芳纶纤维的发展现状及应用

总结了芳纶纤维的性能、改性研究、染色印花性能研究发展现状,以及芳纶纤维在金属化、体育运动、柔性防刺防弹材料、航空航天材料等的应用及研究情况。

沉析纤维尺寸和含量对间位芳纶纸性能的影响

使用不同目数的筛网对自制的Z沉析纤维进行筛分,将得到的不同尺寸的沉析纤维与间位芳纶短切纤维按一定质量比配抄成纸,制备间位芳纶纸;通过红外光谱、X射线衍射、扫描电镜及热失重、动态滤水分析对自制的Z沉析纤维的化学结构、热性能、动态滤水性能进行表征,并与进口的J沉析纤维对比;研究了沉析纤维的尺寸和含量对间位芳纶纸性能的影响。结果表明:Z沉析纤维与J沉析纤维均为膜状结构,化学结构基本一致,动态滤水性能及热性能相当;经30目或50目的筛网筛分后的沉析纤维可以与短切纤维更好地抱合,间位芳纶纸的抗张强度、断裂伸长率、撕裂度、击穿强度均达到较大值;间位芳纶纸的撕裂度随沉析纤维含量的增加逐渐降低,间位芳纶纸的抗张强度、断裂伸长率、击穿强度随沉析纤维含量的增加呈现先增后降的变化趋势,当沉析纤维质量分数为55%时,间位芳纶纸的抗张强度、断裂伸长率、击穿强度均达到最大值,分别为3.0 kN/m、5.50%、18.7 kV/mm。

超薄透明芳纶纳米纤维气凝胶膜的制备及隔热性能

为实现废弃芳纶高品质资源化利用,结合浸没沉淀相转化和冷冻干燥法,利用废弃芳纶成功制备了柔性、透明且隔热的芳纶纳米纤维(ANFs)超薄气凝胶膜。优化了ANFs气凝胶膜成型工艺,并借助FESEM、BET、FTIR、UV-Vis、TG及FLIR对所制ANFs薄膜的微观形貌、化学结构、透光性及热学性能进行分析。结果表明:ANFs被成功剥离,平均直径为18.32 nm;所制ANFs气凝胶膜成型良好,具有三维网络结构,其比表面积和孔隙率分别达52.73 m^(2)/g和92.43%;ANFs气凝胶膜具有超高的透明性和防紫外性(紫外透过率接近0%),在500~780 nm范围内透过率均大于70%,最高达90.70%;此外,所制ANFs气凝胶膜热稳定性良好,具有优异的隔热性能和柔性,四层薄膜隔热温差达28℃。该超薄透明ANFs气凝胶膜制备工艺简单且成本低,具有透光、防紫外及隔热特性,在防护膜领域具有广阔的应用前景。

芳纶的生产和应用及专利申请进展

介绍了芳纶的生产、应用及专利申请进展。2023年全球对位芳纶生产能力为107.7 kt/a,间位芳纶生产能力为69.0 kt/a,国内对位芳纶生产能力为20.0 kt/a,间位芳纶生产能力为20.9 kt/a,泰和新材集团有限公司是目前国内最大的芳纶生产企业。国际与国内市场芳纶消费结构略有不同,2023年国际市场对位芳纶在安全防护、车用摩擦材料领域消费占比较大,而国内市场对位芳纶的消费领域则主要集中在光学纤维增强和安全防护领域;国际市场间位芳纶在电气绝缘纸、安全防护织物、高温过滤材料领域的消费占比较大,而国内市场间位芳纶主要用在相对低端的高温过滤材料领域;下游高端领域如蜂窝芯材、锂电隔膜等有望成为芳纶新的需求增长点。跨国企业芳纶专利申请量较大,比较注重专利布局和专利保护;芳纶相关专利申请量最多的技术领域涉及生产技术改进、芳纶纸、电池等。指出企业在持续推进芳纶常规应用领域创新的同时,应关注和寻求独特应用领域的技术创新,抢先布局专利,获得更早的专利保护和更大的市场优势。

