アラミド繊維生産技術

パラアラミドの合成方法

パラアラミドの主な原料は塩化テレフタル酸塩（TPC）とテレフタルアミン（PPD）である。パラアラミドは無水条件下で重縮合反応を行わなければならない。製造方法は以下の通り：

①界面重縮合法：

ジカルボン酸塩化物を水と混和有機溶媒、例えばベンゼン、四塩化炭素等に溶解した後、ジアミンを水に溶解する(反応により生じる塩酸を吸収するために少量のNa 2 CO 3又はNaOHを水に添加)、その後、これら2種類の溶液を混合し、添加時、2つの液体の界面で重縮合反応を起こしてポリマー膜を形成する。反応は界面で進行するため、界面重縮合と呼ばれる。

②低温溶液重縮合法：

これは現在合成アラミド繊維が最も成熟している方法である。この方法は工業化KevlarとTechnoral繊維の合成に用いられる。

ステンレス鋼攪拌機を備え、N 2を乾燥させたガラス重合反応器に、無水塩化リチウムとピリジンを一定量含むNMP溶液を加え、室温で粉末状テレフタルアミンを加え、氷水浴に溶解した。溶液を一定温度に下げ、その後化学量論の粉末状テレフタル酸塩素を加え、同時に攪拌速度を高める。反応が進むにつれて、溶液の粘度が増加し、液面が上昇した。数分後、バー登り現象が現れ、ゲルが現れた。数分間攪拌を続けて黄色のゲル群を粉砕し、その後製品を6時間以上静置した。得られたポリマーに少量の水を加え、粉砕して濾過した後、洗浄液が中性になるまで冷水と熱水で数回洗浄し、残留溶媒、塩化リチウム、塩酸、ピリジンを除去した後、100°Cでポリマーを乾燥した。5 hを超えた後、乾燥ポリマーを得た。その後、ポリマーを冷濃硫酸中で混合し、75°Cに加熱し、ネマチック相液晶溶液とし、その後回転させた。

メタアラミド繊維の合成方法

間芳香族ポリアミドはIPCとMPDの重縮合により形成され、低温重合、界面重縮合、乳化重合、気相重合がある。

その中で、低温重合法と界面重縮合法は比較的によく見られる。

米国デュポン社は低温重合を用いて重縮合を行い、乾式紡糸技術を採用した、日本のTeijinは界面重合を用いて重縮合し、湿式紡糸技術を採用している。山東煙台泰禾新材料と広東彩燕はいずれも溶液重合法を用いて低温重縮合し、湿式紡糸技術を用いてメタアラミド繊維を生産した。

①低温重合法：

攪拌下でMPDをN、N−ジメチルアセトアミド（DMAc）溶媒に溶解し、約0°Cまで冷却した後、攪拌下でIPCを加え、50〜70°Cまで加熱して反応し、反応中にHClが発生し、反応過程でCa（OH）2を加えて中和し、溶液をDMAc−CaCl 2溶液系にし、その濃度は湿式紡糸によって調整することができる。この方法は溶媒消費が少なく、操作手順が簡単で、生産効率が高いため、低温重縮合法が広く応用されている。

②界面重合方法：

IPCをテトラヒドロフラン（THF）溶媒に溶解し、有機相を形成する、MPDを炭酸ナトリウム水溶液に溶解して水相を形成し、有機相と水相が2相になるように激しく攪拌しながら有機相を水相に添加した。重縮合反応は相界面で急速に発生する。得られたポリマーを沈殿させ、濾過、洗浄、乾燥して固体生成物を得た。

界面重合方法は反応速度が速く、生成されるポリマーの相対分子量が高く、高品質の紡糸原液を製造することができるが、この方法の複雑なプロセスと高い設備要求のため、投資が高い。

アラミド繊維の応用分野

アラミド繊維は我が国の航空宇宙、自動車、機電、建築、スポーツなど多くの分野に広く応用され、将来の生活に不可欠な材料の一つである。

航空部門

アラミド繊維は低密度、高強度、良好な耐食性を有する。ミサイルのロケットエンジンハウジング、航空機と宇宙機の胴体、主翼と尾翼の広帯域波伝送材料、衝撃力に耐えられる構造部品を製造するために使用することができます。エポキシ樹脂でアラミド布を含浸してアラミドプリプレグを形成し、ハニカムまたは発泡体構造に直接結合することによって製造された多層ハニカム構造板は優れた耐衝撃性と電磁波透過性を有する。アラミド繊維、薄いアルミニウム板とエポキシ不織布を重ねて熱プレスした超混在複合積層板は極めて高い比弾性率と比強度を有し、その耐疲労寿命はアルミニウム合金板の100 ~ 1000倍である。航空機の胴体やその他の部品に使用できます。アラミド繊維から製造された樹脂基補強複合材料は航空機乗客に応用され、航空機の総重量を大幅に低減することができる。

けんちく業

アラミド繊維織物の延性は炭素繊維織物より優れている。材料自体は軽量で、自由で柔軟です。これは建築工事の理想的な補強材であり、特に不規則な形状の部材を補強する場合には。面取り不要。アラミド繊維を鉄筋に編んで大型建築のセメント補強骨格として使用することができる。強度が高く、重量が軽いという利点に加え、腐食にも強く、良好な耐せん断性を持っている。

