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耐高温手套材料介绍(-)芳纶
发布者:www.weiyafh.com 发布时间:2012-03-22 阅读:514

                       

芳纶全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺",英文为Aramid fiber(杜邦公司的商品名为Kevlar),是一种新型高科技合成纤维,具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 56倍,模量为钢丝或玻璃纤维的23倍,韧性是钢丝的2倍,而重量仅为钢丝的1/5左右,在560度的温度下,不分解,不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能,具有很长的生命周期。芳纶的发现,被认为是材料界一个非常重要的历史进程。

芳纶纤维是重要的国防军工材料,为了适应现代战争的需要,目前,美、英等发达国家的防弹衣均为芳纶材质,芳纶防弹衣、头盔的轻量化,有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。在海湾战争中,美、法飞机大量使用了芳纶复合材料。除了军事上的应用外,现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。在航空、航天方面,芳纶由于质量轻而强度高,节省了大量的动力燃料,据国外资料显示,在宇宙飞船的发射过程中,每减轻1公斤的重量,意味着降低100万美元的成本。除此之外,科技的迅猛发展正在为芳纶开辟着更多新的民用空间。据报道,目前,芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占78%,航空航天材料、体育用材料大约占40%;轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右,还有高强绳索等方面大约占 13%

芳纶主要分为两种,对位芳酰胺纤维(PPTA)和间位芳酰胺纤维(PMIA),自20世纪60年代由美国杜邦(DuPont)公司成功地开发出芳纶纤维并率先产业化后,在30多年的时间里,芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程,价格也降低了将近一半。现在国外芳纶无论是研发水平还是规模化生产都日趋成熟。在芳纶纤维生产领域,对位芳酰胺纤维发展最快,产能主要集中在日本和美国、欧洲。如美国杜邦的Kevlar纤维,荷兰阿克苏诺贝尔(Akzo Nobel)公司(已与帝人合并)的Twaron纤维,日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。间位芳酰胺纤维的品种有 NomexConexFenelon纤维等。美国的杜邦是芳纶开发的先驱,他们无论在新产品的研发、生产规摸上,还是在市场占有率上都是世界一流水平,仅他们生产的Kevlar纤维,目前就有Kevlar49Kevlar29等十多个牌号,每个牌号又有数十种规格的产品。杜邦公司在去年宣布将扩大Kevlar纤维的生产能力,该扩建项目预计在今年年底完工。帝人、赫斯特等芳纶生产的知名企业也不甘示弱,纷纷扩产或联合,并积极开拓市场,希望成为这个朝阳产业的生力军。

  德国Acordis公司近期开发出高性能超细对位芳纶 (Twaron)产品,它既不燃,也不会熔融,还有很高强度和极大杭切割能力,主要可用于生产涂层及非涂层织物、针织产品和针剌毡等既耐高温又抗切割的各种纺织服装装备。Twaron超细长丝的细度仅为职业安全服常用对位芳纶的60%,用它织造手套·其抗切割能力提高l0%,用它生产梭织物和针织产品,其手感更柔和,使用更舒适。Twaron防切割手套主要用于汽车制造业、玻璃工业及金属零部件生产厂,还能为森林工业生产护腿用品,为公共运输行业提供防破坏装备等。利用Twaron的阻燃耐热性,可为消防队提供防护套装和毡毯等装备,以及为铸造,炉窑、玻璃厂等高温作业部门提供耐热防火服,以及生产飞机座阻燃防火包覆材料。用这一高性能纤维还能创造汽车轮胎、冷却软管、V型皮带等机件、光学纤维电缆和防弹背心等防护装备,还能代替石棉做摩擦材料和密封材料等。

  据有关部门统计,芳纶纤维世界总需求量在2001年为36万吨/年,而在2005年将达到50万吨/年。全球对芳纶的需求呈现不断增长的态势,芳纶作为一种新兴的高性能纤维进入了飞速发展的时期。

与海外芳纶纤维产业的红红火火相比,芳纶的国产化才刚刚起步。由于芳纶纤维在我国的发展起步较晚,国外公司对核心技术的封锁垄断等原因,目前我国芳纶纤维的技术水平、产品档次及生产能力都与国外发达国家存在着一定的差距。据悉,近几年,我国电子、建筑、轮胎工业迅速发展,使得我国芳纶用量迅猛增长。造成我国芳纶国产化如此艰难的原因主要有两点:一是生产的技术瓶颈难以突破;二是大部分原料需要进口,特别是国产的溶剂不能过关。但正是因为它在国内是新生事物,市场还远远没有饱和,才值得我们去关注、去开发。目前我国芳纶生产的发展已提到了议事日程,芳纶被列入国家鼓励发展的高新技术产品目录之中,政府也将"芳纶纤维在工程轮胎、同步带中应用技术开发"列为我国"十五"橡胶工业重大研究和产业化课题。特别是在间位生产线芳酰胺的开发和生产方面,我国取得了一定程度的进步。

  芳纶的连续使用温度范围极宽,在-196204范围内可长期正常运行。在150下的收缩率为0,在560的高温下不分解不熔化,耐热性更胜芳纶1313一筹,且具有良好的绝缘性和抗腐蚀性,生命周期很长,因而赢得合成钢丝的美誉。  芳纶1414的发现被认为是材料界发展的一个的重要里程碑。芳纶1414有极高的强度,大于28/旦,是优质钢材的56倍,模量是钢材或玻璃纤维的23倍,韧性是钢材的2倍,而重量仅为钢材的1/5。(芳纶1414的强韧性也使其裁切与加工异常困难,需要昂贵的专用工具)。