芳纶编织物在高载荷下的使用寿命预测

针对预测芳纶绳带在降落伞上的使用寿命常采用半经验的方法,缺乏理论依据。通过研究高载荷下25-600型芳纶1414绳带蠕变行为和抗冲击性能,分别得到芳纶1414绳带载荷大小与蠕变断裂时间之间的拟合曲线和冲击强度与冲击次数之间的拟合曲线,用于预测其在高载荷下的使用寿命,并测定绳带试验前后的取向度和结晶度。结果表明:在蠕变过程中载荷大小与蠕变时间对数呈函数关系,其中单层和单圈两层绳带的拟合方程分别为ln t=33.65-0.33σ和ln t=32.45-0.31σ;冲击模型的斜率与截距均与蠕变模型呈2倍的关系,当样品承受相同载荷时,蠕变断裂时间对数与冲击次数之间的关系为ln t=An-B,即可用冲击次数预测绳带的蠕变断裂时间,反之亦然。芳纶1414绳带蠕变和冲击前后的取向度与结晶度表明,在相同载荷下,蠕变和冲击对绳带的损伤效果相同,这进一步证明25-600型芳纶1414绳带蠕变性能与冲击性能之间高度联系。

茶棕染料对改性芳纶1414的染色性能

芳纶1414(PPTA)染色困难,为开发PPTA织物的环保染色方法,PPTA织物经NaOH、阳离子改性剂BS改性后,投入茶棕染料与硫酸亚铁络合染液中,在常压煮沸条件下直接染色。根据染色织物的K/S值优化了改性和染色工艺:改性剂BS 5 g/L,络合染液25 g/L,pH=4,染色时间60 min。染色织物的耐摩擦和耐皂洗色牢度均较好,阻燃性能达到阻燃织物的标准。

间位芳纶的结构与耐酸碱性能研究

通过X射线衍射仪和红外光谱仪分别对间位芳纶的晶体聚集态结构和大分子结构进行表征,利用场发射扫描电镜观察其表面形貌,使用热重/差示扫描量热同步热分析仪测试其热学性能,并对酸碱处理后的纤维力学性能进行表征。结果表明:间位芳纶的结晶度为46.24%,晶区轴取向指数为0.8494;间位芳纶表面粗糙,内部大分子链中存在苯环结构;间位芳纶具有良好的耐热性能,在292℃的高温内无任何损伤;间位芳纶具有一定的耐强酸强碱腐蚀能力,在85℃下分别经体积分数小于等于20%的硫酸溶液及质量分数小于等于20%的氢氧化钠溶液处理,处理后其断裂强度均保持在原来的90%以上。

芳纶平纹编织复合材料平板弹道冲击特性及损伤分析

为了研究1000D629T/EPMOLD110芳纶平纹编织复合材料平板抗冲击行为及损伤特性,采用真空辅助树脂灌注成型技术(VARI)和树脂传递模塑成型技术(RTM)加工不同厚度的平板试验件,通过空气炮装置进行弹道冲击试验。同时,基于芳纶平纹编织复合材料基础力学性能试验数据,建立经验证的细观代表体积单元(RVE)模型,通过拟合确定宏观模型的材料本构参数;建立芳纶平纹编织复合材料平板弹道冲击宏观有限元模型,结合CT扫描结果进一步分析其弹道极限特性及损伤形貌等。结果表明:芳纶平纹编织复合材料平板在圆柱弹体冲击试验下的失效模式主要为纤维拉伸断裂、纤维脱出、面外剪切与层间分离等;随着平板厚度增加,其弹道极限相应增加,且与VARI工艺相比,采用RTM工艺可将芳纶平纹编织复合材料平板的抗冲击性能提升5%;芳纶平纹编织复合材料平板宏观模型的弹道冲击仿真结果与试验结果吻合较好,弹道极限误差在1%以内。

提升杂环芳纶复合性能的研究进展

杂环芳纶是指主链中含有芳杂环(通常为苯并咪唑)的一类对位芳纶,其具有轻质、高强高模、高耐热、耐溶剂等优异性能。相比典型的芳纶Ⅱ纤维,杂环芳纶具有更加优异的力学性能,目前在我国的航空航天和防弹防护等领域得到了实际的应用。然而,与其他有机纤维类似,杂环芳纶由于表面惰性,其与树脂的复合性能相对较低,限制了其在先进复合材料领域的应用。本文从杂环芳纶表面改性和结构设计两方面出发,总结近年来提高杂环芳纶复合性能的设计思路、技术手段和研究成果,展望其在先进复合材料应用领域的发展趋势,为有机纤维的界面设计及改善界面粘接性提供帮助和参考。

