluzione DMAc-CaCl2 e la sua concentrazione può essere regolata per filatura bagnata. Questo metodo consuma meno solvente, le fasi operative sono semplici e l'efficienza di produzione è elevata, quindi il metodo di policondensazione a bassa temperatura è ampiamente usato.

② Metodo di polimerizzazione dell'interfaccia:

Sciogliere IPC in un solvente tetraidrofurano (THF) per formare una fase organica; sciogliere MPD in una soluzione acquosa di carbonato di sodio per formare una fase acquosa, quindi aggiungere la fase organica alla fase acquosa sotto vigorosa agitazione, in modo che la fase organica e la fase acquosa siano in due fasi. La reazione di policondensazione avviene rapidamente all'interfaccia di fase. Il polimero risultante precipitava fuori e veniva filtrato, lavato e asciugato per dare un prodotto solido.

La velocità di reazione del metodo di polimerizzazione interfacciale è veloce, il peso molecolare relativo del polimero generato è alto e la droga filante di alta qualità può essere preparata, ma a causa del processo complesso e degli elevati requisiti di attrezzature di questo metodo, porta ad alti investimenti.

Campi di applicazione della fibra aramidica

Le fibre aramidiche sono ampiamente utilizzate nel mio paese aerospaziale, automobilistico, elettromeccanico, edile, sportivo e molti altri campi, e sono uno dei materiali indispensabili nella vita futura.

Settore dell'aviazione

La fibra aramidica ha bassa densità, alta resistenza e buona resistenza alla corrosione. Può essere utilizzato per fabbricare involucri di motori a razzo per missili, materiali di trasmissione delle onde a banda larga per fusoliere, ali principali e empenages di aerei e veicoli spaziali, e componenti strutturali in grado di resistere alle forze di impatto. Il bordo della struttura a nido d'ape multistrato preparato impregnando il panno aramidico con resina epossidica per formare prepreg aramidico e incollando direttamente con struttura a nido d'ape o schiuma ha eccezionale resistenza agli urti e permeabilità alle onde elettromagnetiche. Il laminato composito super-ibrido formato dalla fibra aramidica sovrapposta e pressata a caldo, dalla piastra sottile di alluminio e dal tessuto non tessuto epossidico ha modulo specifico e resistenza specifica estremamente elevati e la sua vita anti-fatica è da 100 a 1000 volte quella del piatto in lega di alluminio. Può essere utilizzato nella fusoliera aeronautica e in altre parti. Il materiale composito rinforzato a base di resina preparato dalla fibra aramidica viene applicato al corpo passeggeri dell'aeromobile, che può ridurre notevolmente il peso totale dell'aeromobile.

Settore delle costruzioni

La duttilità del tessuto in fibra aramidica è migliore di quella della fibra di carbonio. Il materiale stesso è leggero e flessibile in libertà. È un materiale di rinforzo ideale per progetti di costruzione, soprattutto quando si rinforzano componenti di forma irregolare. Non è necessario smussare. La tessitura di fibre aramidiche in barre d'acciaio può essere utilizzata come scheletro cementato per grandi edifici. Oltre ai vantaggi di alta resistenza e peso leggero, è anche resistente alla corrosione e ha una buona resistenza al taglio.

Trasporti

A causa della bassa densità delle fibre aramidiche, può resistere alle alte e basse temperature e ha una buona adesione alla gomma, quindi può essere utilizzato come cavi pneumatici per automobili o aerei. Il pneumatico realizzato in fibra aramidica ha peso leggero, pneumatico sottile, bassa resistenza al rotolamento, elevata capacità portante del pneumatico e buona resistenza all'usura, resistenza al taglio e resistenza alla perforazione e il centro di gravità della pressione del suolo del pneumatico durante l'uso Il movimento è piccolo, la prestazione dello sterzo è buona, il calore è facile da irradiare e non è facile da deformare, che migliora il comfort di guida dell'auto, prolunga la durata del pneumatico e può soddisfare i requisiti dei moderni aerei supersonici per l'uso di pneumatici.

Settore elettronico ed elettrico

Le fibre aramidiche hanno maggiore resistenza e modulo e coefficiente dielettrico più basso e buona trasmittanza elettromagnetica delle onde. Nelle stesse condizioni di rigidità, lo spessore dello scudo dell'antenna radar fatto di materiali compositi aramidici può essere ridotto del 30% rispetto ai materiali compositi in fibra di vetro.%, la trasmittanza delle onde elettromagnetiche aumentata del 10%; Il substrato laminato in fibra aramidica ed epossidica, fenolica, poliimide e altre resine ha un alto grado di corrispondenza del coefficiente di espansione lineare con la ceramica e non soffre di espansione termica e contrazione. Può causare crepe e può essere utilizzato per realizzare circuiti stampati speciali nella tecnologia di montaggio superficiale, che è favorevole alla miniaturizzazione e al peso leggero delle apparecchiature elettroniche.

Utilizzando le caratteristiche di resistenza ad alta resistenza e ad alta temperatura della fibra aramidica, è utilizzato come "membro di tensione" nella fibra ottica, che può proteggere la piccola e fragile fibra ottica dall'allungamento e dalla deformazione quando è sottoposta a tensione e non influenzerà la trasmissione della luce. Il prodotto composito della fibra aramidica e della fibra di carbonio ha buone proprietà di processabilità e semiconduttore e può resistere alle alte temperature. È principalmente utilizzato per realizzare materiali per ridurre i campi elettrici in dispositivi ad alta tensione. Dopo essere stata impregnata con vernice isolante, la carta aramidica ha buone proprietà isolanti e combinata con foglio di mica naturale, viene utilizzata come materiale isolante per motori resistenti al calore.