  芳纶1414首先被应用于国防军工等尖端领域。为适应现代战争及反恐的需要,美、俄、英、德、法、以色列、意大利等许多国家军警的防弹衣、防弹头盔、防刺防割服、排爆服、高强度降落伞、防弹车体、装甲板等均大量采用了芳纶1414。在防弹衣中,由于芳纶纤维强度高,韧性和编织性好,能将子弹冲击的能量吸收并分散转移到编织物的其它纤维中去,避免造成钝伤,因而防护效果显著。芳纶防弹衣、头盔的轻量化,有效地提高了军队的快速反映能力和防护能力。

  现在,除了军事领域外,芳纶1414已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、海洋水产、体育用品等国民经济各个方面。

  在航空航天方面,芳纶纤维树脂基增强复合材料用作宇航、火箭和飞机的结构材料,可减轻重量,增加有效负荷,节省大量动力燃料。如波音飞机的壳体、内部装饰件和座椅等成功地运用了芳纶1414材料,重量减轻了30%

  由于芳纶1414比重小,强度高,耐热性好,并且对橡胶有良好的粘附性,所以成为最理想的帘子线纤维。芳纶帘子线可使轮胎降低层薄,减轻重量,容易散热,减小形变,减轻滚动阻力,提升高速运转性能,使轮胎的使用寿命相应延长,而且耐刺扎性能大大提高,其强韧的特性使得轮胎漏气后还能行驶到修车厂而不会伤及轮胎侧面。芳纶1414特别适合作高速行驶或超重负载的汽车和飞机强化型轮胎帘子线使用,具有很大发展前途。目前世界几大轮胎巨头米其林、固特异、倍耐力等公司都已采用芳纶1414作为轮胎帘子线,大量用于高级轿车领域。

  在土木结构工程上,由于芳纶1414具有轻质高强、高弹模、耐腐蚀、不导电和抗冲击等性能,可用于对桥梁、柱体、地铁、烟囱、水塔、隧道及电气化铁路、海港码头进行维修、补强,特别适合对混凝土结构的加固与修复。

除此之外,芳纶1414还可在充气胶皮制品(如充气救生筏、充气舟桥等)、耐腐蚀容器、轻型油罐及大口径原油排吸管中作骨架材料;用于制作耐高温、耐切割防护手套;利用其自润滑性、耐热性和韧性,可代替有致癌物质的石棉制造隔热防护屏、防护衣及密封材料;还可替代石棉和玻璃纤维来补强树脂,用作耐摩擦、绝热和电绝缘材料;制作舰船绳缆,海底电缆、雷达浮标系统和光导纤维增强绳缆;制造高强度低重量的运动器材,如滑雪板、划艇和皮艇等等。总之,凡要求高强度、耐拉伸、抗撕裂、防穿刺及耐高温的场合,都是芳纶1414大显身手的领域,具有不可替代的优越性。

 二、安全气囊织物

最初气囊织物选用涂层织物,但涂层后织物不透气,涂料和涂层工艺也使生产成本增高。而目前选用非涂层织物来制作气囊,不仅成本可大大降低,还能使气囊保持在低透气率状态下使用。

形状和成形方法

安全气囊一般选用圆形,有全成形型和缝制型二种。全成形是在织机上利用双层织物的加工原理形成,中间部分为双层织物构成的空心囊身,用以储存工作气体,四周为单层织物构成的封边,从而构成了一个封闭的气囊。

中国产气囊目前只能用1515阔幅织机、剑杆或片梭织机织造,制成单层高密织物后,将二层重迭,再拼装缝制成安全气囊。

全成形气囊分类

1、方形气囊——囊身区域织物幅宽方向不同位置的经纱形成双层囊身,织物的长度相同,因而经纱的织缩率也相同,避免了因经纱织缩率不同而带来的可织性问题。但由于囊身与封边的交界在线局部应力集中,气囊织物不抗破坏;

2、圆形气囊——封边与交界在线各点的曲率相同,有效地避免局部应力集中,有利于改善封边的抗破坏性。由于圆形气囊密织物幅宽方向不同位置的经纱构成双层囊身织物的长度差异大,造成幅宽方向不同位置的经纱织缩差异较大,从而影响圆形气囊织物的可织性。

下机坯布的透气性

由于安全气囊必须维持低透气性,织物的低透气性成为研究的重点。将原料、织造工艺和后整理工艺三者综合起来考虑,才能获得比较满意的空气安全袋织物的要求。

原料方面,采用408.7dtex/96F高收缩锦纶长丝纱(收缩率为15%),制成的坯布经热收缩处理后,透气量达到要求。

非涂层气囊织物在合理选择原料后,要达到低透气量,必须采用低支高密织造。

实践证明,坯布透气量必须控制低于5L/dm<sup>2</sup>min,才能达到安全气囊低透气量要求。透气量与经纬密成反比,如要达到低透气量必须提高经纬密度。极限经纬密度与织物经向和纬向紧度有关,高密织物如要达到最佳透气量,必须使经向紧度达到100%以上,纬向紧度在30~40%为佳。

透气量与高密织物的孔隙直径成正比,为达到低透气量,高密织物的孔隙直径稍小为佳。

3,多边形气囊——只能在一定程度上缓和局部应力集中;

 
 

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