Herstellungsverfahren von Aramidfasern

Synthetisches Verfahren aus Para-Aramidfasern

Die wichtigsten Rohstoffe von Para-Aramid sind Terephthaloylchlorid (TPC) und p-Phenylendiamin (PPD). Para-Aramid muss eine Polykondensationsreaktion unter wasserfreien Bedingungen durchlaufen. Die Zubereitungsmethoden sind:

① Schnittstellenpolykondensationsverfahren:

Lösen Sie das Dicarbonsäurechlorid in einem organischen Lösungsmittel, das mit Wasser vermischt wird, wie Benzol, Tetrachlorid usw., und lösen Sie dann das Diamin in Wasser auf (fügen Sie eine kleine Menge Na2CO3 oder NaOH zum Wasser hinzu, um die Salzsäure zu absorbieren, die durch die Reaktion erzeugt wird), dann werden die oben genannten beiden Lösungen gemischt, und zum Zeitpunkt des Zugabens, Eine Polykondensationsreaktion erfolgt an der Schnittstelle der beiden Flüssigkeiten zu einem Polymerfilm. Da die Reaktion an der Grenzfläche erfolgt, wird sie als Grenzflächenpolykondensation bezeichnet.

②Low Temperature Lösung Polykondensation Verfahren:

Es ist derzeit die ausgereifteste Methode zur Synthese von Aramidfasern. Diese Methode wird bei der Synthese von industrialisierten Kevlar- und Technoralfasern verwendet.

In einem Glaspolymerisationsreaktor, der mit einem Edelstahlrührer ausgestattet ist und durch trockenes N2 geführt wird, fügen Sie eine NMP-Lösung hinzu, die eine bestimmte Menge an wasserfreiem LiCl und Pyridin enthält, fügen Sie pulverförmiges p-Phenylendiamin bei Raumtemperatur hinzu und lösen Sie es in einem Eiswasserbad auf. Die Lösung wird auf eine bestimmte Temperatur abgesenkt, und dann wird stöchiometrisches pulverförmiges Terephthaloylchlorid zugesetzt. und die Rührgeschwindigkeit wird gleichzeitig erhöht. Mit fortschreitender Reaktion nimmt die Viskosität der Lösung zu und der Flüssigkeitsstand steigt an. Nach einigen Minuten tritt Rutenklettern Phänomen auf und Gel erscheint. Rühre einige Minuten weiter, um die gelbe Gelgruppe zu zerschlagen, und lasse das Produkt dann länger als 6h stehen. Fügen Sie dem erhaltenen Polymer eine kleine Menge Wasser hinzu, zerdrücken und filtern Sie, dann waschen Sie mit kaltem Wasser und heißem Wasser mehrmals, um Restlösungsmittel, LiCl, HCl und Pyridin zu entfernen, bis die Waschflüssigkeit neutral ist, dann trocknen Sie das Polymer bei 100°C Mehr als 5h wurde ein trockenes Polymer erhalten. Dann wird das Polymer in kalter konzentrierter Schwefelsäure gemischt, auf 75°C erhitzt, um eine nematische Flüssigkristalllösung zu werden, und dann gesponnen.

Synthetisches Verfahren der Meta-Aramidfaser

Meta-Aramid wird durch Polykondensation von IPC und MPD gebildet, und es gibt Niedertemperaturpolymerisation, Grenzflächenpolykondensation, Emulsionspolymerisation und Gasphasenpolymerisation.

Unter ihnen sind die Niedertemperatur-Polymerisationsmethode und die Grenzflächenpolykondensationsmethode häufiger.

DuPont aus den Vereinigten Staaten verwendet Niedertemperaturpolymerisation für Polykondensation und nimmt trockenes Spinnverfahren an; Japans Teijin verwendet Grenzflächenpolymerisation für Polykondensation und nimmt nasses Spinnverfahren an; Shandong Yantai Taihe New Materials und Guangdong Caiyan verwenden beide Niedertemperatur-Polykondensation durch Lösungspolymerisationsmethode, unter Verwendung des Nassspinnprozesses, um Meta-Aramidfaser zu produzieren.