Altri settori

Le fibre aramidiche contengono un gran numero di anelli benzenici nelle loro molecole, che hanno una buona stabilità chimica, resistenza alla corrosione, alta resistenza specifica, leggera e forte, e possono essere utilizzate per fabbricare cavi per navi marittime e pozzi petroliferi profondi. Utilizzare la resistenza alle alte temperature e resistenza alla fatica della fibra aramidica per fare racchette di alta qualità, canne da pesca, slitte, sci, bastoncini da sci, archi e frecce, barche a remi, mazze da golf, ecc. e può anche essere utilizzato per fare scarpe da alpinismo con condizioni sportive dure Stivali, guanti da boxe, caschi da corsa, carrozzerie auto da corsa, ecc. Poiché l'amianto è un grave pericolo per le vie respiratorie umane, le fibre aramidiche possono essere utilizzate al posto dell'amianto per realizzare piastre di tenuta in gomma rinforzata e altre guarnizioni, che vengono utilizzate per le fodere e gli anelli dei freni automobilistici.

Il tessuto unidirezionale aramidico fornisce una soluzione migliore per il rinforzo della costruzione

La fibra aramidica non solo può costruire strade, ma anche rafforzare le case, e ha una prospettiva molto ampia nel campo della costruzione.

La fibra paraaramidica è un nuovo tipo di fibra sintetica ad alta tecnologia, che ha proprietà eccellenti come ultra-alta resistenza, alto modulo, resistenza alle alte temperature, resistenza agli acidi e agli alcali e peso leggero. O da 2 a 3 volte quella della fibra di vetro, la durezza è due volte quella del filo d'acciaio e il peso è solo circa 1/5 del filo d'acciaio. A una temperatura di 560 ° C, non si decompone o si scioglie. Il materiale composito del panno della fibra aramidica ha alta resistenza alla trazione, piccola gravità specifica, buona resistenza alla corrosione, buon allungamento, buone prestazioni di isolamento, forte tenacità, alta resistenza al taglio e resistenza all'estrusione, forte resistenza agli urti e eccellente ritardanza intrinseca della fiamma. Prestazioni, possono essere utilizzate per riparare e rinforzare ponti, colonne, metropolitane, camini, torri d'acqua, gallerie, ferrovie elettrificate, porti marittimi e pontili, particolarmente adatti per il rinforzo e la riparazione di strutture in calcestruzzo.

Ad esempio, si applica a travi, principalmente ponti e edifici civili o impianti industriali. I metodi di rinforzo includono resistenza alla flessione e resistenza al taglio. Quando si esegue la resistenza alla flessione, la direzione della fibra del panno aramidico è coerente con la direzione assiale del fascio. Il lato di tensione per aumentare la capacità di carico del fascio. Secondo i test pertinenti, finché il fascio non è un fascio super-rinforzato, uno strato di 280 grammi di tessuto aramidico può aumentare la capacità portante di circa il 30%, e due strati possono aumentare la capacità portante di circa il 40%. La direzione è perpendicolare all'asse del fascio.

Il tessuto aramidico è ideale anche per rinforzare i pali. Prima di tutto, perché il modulo elastico della fibra aramidica è 118Gpa, rispetto al modulo elastico della fibra di carbonio 230Gpa, la fibra aramidica ha una migliore duttilità; In secondo luogo, solo circa 10mm sono necessari per la rettifica dei bordi e generalmente non è necessaria alcuna rettifica, mentre la fibra di carbonio ha bisogno di circa 30mm. Al contrario, l'uso di panno aramidico può risparmiare un sacco di ore di uomo. Infine, poiché il panno aramidico è una sorta di panno morbido, ha una migliore seguibilità, soprattutto per tappi con forme irregolari, è più adatto utilizzare panno aramidico per il rinforzo.

In termini di applicazioni di rinforzo di muratura e pannelli, i requisiti per la testata di rinforzo dei pannelli sono generalmente relativamente elevati e l'aspetto non sarà influenzato dopo il rinforzo, quindi è più conveniente utilizzare materiali compositi aramidici sottili e morbidi per il rinforzo. Nel rinforzo di camini e torri d'acqua, a causa dello sviluppo ad alta quota di strutture come camini e torri d'acqua, è difficile rinforzarli e mantenerli. I metodi tradizionali sono fondamentalmente difficili da risolvere tali problemi e le fibre aramidiche sono leggere, ad alta resistenza, resistenti alla corrosione e durevoli. Bene, sarà una scelta migliore per rafforzare camini e torri d'acqua.

Nel rinforzo dei tunnel della metropolitana, i tessuti aramidici hanno anche alcuni vantaggi. Dal momento che le metropolitane e i tunnel sono strutture che lavorano sottoterra, la loro forza è diversa da quella della struttura del suolo, e ci sono pressioni sulla terra sul tetto e sui lati della grotta. Ha anche il requisito di headroom, quindi quando si riparano crepe, la possibilità di utilizzare metodi di rinforzo tradizionali è molto piccola. Il rinforzo e la manutenzione con panno aramidico possono soddisfare i suoi vari requisiti. Le crepe nella volta o nella parete laterale della metropolitana o del tunnel sono generalmente multi-direzionali e irregolari, il che richiede che i suoi materiali di riparazione abbiano una buona resistenza al taglio e l'aramide è anche un materiale FRP non conduttivo. Pertanto, i vantaggi del tessuto aramidico nell'applicazione di rinforzo dell'ingegneria della metropolitana del tunnel sono abbastanza prominenti.