Processo de produção de fibras de aramida

Método sintético da fibra para-aramida

As principais matérias-primas da para-aramida são cloreto de tereftaloil (TPC) e p-fenilenodiamina (PPD). Para-aramida deve sofrer reação de policondensação em condições anidra. Os métodos de preparação são:

① Método de policondensação de interface:

Dissolva o cloreto de ácido dicarboxílico em um solvente orgânico imiscível com água, como benzeno, tetracloreto de carbono, etc., e dissolva então o diamina em água (adicione uma pequena quantidade de Na2CO3 ou NaOH à água para absorver o ácido clorídrico gerado pela reação), então as duas soluções acima são misturadas, e no momento da adição, a reação de policondensação ocorre na interface dos dois líquidos para formar um filme polimérico. Uma vez que a reação é realizada na interface, é chamada de policondensação interfacial.

②Método de policondensação da solução de baixa temperatura:

É o método mais maduro de sintetizar fibra de aramida atualmente. Este método é utilizado na síntese de fibras industrializadas de Kevlar e Technoral.

Em um reator de polimerização de vidro equipado com um agitador de aço inoxidável e passado através de N2 seco, adicione uma solução NMP contendo uma certa quantidade de LiCl anidro e piridina, adicione p-fenilenodiamina em pó à temperatura ambiente e dissolva-a em um banho de água-gelo A solução é abaixada a uma determinada temperatura e, em seguida, cloreto de tereftaloil em pó estequiométrico é adicionado, e a velocidade de agitação é aumentada ao mesmo tempo. À medida que a reação progride, a viscosidade da solução aumenta e o nível de líquido aumenta. Depois de alguns minutos, ocorre fenômeno de escalada de haste e o gel aparece. Continue mexendo por alguns minutos para esmagar o grupo de gel amarelo e, em seguida, deixe o produto repousar por mais de 6h. Adicionar uma pequena quantidade de água ao polímero obtido, esmagar e filtrar, em seguida, lavar com água fria e água quente várias vezes para remover solvente residual, LiCl, HCl e piridina, até que o líquido de lavagem seja neutro, em seguida, secar o polímero a 100°C Mais de 5h, um polímero seco foi obtido. Em seguida, o polímero é misturado em ácido sulfúrico concentrado frio, aquecido a 75 ° C para se tornar uma solução de cristal líquido nematic, e então girado.

Método sintético da fibra de meta-aramida

Meta-aramida é formada por policondensação de IPC e MPD, e há polimerização de baixa temperatura, policondensação interfacial, polimerização de emulsão e polimerização de fase gasosa.

Entre eles, o método de polimerização de baixa temperatura e o método de policondensação interfacial são mais comuns.

A DuPont dos Estados Unidos usa polimerização de baixa temperatura para policondensação e adota processo de fiação a seco; Teijin do Japão usa polimerização interfacial para policondensação, e adota processo de fiação úmida; Os Novos Materiais Shandong Yantai Taihe e Guangdong Caiyan usam Policondensação de baixa temperatura pelo método de polimerização da solução, usando o processo de fiação úmida para produzir fibra meta-aramida.

①Método de polimerização a baixa temperatura:

Dissolva MPD em solvente de N, N-dimetilacetamida (DMAc) sob agitação, esfrie a cerca de 0 ° C, adicione então IPC sob agitação, e aqueça até 50 ~ 70 ° C para reação, durante o processo de reação gerará HCl, Ca (OH) 2 deve ser adicionado para neutralizá-lo durante a reação, de modo que a solução se torne um sistema de solução DMAc-CaCl2, e sua concentração pode ser ajustada para fiação úmida. Este método consome menos solvente, as etapas de operação são simples e a eficiência de produção é alta, então o método de policondensação de baixa temperatura é amplamente utilizado.

② Método de polimerização de interface:

Dissolver IPC num solvente tetrahidrofurano (THF) para formar uma fase orgânica; dissolver MPD em uma solução aquosa de carbonato de sódio para formar uma fase de água e, em seguida, adicionar a fase orgânica à fase de água sob agitação vigorosa, de modo que a fase orgânica e a fase de água estejam em duas fases. A reação de policondensação ocorre rapidamente na interface de fase. O polímero resultante precipitou e foi filtrado, lavado e seco para dar um produto sólido.

A velocidade de reação do método de polimerização interfacial é rápida, o peso molecular relativo do polímero gerado é alto e a dopa de fiação de alta qualidade pode ser preparada, mas devido ao processo complexo e aos altos requisitos de equipamentos deste método, leva a alto investimento.