①Tieftemperaturpolymerisationsverfahren:

Lösen Sie MPD in N,N-Dimethylacetamid (DMAc)-Lösungsmittel unter Rühren auf, kühlen Sie bis zu 0°C ab, fügen Sie dann IPC unter Rühren hinzu und erwärmen Sie bis zu 50~70°C für Reaktion, während der Reaktionsprozess HCl erzeugt, Ca(OH)2 sollte hinzugefügt werden, um es während der Reaktion zu neutralisieren, so dass die Lösung ein DMAc-CaCl2 Lösungssystem wird, und seine Konzentration kann für nasses Spinnen eingestellt werden. Diese Methode verbraucht weniger Lösungsmittel, die Arbeitsschritte sind einfach und die Produktionseffizienz ist hoch, so dass die Niedertemperatur-Polykondensationsmethode weit verbreitet ist.

② Grenzflächenpolymerisationsverfahren:

IPC in einem Tetrahydrofuran (THF)-Lösungsmittel auflösen, um eine organische Phase zu bilden; Lösen Sie MPD in einer wässrigen Lösung von Natriumcarbonat auf, um eine Wasserphase zu bilden, und fügen Sie dann die organische Phase der Wasserphase unter starkem Rühren hinzu, so dass die organische Phase und die Wasserphase in zwei Phasen sind. Die Polykondensationsreaktion erfolgt schnell an der Phasenschnittstelle. Das resultierende Polymer fiel aus und wurde gefiltert, gewaschen und getrocknet, um ein festes Produkt zu erhalten.

Die Reaktionsgeschwindigkeit der Grenzflächenpolymerisationsmethode ist schnell, das relative Molekulargewicht des erzeugten Polymers ist hoch, und hochwertiges Spinndot kann hergestellt werden, aber aufgrund des komplexen Prozesses und der hohen Ausrüstungsanforderungen dieser Methode führt es zu hohen Investitionen.

Anwendungsbereiche der Aramidfaser

Aramidfasern sind in der Luft- und Raumfahrt, Automobil, Elektromechanik, Bau, Sport und vielen anderen Bereichen meines Landes weit verbreitet und sind eines der unverzichtbaren Materialien im zukünftigen Leben.

Luftfahrtsektor

Aramidfaser hat eine niedrige Dichte, hohe Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit. Es kann verwendet werden, um Raketenantriebsgehäuse für Raketen, breitbandige Wellenübertragungsmaterialien für Rumpfe, Hauptflügel und Impennagen von Flugzeugen und Raumfahrzeugen sowie Strukturbauteile herzustellen, die Schlagkräften standhalten können. Die mehrschichtige Wabenstrukturplatte, die durch Imprägnierung von Aramidgewebe mit Epoxidharz hergestellt wird, um Aramidpreg zu bilden und direkt mit Waben- oder Schaumstruktur zu verkleben, hat eine hervorragende Schlagfestigkeit und elektromagnetische Wellendurchlässigkeit. Das Super-Hybrid-Verbundlaminat, das durch Überlappung und Heißpressen von Aramidfaser, dünner Aluminiumplatte und Epoxid-Vliesstoff gebildet wird, hat einen extrem hohen spezifischen Modul und spezifische Festigkeit, und seine Anti-Ermüdungs-Lebensdauer ist 100-bis 1000-mal die von Aluminiumlegierungsplatte. Es kann in Flugzeugrumpf und anderen Teilen verwendet werden. Das harzbasierte verstärkte Verbundmaterial, das durch Aramidfaser hergestellt wird, wird auf den Passagierkörper des Flugzeugs aufgetragen, was das Gesamtgewicht des Flugzeugs erheblich reduzieren kann.

Baugewerbe

Die Duktilität des Aramidfasergewebes ist besser als die der Kohlefaser. Das Material selbst ist leicht und flexibel in der Freiheit. Es ist ein ideales Bewehrungsmaterial für Bauprojekte, insbesondere bei der Bewehrung unregelmäßig geformter Bauteile. Eine Fase ist nicht notwendig. Das Weben von Aramidfasern zu Stahlstäben kann als zementverstärktes Skelett für große Gebäude verwendet werden. Neben den Vorteilen der hohen Festigkeit und des geringen Gewichts ist es auch korrosionsbeständig und hat eine gute Scherfestigkeit.