冻融循环作用下芳纶纤维增强混凝土力学性能研究

芳纶纤维具有纤维含量高、密度小、韧性大等特点,对提升混凝土材料的力学性能有着巨大的潜力。以芳纶纤维为原料,对冻融循环作用下不同纤维体积掺量(1%、2%、4%)及纤维长径比(200、400、600)的芳纶纤维增强混凝土(AFRC)力学性能进行试验研究,得到了AFRC的抗压强度和抗拉强度。试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,混凝土的抗压强度和抗拉强度均有所降低。在循环60次时,AFRC抗压强度和抗拉强度均降低50%左右。AFRC抗压强度随纤维体积掺量的增加而降低,随纤维长径比的增加而增加,抗拉强度基本保持不变。此外,基于试验数据建立了芳纶纤维增强混凝土抗压强度及抗拉强度的预测与转换模型。

芳纶纳米纤维/碳纳米管复合气凝胶传感器的制备及其性能

针对导电气凝胶结构稳定性差导致传感性能不佳的问题,提出以去质子化方法制备芳纶纳米纤维(ANFs),并与改性碳纳米管(CNTs)进行共混,得到具有高压缩回弹性、高灵敏度的复合气凝胶传感器,并对其热学性能、力学性能和传感性能进行表征。实验结果表明:ANFs与CNTs之间混合均匀,并通过氢键连接形成了稳定的内部网状结构,气凝胶能承受50%的压缩比,并在100次的压缩循环后,完全恢复到初始状态;更重要的是,复合气凝胶在压缩循环中展现出稳定的电信号输出以及0.1 kPa的超低检测极限,因而在柔性应变传感器领域具有较大的应用潜力。

改性芳纶短纤维增强氯丁橡胶/顺丁橡胶复合材料的实验研究

采用等离子体/油酸钾协同处理对芳纶纤维进行改性,并研究了改性芳纶纤维对氯丁橡胶/顺丁橡胶并用胶的增强作用。结果表明,等离子体的高能冲击使芳纶纤维的表面粗糙度增大,增加了芳纶纤维的表面积,并在芳纶纤维表面引入活性位点;油酸钾改性促进了芳纶纤维极性的削弱及其与橡胶的界面结合;经过等离子体/油酸钾协同处理的改性芳纶纤维增强后,橡胶复合材料的拉伸强度提高了25.85%,定伸模量提高了34.65%,刚度提高了10.96%,在正硫化时间(t90)未改变的情况下,焦烧时间(t10)下降。

废旧芳纶纺织品回收再利用研究进展

废旧芳纶纺织品以直接丢弃、填埋或焚烧等方式不当处置,不仅会带来潜在的环境问题,还会造成资源的浪费。总结了芳纶的分类与应用,重点介绍了废旧芳纶纺织品的机械回收和化学回收方法,以及其再利用研究进展。当前废旧芳纶纺织品回收再利用仍处于初步发展阶段,需进一步探索与研究。

芳纶纸力学性能调控及应用研究进展

芳纶纸是一种具有优异耐热性、耐腐蚀性和耐磨性的新型高性能纸基材料,被广泛应用于航空航天、国防、信息技术、能源和环保等重要领域。本文综述了近年来芳纶纸的改性方法及芳纶纸力学性能调控技术,分析了不同改性方法对芳纶纸力学性能的影响规律,总结了芳纶纸的增强增韧机制,旨在为芳纶纸力学性能优化研究提供参考。同时进一步介绍了芳纶纸的应用研究进展,并对芳纶纸未来发展趋势及面临的挑战进行了展望。

芳纶树脂液浸渍协同冷压光制备高强度间位芳纶纸的研究

本研究提出了一种采用同质同源的芳纶树脂液浸渍协同冷压光制备间位芳纶纸的新工艺,芳纶树脂液中的强极性分子使间位芳纶纤维发生部分润胀和溶解。同时,形成的再生芳纶聚合物可以填充孔隙,且在压力作用下,纤维接触面积显著增加,产生更多氢键结合,纸张结构致密性和物理性能得到进一步提升。结合响应面法,以干燥时间、干燥温度和冷压光压力为自变量,以拉伸强度和击穿强度为响应值,对工艺参数进行优化。结果表明,干燥时间2.1 min、干燥温度79.8℃、冷压光压力17.27 MPa的最优条件下制备的间位芳纶纸,其拉伸强度、杨氏模量和击穿强度分别为36.93 MPa、887.13 MPa和16.42 kV/mm,与热压工艺制得的间位芳纶纸相比,分别提高了119%、127%和4%。

