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间位芳纶的制造、性能与应用
时间:2016年1月20日 作者:胡祖明 来源:东华大学
性能优异应用广阔
 
间位芳纶是一种出色的阻燃耐热纤维,同时还具有令人满意的综合物理性能、耐恶劣环境的工作性能以及优良的可加工性能。这些性能使得间位芳纶制品能够在很多要求苛刻的防护场合起到独特的作用。该纤维由美国杜邦公司在20世纪60年代首先研制成功,1967年以商品名Nomex推向市场。分子中带有两个刚性的苯环,因而大大提高了其耐热性。其主要用途是制作热防护服、滤材和阻燃装饰布,应用于军事、消防等领域。
 
 
间位芳纶即聚间苯二甲酰间苯二胺纤维,具有长久的热稳定性,可在200℃高温下长期使用而不老化,具有极佳的尺寸稳定性。间位芳纶具有本质阻燃性,其极限氧指数值>28%,在空气中不会自燃、融化,也不会产生熔滴,离焰自熄。它的电绝缘性优良,以其制成的绝缘纸耐击穿电压可达20kV/mm;间位芳纶的耐腐蚀性能非常优越,耐辐射性能也十分优异。此外,间位芳纶还具有低刚性、高延长性,能用常规纺织机械进行加工。
 
 
工艺研究探索不断
 
 
间位芳纶及绝缘纸制造的主流程涉及前后43道工序、128个单元,生产工艺的控制非常严苛,否则即会因为整体/局部不等当量和扩散控制不等当量出现副反应,造成聚合体相对分子质量低、相对分子质量分布宽等问题。为稳定生产质量、实现量产化,目前已开发有特殊双螺杆反应装备,该装备集连续聚合、中和、稳定浆液pH值、后序溶解、脱泡、输送于一体。除了纤维制备方面的探索,还致力于研究芳纶的染色问题。

由于间位芳纶分子结构紧密、结晶度高,小分子染料很难进入纤维大分子内部,导致染色困难,这阻碍了间位芳纶的发展和应用。因此国内外对间位芳纶有色纤维的制备做了大量研究,主要方向是改进间位芳纶的染色性能和采用原液着色等方法。

目前研究有多级逐步凝固新工艺生产芳纶色丝,利用聚合体/溶剂/助溶剂/着色剂的四元纺丝浆液纺丝细流在三元凝固体系中的扩散凝固机理,采用多级逐步凝固新工艺,形成适度皮层,使颜料颗粒保留在纤维内,不污染凝固浴。由该多级逐步凝固新工艺可制得具有圆形截面、结构致密的有色间位芳纶,使纤维力学性能进一步提高。

此外,业界还展开有初生纤维着色、间位芳纶沉析纤维制备技术、异形纤维形态结构调控等多方面的研究和探讨。
 
芳纶纸蜂窝备受关注
 
继芳纶受到安防、过滤等领域的关注,芳纶纸蜂窝现在也成为各界关注的焦点——芳纶纸蜂窝是装备轻量化的主要发展方向。装备制造的轻量化可有效减少对能源的消耗,芳纶纸蜂窝质量轻,还具有较好的力学性能,阻燃性能、热稳定性能,电绝缘性能等优点。它的应用可以大大减轻装备制造的重量,进而降低能耗,减少对环境的污染。芳纶纸具有优异的机械性能、热稳定性能、阻燃性能、耐化学腐蚀性能、耐辐射性能及良好的热绝缘和电绝缘性能等。而芳纶纸经涂胶、叠合、拉伸、浸胶、固化片切等工艺加工而成的芳纶纸蜂窝具有轻质、高强、阻燃、低烟无毒、耐高温、抗冲击、抗疲劳、耐腐蚀等性能。同时,由于结构特点使得芳纶纸蜂窝具有隔声和隔热的功能,由其生产的蜂窝夹层板可广泛用于内饰的天花板、侧壁板、分舱板等领域。芳纶纸蜂窝还具有优异的透波性能,因而在雷达罩方面有着积极的应用。用胶膜把蒙皮与芳纶纸蜂窝芯材粘在一起,芳纶蜂窝芯与上下蒙皮紧密粘合就形成蒙皮夹芯板结构,这种结构实现了板材刚度和强度的完美结合,即可应用于多个领域。
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