Transport

Aufgrund der geringen Dichte von Aramidfasern kann es hohen und niedrigen Temperaturen standhalten und hat eine gute Haftung zu Gummi, so dass es als Reifenschnüre für Autos oder Flugzeuge verwendet werden kann. Der Reifen aus Aramidfaser hat geringes Gewicht, dünnen Reifen, niedrigen Rollwiderstand, hohe Reifentragfähigkeit und gute Verschleißfestigkeit, Schnittfestigkeit und Durchstoßfestigkeit und den Bodendruckschwerpunkt des Reifens während des Gebrauchs Die Bewegung ist klein, die Lenkleistung ist gut, die Hitze ist leicht zu strahlen, und es ist nicht leicht zu verformen, Das verbessert den Fahrkomfort des Autos, verlängert die Lebensdauer des Reifens und kann die Anforderungen moderner Überschallflugzeuge für die Verwendung von Reifen erfüllen.

Elektronisches und elektrisches Feld

Aramidfasern haben höhere Festigkeit und Modul und niedrigeren dielektrischen Koeffizienten und gute elektromagnetische Wellendurchlässigkeit. Unter den gleichen Steifigkeitsbedingungen kann die Dicke des Radarantennenschirms aus Aramidverbundwerkstoffen im Vergleich zu Glasfaserverbundwerkstoffen um 30% reduziert werden. die Transmission elektromagnetischer Wellen um 10%; Das laminierte Substrat aus Aramidfaser und Epoxid, Phenol, Polyimid und anderen Harzen hat einen hohen übereinstimmenden Grad des linearen Ausdehnungskoeffizienten mit Keramik, und es leidet nicht unter thermischer Ausdehnung und Kontraktion. Es kann Risse verursachen und kann verwendet werden, um spezielle Leiterplatten in der Oberflächenmontage-Technologie herzustellen, die der Miniaturisierung und dem geringen Gewicht elektronischer Geräte förderlich ist.

Unter Verwendung der Eigenschaften der hohen Festigkeit und der Hochtemperaturbeständigkeit der Aramidfaser, wird es als "Zugglied" in der optischen Faser verwendet, die die kleine und zerbrechliche Glasfaser vor Dehnung und Verformung schützen kann, wenn sie Spannung ausgesetzt ist, und die Lichtübertragung nicht beeinflussen wird. Das Verbundprodukt aus Aramidfaser und Kohlefaser hat gute Verarbeitbarkeit und Halbleitereigenschaften und kann hohen Temperaturen standhalten. Es wird hauptsächlich verwendet, um Materialien zur Reduzierung elektrischer Felder in Hochspannungsgeräten herzustellen. Nach der Imprägnierung mit Isolierlack hat Aramidpapier gute Isoliereigenschaften und in Kombination mit natürlichem Glimmerblatt wird es als Isoliermaterial für hitzebeständige Motoren verwendet.

Sonstige Bereiche

Aramidfasern enthalten eine große Anzahl von Benzolringen in ihren Molekülen, die eine gute chemische Stabilität, Korrosionsbeständigkeit, hohe spezifische Festigkeit, leicht und stark haben und zur Herstellung von Kabeln für Seeschiffe und tiefe Ölbrunnen verwendet werden können. Nutzen Sie die hohe Temperaturbeständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit der Aramidfaser, um hochwertige Schläger, Angelruten, Schlitten, Ski, Skistöcke, Bögen und Pfeile, Ruderboote, Golfschläger usw. herzustellen und können auch verwendet werden, um Bergschuhe mit rauen Sportbedingungen Stiefel, Boxhandschuhe, Rennhelme, Rennwagenkörper, etc. herzustellen. Da Asbest eine ernsthafte Gefahr für die menschlichen Atemwege darstellt, können Aramidfasern anstelle von Asbest verwendet werden, um verstärkte Gummidichtungsplatten und andere Dichtungen herzustellen, die für die Liner und Ringe von Automobilbremsen verwendet werden.

Aramid unidirektionales Gewebe bietet eine bessere Lösung für Gebäudeverstärkung

Aramidfaser kann nicht nur Straßen bauen, sondern auch Häuser stärken und hat eine sehr breite Perspektive im Bereich des Bauens.