间位芳纶纸基复合材料在高温环境下力学性能研究

本研究分析了浸渍酚醛树脂对芳纶纸力学性能的影响,研究了间位芳纶纸及格壁材料在25~280℃范围内7个不同温度点下的力学性能,并通过格壁材料力学性能参数,预测间位芳纶纸蜂窝芯材的高温力学性能。结果表明,在常温下,酚醛树脂引入后,格壁材料拉伸模量和强度相较于间位芳纶纸分别高出1.2和1.4倍。间位芳纶纸及格壁材料均表现出优异的耐高温性能,在225℃时,相较于常温,间位芳纶纸拉伸强度与模量保持率分别为62.7%和77.1%,格壁材料拉伸强度与模量保持率分别为62.0%和69.0%;在280℃时,间位芳纶纸及格壁材料拉伸强度保持率仍有44.1%。高温下间位芳纶纸及格壁材料拉伸断口处纤维拔出较少,多为纤维断裂破坏模式。本研究提出用纸张关键性能参数预测间位芳纶纸蜂窝芯材在高温环境下力学性能,预测值与实测值数据吻合较好;常温下,间位芳纶纸蜂窝芯材异面稳定压缩模量实测值与理论值偏差7.7%,与仿真值偏差1.8%;在175℃时,间位芳纶纸蜂窝芯材理论模型W向剪切模量实测值与理论值、仿真值偏差分别为12.5%和3.9%。

芳纶纤维增强复合材料转子的有限元分析

转子是机械转动部件中的一种,存在于电动机、水轮机、风力发电机、飞轮储能系统等各种机电设备中。在飞轮储能系统中,转子的材料、形状等关键因素都会对系统的性能产生影响。文中以提高飞轮储能系统转子的转速为出发点,建立了复合材料转子的数字化模型,并且对芳纶纤维复合材料转子开展了有限元分析,确定了复合材料层数变化、过盈量变化等对轮毂和轮缘的径向应力、周向应力及转速的影响。数值模拟结果为芳纶纤维增强树脂基复合材料在复合材料飞轮中的应用提供了参考。

不同的钢纤维和芳纶浆粕配比对铝基制动盘用橡胶基摩擦材料性能的影响

本文设计三组不同钢纤维与芳纶浆粕的配比,使用冷压成型法制备铝基制动盘用橡胶基摩擦材料,并通过摩擦磨损试验、塑料洛氏硬度测试、冲击试验、压缩试验、密度实验等方法系统地测试不同配比下试样性能。实验结果表明:在3300r/min、3700r/min、4200r/min制动速度下,橡胶基摩擦材料的摩擦磨损性能在不同的钢纤维和芳纶浆粕的配比下会受到影响,在二者比例为16∶5时将会获得更好的摩擦磨损性能。

江苏奥维:年产2万吨高性能芳纶纤维项目开工

2024年1月3日,年产2万吨高性能芳纶纤维的洪泽奥维高强芳纶战略新材料及复材生产项目开工。2023年10月19日,江苏洪泽经济开发区与江苏奥维芳纶纤维有限公司双方代表就总投资52亿元、年产2万吨高性能芳纶及复材项目签约。

基于分子动力学的芳纶/功能化碳纳米管复合材料体系热力学性能模拟

对位芳纶绝缘纸以其优异的介电性能、力学性能在电气绝缘领域得到广泛应用。为探究不同功能化碳纳米管与对位芳纶共掺的复合材料热力学性能,该文通过分子动力学模拟方法建立了对位芳纶分子体系模型、未功能化碳纳米管以及分别接枝羟基、羧基和氨基官能团的芳纶/功能化碳纳米管复合体系模型。在Materials Studio和LAMMPS中计算了复合材料热导率、玻璃化转变温度、力学性能、结构参数及相对介电常数。结果表明,芳纶复合材料体系各项性能均有不同幅度提升。芳纶/羧基化碳纳米管(PPTA/CNT—COOH)的热导率较掺杂前提升了75.4%,玻璃化转变温度提升了43.29 K。芳纶/羟基化碳纳米管(PPTA/CNT—OH)和芳纶/氨基化碳纳米管(PPTA/CNT—NH2)的热导率依次提升70.2%和63.2%。在力学性能上,复合材料比掺杂前的弹性模量平均增强30%以上,剪切模量增强15%以上。通过计算体系结构参数,从均方位移、自由体积占比、氢键数量与结合强度等分子层面阐释了材料性能增强的内在机理,最终发现PPTA/CNT—COOH在热力学性能上较其他掺杂体系提升最为明显,且碳纳米管的掺入未对材料介电常数引起较大改变,所得结果可为对位芳纶复合绝缘材料的掺杂设计、性能调控提供理论支持。