Campos de aplicação da fibra de aramida

As fibras de aramida são amplamente utilizadas no espaço aéreo, automóvel, eletromecânico, construção, esportes e muitos outros campos do meu país, e são um dos materiais indispensáveis na vida futura.

Sector da aviação

A fibra de aramida tem baixa densidade, alta resistência e boa resistência à corrosão. Pode ser usado para fabricar carcaças de motores de foguetes para mísseis, materiais de transmissão de ondas de banda larga para fuselagens, asas principais e empenagens de aeronaves e naves espaciais, e componentes estruturais que podem suportar forças de impacto. A placa de estrutura de favo de mel multicamada preparada impregnando pano de aramida com resina epóxi para formar prepreg de aramida e ligando diretamente com estrutura de favo de mel ou espuma tem excelente resistência ao impacto e permeabilidade de onda eletromagnética. O laminado composto super-híbrido formado por fibra de aramida sobreposta e prensagem a quente, placa de alumínio fina e tecido não tecido epóxi tem módulo específico extremamente alto e força específica, e sua vida anti-fadiga é de 100 a 1000 vezes a da placa de liga de alumínio. Pode ser usado em fuselagem de aeronaves e outras peças. O material composto reforçado à base de resina preparado pela fibra de aramida é aplicado ao corpo do passageiro da aeronave, o que pode reduzir muito o peso total da aeronave.

Sector da construção

A ductilidade do tecido de fibra de aramida é melhor do que a da fibra de carbono. O material em si é leve em peso e flexível em liberdade. É um material de reforço ideal para projetos de construção, especialmente ao reforçar componentes de forma irregular. Não é necessário chanfrar. Tecer fibras de aramida em barras de aço pode ser usado como um esqueleto reforçado com cimento para grandes edifícios. Além das vantagens de alta resistência e peso leve, também é resistente à corrosão e tem boa resistência ao cisalhamento.

Transportes

Devido à baixa densidade de fibras de aramida, pode suportar altas e baixas temperaturas e tem boa adesão à borracha, por isso pode ser usado como cabos de pneus para automóveis ou aeronaves. O pneu feito de fibra de aramida tem peso leve, pneu fino, baixa resistência ao rolamento, alta capacidade de rolamento do pneu e boa resistência ao desgaste, resistência ao corte e resistência à perfuração, e o centro de gravidade da pressão no solo do pneu durante o uso O movimento é pequeno, o desempenho da direção é bom, o calor é fácil de irradiar, e não é fácil de deformar, que melhora o conforto de passeio do carro, prolonga a vida útil do pneu, e pode atender aos requisitos de aeronaves supersônicas modernas para o uso de pneus.

Campo electrónico e eléctrico

As fibras de aramida têm maior resistência e módulo e menor coeficiente dielétrico, e boa transmitância de onda eletromagnética. Sob as mesmas condições de rigidez, a espessura do escudo da antena do radar feito de materiais compostos de aramida pode ser reduzida em 30% em comparação com materiais compostos de fibra de vidro.%, A transmitância das ondas electromagnéticas aumentou 10%; o substrato laminado feito de fibra de aramida e epóxi, fenólico, poliimida e outras resinas possui um alto grau de correspondência de coeficiente de expansão linear com cerâmicas, e não sofre de expansão térmica e contração. Pode causar rachaduras e pode ser usado para fazer placas de circuito impresso especiais na tecnologia de montagem em superfície, que é propício para a miniaturização e peso leve de equipamentos eletrônicos.

Utilizando as características de alta resistência e resistência a altas temperaturas da fibra de aramida, é usado como um "membro de tensão" na fibra óptica, que pode proteger a fibra óptica pequena e frágil de alongamento e deformação quando é submetida a tensão, e não afetará a transmissão de luz. O produto composto de fibra de aramida e fibra de carbono tem boa processabilidade e propriedades semicondutores, e pode suportar alta temperatura. É usado principalmente para fazer materiais para reduzir campos elétricos em dispositivos de alta tensão. Depois de ser impregnado com verniz isolante, o papel aramida tem boas propriedades de isolamento, e combinado com a folha de mica natural, é usado como material de isolamento para motores resistentes ao calor.