Para-Aramidfaser ist eine neue Art von Hightech-synthetischen Fasern, die ausgezeichnete Eigenschaften wie ultrahohe Festigkeit, hohes Modul, hohe Temperaturbeständigkeit, Säure- und Alkalibeständigkeit und geringes Gewicht hat. Oder 2-bis 3-mal so viel wie Glasfaser, ist die Zähigkeit doppelt so groß wie Stahldraht, und das Gewicht ist nur etwa 1/5 Stahldraht. Bei einer Temperatur von 560° C zerfällt es nicht oder schmilzt. Aramidfasergewebe-Verbundmaterial hat hohe Zugfestigkeit, kleines spezifisches Gewicht, gute Korrosionsbeständigkeit, gute Dehnung, gute Isolationsleistung, starke Zähigkeit, hohe Scherfestigkeit und Extrusionsfestigkeit, starke Schockbeständigkeit und ausgezeichnete intrinsische Flammschutzfähigkeit. Leistung, kann verwendet werden, um Brücken, Säulen, U-Bahnen, Schornsteine, Wassertürme, Tunnel, elektrifizierte Eisenbahnen, Seehäfen und Kais zu reparieren und zu verstärken, besonders geeignet für Bewehrung und Reparatur von Betonstrukturen.

Zum Beispiel wird es auf Balken, hauptsächlich Brücken und zivile Gebäude oder Industrieanlagen angewendet. Die Bewehrungsmethoden umfassen Biegefestigkeit und Scherfestigkeit. Bei der Durchführung des Biegewiderstandes ist die Faserrichtung des Aramidgewebes mit der axialen Richtung des Strahls konsistent. Die Spannseite zur Erhöhung der Tragfähigkeit des Trägers. Entsprechend relevanten Tests kann eine Schicht von 280 Gramm Aramidgewebe die Tragfähigkeit um etwa 30%, erhöhen, und zwei Schichten können die Tragfähigkeit um etwa 40%. Die Richtung ist senkrecht zur Achse des Strahls.

Aramidgewebe ist auch ideal zur Verstärkung von Pfosten. Erstens, weil der Elastizitätsmodul von Aramidfaser 118Gpa ist, verglichen mit dem Elastizitätsmodul von Kohlefaser 230Gpa, Aramidfaser eine bessere Duktilität hat; Zweitens wird nur etwa 10mm zum Kantenschleifen benötigt, und im Allgemeinen ist kein Schleifen erforderlich, während Kohlefaser etwa 30mm benötigt. Im Gegensatz dazu kann die Verwendung von Aramidgewebe eine Menge Arbeitsstunden sparen. Schließlich, da Aramidgewebe eine Art weiches Tuch ist, hat es eine bessere Folgefähigkeit, insbesondere für Kappen mit unregelmäßigen Formen, ist es besser, Aramidgewebe zur Verstärkung zu verwenden.

In Bezug auf Bewehrungsanwendungen von Mauerwerk und Platten sind die Anforderungen an den Bewehrungskopfraum der Platten im Allgemeinen relativ hoch, und das Aussehen wird nach der Bewehrung nicht beeinträchtigt, so dass es bequemer ist, dünne und weiche Aramidverbundmaterialien für die Bewehrung zu verwenden. Bei der Verstärkung von Schornsteinen und Wassertürmen ist es aufgrund der Höhenentwicklung von Strukturen wie Schornsteinen und Wassertürmen schwierig, diese zu verstärken und zu erhalten. Traditionelle Methoden sind grundsätzlich schwierig, solche Probleme zu lösen, und Aramidfasern sind leicht, hochfest, korrosionsbeständig und langlebig. Gut, es wird eine bessere Wahl für die Stärkung von Schornsteinen und Wassertürmen sein.

Bei der Verstärkung von U-Bahn-Tunneln haben Aramidgewebe auch bestimmte Vorteile. Da U-Bahnen und Tunnel Strukturen sind, die unterirdisch arbeiten, unterscheidet sich ihre Kraft von der der Bodenstruktur, und es gibt Erddrücke auf dem Dach und den Seiten der Höhle. Es hat auch die Anforderung an Kopffreiheit, so dass bei der Reparatur von Rissen die Möglichkeit der Verwendung traditioneller Bewehrungsmethoden sehr gering ist. Verstärkung und Wartung mit Aramidgewebe können seine verschiedenen Anforderungen erfüllen. Die Risse im Gewölbe oder in der Seitenwand der U-Bahn oder des Tunnels sind im Allgemeinen multidirektional und unregelmäßig, was eine gute Scherfestigkeit erfordert, und Aramid ist auch ein nicht leitendes FRP-Material. Daher sind die Vorteile von Aramidgewebe bei der Bewehrungsanwendung von Tunnel-U-Bahn-Engineering ziemlich prominent.