ゆそう

アラミド繊維は密度が低いため、高温と低温に耐えられ、ゴムとの接着性が良いため、自動車や航空機のタイヤコードとして使用することができる。アラミド繊維で作られたタイヤは重量が軽く、タイヤが薄く、転がり抵抗が低く、タイヤの積載能力が高く、耐摩耗性、切断抵抗性と穿刺抵抗性が良く、使用中のタイヤの地面圧力重心。運動が小さく、転向性能が良く、熱が発散しやすく、変形しにくい、これにより、自動車の乗り心地が向上し、タイヤの寿命が延長され、現代の超音速航空機のタイヤ使用要求を満たすことができる。

電子と電界

アラミド繊維は高い強度と弾性率、低い誘電率、および良好な電磁波透過率を有する。同じ剛性条件下で、アラミド複合材料からなるレーダアンテナシールド層の厚さはガラス繊維複合材料より30%減少することができる。電磁波の透過率が10%向上する、芳香族ポリアミド繊維とエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミドなどの樹脂からなる積層基板は、セラミックスと高度な線形膨張係数整合度を有し、熱膨張や収縮が発生しない。それは亀裂を招き、電子機器の小型化と軽量化に有利な表面実装技術における特殊なプリント基板の製造に使用できる。

Utilizing the characteristics of high strength and high temperature resistance of aramid fiber, it is used as a "tension member" in the optical fiber, which can protect the small and fragile optical fiber from elongation and deformation when it is subjected to tension, and will not affect the transmission of light. The composite product of aramid fiber and carbon fiber has good processability and semiconductor properties, and can withstand high temperature. It is mostly used to make materials for reducing electric fields in high-voltage devices. After being impregnated with insulating varnish, aramid paper has good insulation properties, and combined with natural mica sheet, it is used as insulation material for heat-resistant motors.

その他の領域

アラミド繊維の分子にはベンゼン環が多く含まれており、良好な化学安定性、耐食性、高比強度、軽量、堅牢性を有しており、海船や深い井戸のケーブル製造に使用できる。アラミド繊維の耐高温性と耐疲労性を利用して、高級ラケット、釣り竿、そり、スキー板、スキークラブ、弓矢、カヌー、ゴルフクラブなどを製作し、運動条件の悪い登山靴ブーツ、ボクシンググローブ、レーシングヘルメット、レーシングカー車体などの製作にも用いることができる。アスベストは人体の気道に深刻な危害を及ぼしているため、アラミド繊維はアスベストの代わりに強化ゴムシール板とその他のシールを製造し、自動車ブレーキのスペーサーとリングに使用することができる。

アラミドの一方向織物は建築補強により良い解決策を提供した

アラミド繊維は道路を建設するだけでなく、家屋を補強することもでき、建築分野で非常に広い将来性を持っている。

パラアラミド繊維は新型ハイテク合成繊維であり、超高強度、高弾性率、耐高温、耐酸アルカリ、軽量などの優れた性能を有する。あるいはガラス繊維の2〜3倍、靭性はワイヤの2倍、重量はワイヤの1／5程度である。560℃の温度では分解や溶融はしない。アラミド繊維布複合材料は引張強度が高く、比重が小さく、耐食性が良く、伸び率が良く、絶縁性能が良く、靭性が強く、せん断強度と押出強度が高く、耐衝撃性が強く、固有難燃性が良いなどの特徴がある。橋、支柱、地下鉄、煙突、水塔、トンネル、電化鉄道、港、埠頭の修復と補強に使用できる性能で、特にコンクリート構造の補強と修復に適しています。

例えば、梁に適しています。主に橋梁と民間建築または工業工場の建物です。補強方法には、曲げ抵抗と剪断抵抗が含まれます。抗曲げを行う場合、アラミド布の繊維方向は梁の軸方向と一致する。梁の荷重能力を高めるために、張力側。関連テストによると、梁が超補強梁でない限り、280グラムのアラミド布の層は約30%の支持力を増加させることができ、2層は約40%の支持力を増加させることができる。方向は梁の軸線に垂直です。

アラミド布も柱を補強する理想的な材料である。まず、アラミド繊維の弾性率は118 Gpaであるため、炭素繊維230 Gpaの弾性率に比べて、アラミド繊維はより良い延性を持っている、次に、エッジを磨くには10 mm程度、一般的にはエッジを磨く必要はありませんが、炭素繊維には30 mm程度が必要です。対照的に、アラミド布を使用することで大量の工数を節約することができます。最後に、アラミド布は柔らかい布であるため、より良い追従性を持っており、特に形状が不規則な帽子には、アラミド布を使って補強するのに適している。

ブロックとパネルの補強応用において、パネルの補強純空要求は一般的に高く、補強後は外観に影響を与えないため、薄くて柔らかいアラミド複合材料を使用して補強するのが便利である。煙突や水塔の補強では、煙突や水塔などの構造の高い標高が発展しているため、補強や維持が困難になっている。伝統的な方法は基本的にこのような問題を解決するのは難しいが、アラミド繊維は軽量で、強度が高く、腐食に強く、耐久性がある。これは煙突と水塔を補強するためのより良い選択になります。

地下鉄トンネルの補強においても、アラミド織物は一定の優位性を持っている。地下鉄とトンネルは地下で働く構造であるため、その力は地上構造の力とは異なり、洞窟の頂部と側面には土圧がある。また、クリアランスの要件もあるため、亀裂を修復する際に従来の補強方法を使用する可能性は低い。アラミド布の補強とメンテナンスはその様々な要求を満たすことができる。地下鉄やトンネルのドームや側壁の亀裂は一般的に多方向的で不規則であり、これはその修復材料が良好なせん断抵抗性を持つことを要求し、アラミドも非導電性のFRP材料である。そのため、トンネル地下鉄工事の補強応用におけるアラミド布の優位性は非常に際立っている。