Outras zonas

As fibras de aramida contêm um grande número de anéis de benzeno em suas moléculas, que têm boa estabilidade química, resistência à corrosão, alta resistência específica, leve e forte, e podem ser usadas para fabricar cabos para embarcações marítimas e poços profundos de petróleo. Use a resistência de alta temperatura e resistência à fadiga da fibra de aramida para fazer raquetes de alta qualidade, varas de pesca, trenós, esquis, bastões de esqui, arcos e flechas, barcos a remo, clubes de golfe, etc., e também pode ser usado para fazer sapatos de montanhismo com condições esportivas adversas Botas, luvas de boxe, capacetes de corrida, corpos de carros de corrida, etc. Como o amianto é um sério perigo para o trato respiratório humano, fibras de aramida podem ser usadas em vez de amianto para fazer placas de vedação de borracha reforçada e outros selos, que são usados para os revestimentos e anéis de freios de automóveis.

O tecido unidirecional de aramida fornece uma solução melhor para o reforço da construção

Fibra de aramida não só pode construir estradas, mas também fortalecer casas, e tem uma perspectiva muito ampla no campo da construção.

A fibra para-aramida é um novo tipo de fibra sintética de alta tecnologia, que tem excelentes propriedades, como ultra-alta resistência, alto módulo, resistência a altas temperaturas, resistência a ácidos e álcalis e peso leve. Ou 2 a 3 vezes a da fibra de vidro, a dureza é o dobro da do fio de aço, e o peso é apenas cerca de 1/5 do fio de aço. A uma temperatura de 560 ° C, não se decompõe ou derrete. O material composto de pano de fibra de aramida tem alta resistência à tração, pequena gravidade específica, boa resistência à corrosão, bom alongamento, bom desempenho de isolamento, forte tenacidade, alta resistência ao cisalhamento e resistência à extrusão, forte resistência ao choque e excelente retardamento intrínseco de chama. Desempenho, pode ser usado para reparar e reforçar pontes, colunas, metrôs, chaminés, torres de água, túneis, ferrovias eletrificadas, portos marítimos e cais, especialmente adequado para reforço e reparação de estruturas de concreto.

Por exemplo, é aplicado a vigas, principalmente pontes e edifícios civis ou plantas industriais. Os métodos de reforço incluem resistência à flexão e resistência ao cisalhamento. Ao executar a resistência de flexão, a direção da fibra do pano de aramida é consistente com a direção axial do feixe. O lado da tensão para aumentar a capacidade de carga-carga do feixe. De acordo com testes relevantes, desde que o feixe não seja um feixe super-reforçado, uma camada de 280 gramas de pano de aramida pode aumentar a capacidade de carga em cerca de 30%, e duas camadas podem aumentar a capacidade de carga em cerca de 40%. A direção é perpendicular ao eixo do feixe.

O pano de aramida também é ideal para reforçar postes. Em primeiro lugar, porque o módulo elástico da fibra de aramida é 118Gpa, em comparação com o módulo elástico da fibra de carbono 230Gpa, a fibra de aramida tem melhor ductilidade; em segundo lugar, apenas cerca de 10mm é necessário para moagem de borda, e geralmente nenhuma moagem é necessária, enquanto a fibra de carbono precisa de cerca de 30mm. Em contraste, usar pano de aramida pode economizar um monte de homem-horas. Finalmente, uma vez que o pano de aramida é um tipo de pano macio, tem melhor seguibilidade, especialmente para tampas com formas irregulares, é mais adequado usar pano de aramida para reforço.

Em termos de aplicações de reforço de alvenaria e painéis, os requisitos para a cabeceira do reforço dos painéis são geralmente relativamente altos, e a aparência não será afetada após o reforço, por isso é mais conveniente usar materiais compostos de aramida finos e macios para reforço. No reforço de chaminés e torres de água, devido ao desenvolvimento em alta altitude de estruturas como chaminés e torres de água, é difícil reforçá-las e mantê-las. Os métodos tradicionais são basicamente difíceis de resolver tais problemas, e as fibras de aramida são leves, de alta resistência, resistentes à corrosão e duráveis. Bom, será uma escolha melhor para fortalecer chaminés e torres de água.

No reforço de túneis de metrô, tecidos de aramida também têm certas vantagens. Como os metrôs e túneis são estruturas que trabalham no subsolo, sua força é diferente da da estrutura do solo, e há pressões de terra no telhado e nos lados da caverna. Também tem a exigência de headroom, por isso, ao reparar rachaduras, a possibilidade de usar métodos tradicionais de reforço é muito pequena. Reforço e manutenção com pano de aramida podem atender às suas várias exigências. As rachaduras na abóbada ou parede lateral do metrô ou túnel são geralmente multidirecionais e irregulares, o que requer que seus materiais de reparo tenham boa resistência ao cisalhamento, e a aramida também é um material FRP não condutor. Portanto, as vantagens do pano de aramida na aplicação de reforço da engenharia de metrô de túnel são bastante proeminentes.