حالة البحث والتقدم في ألياف أراميد

توفر هذه الورقة نظرة عامة على ألياف Aramid ، بما في ذلك تصنيفها وخصائصها واتجاهات التنمية الصناعية في الصين والعالم. كما يناقش أساليب الإنتاج الرئيسية المستخدمة لتصنيع ألياف أراميد ويستكشف الأبحاث الحديثة حول تقنيات تعديل السطح الخاصة بهم. تتم مراجعة طرق التعديل الفيزيائي المختلفة (مثل المعالجة بالموجات فوق الصوتية ، ومعالجة البلازما ، والإشعاع عالي الطاقة ، وإشعاع الأشعة فوق البنفسجية ، وطلاءات السطح) وطرق التعديل الكيميائي (بما في ذلك الحفر السطحي ، وتطعيم السطح ، وتعديل ثاني أكسيد الكربون الفائق ، وتقنيات التعقيد) بالتفصيل) . بالإضافة إلى ذلك ، يتم فحص مجالات التطبيق الرئيسية لألياف Aramid ، وتناقش توقعات التنمية المستقبلية فيما يتعلق بالوضع الحالي لصناعة إنتاج الألياف في الصين.

1.مقدمة

تم تطوير ألياف Aramid ، المعروفة كيميائيًا باسم Poly (P-menylene terephthalamide) (PPTA) ، لأول مرة في أواخر الستينيات والتصنيع لاحقًا. اليوم ، يتركز إنتاج ألياف Aramid بشكل أساسي في الولايات المتحدة واليابان وأوروبا. بدأت الصين أبحاثًا تجريبية على ألياف Aramid في الثمانينات ، وقد تراكمت تدريجيًا خبرة صناعية قيمة ، وإنشاء خطوط الإنتاج المحلية في النهاية.

مقارنة بالألياف الصناعية عالية الأداء الأخرى ،ألياف أراميد تعزيزات معرض خصائص استثنائية ، بما في ذلك:

• قوة عالية ومعامل عالية ،
• مقاومة الحرارة المتميزة ،
• مقاومة كيميائية متفوقة (مقاومة الحمض والقلوية) ،
• عزل كهربائي ممتاز ،
• خصائص خفيفة الوزن ، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الفضاء والدفاع.

تستخدم ألياف Aramid على نطاق واسع في مواد البناء ، والإلكترونيات ، ومعدات الحماية (مثل سترات الرصاصة) ، والنقل ، والتطبيقات العسكرية ، وهندسة الطيران.

2.أنواع وخصائص ألياف أراميد

2.1 تصنيف ألياف Aramid

يمكن تصنيف ألياف Aramid في الفئات التالية بناءً على بنيتها الجزيئية:

• ألياف الفقرة (PPTA ،أراميد 1414)
• ألياف أراميد ميتا (بميرة بميرة بايا ،Aramid 1313)
• ألياف ortho-aramid
• ألياف أراميد غير متجانسة (تحتوي على النيتروجين ، أو الأكسجين ، أو heteroatoms الكبريت في سلاسل البوليمر الخاصة بهم)

من بين هؤلاء ، الأكثر استخدامًا في التطبيقات الصناعية:

• ألياف الفقرة العارية (Kevlar-type ، PPTA ، Aramid 1414)
• ألياف أراميد ميتا (Nomex-Type ، PMIA ، Aramid 1313)

2.2 خصائص ألياف أراميد

تتفوق ألياف Aramid على العديد من الألياف التقليدية مثل الأسلاك النايلون والبوليستر والصلب في جوانب مختلفة:

هذه الخصائص عالية الأداء تجعل ألياف الأراميد لا غنى عنها للصناعات التي تتطلب مواد خفيفة الوزن ودائمة.

3. اتجاهات التنمية العالمية والمحلية

3.1 اتجاهات الإنتاج والأسواق العالمية

2014: بلغ إنتاج ألياف Aramid العالمي 120200 طن

الفقرة العارم: 76800 طن

Meta-Aramid: 43،400 طن

2020 (المقدر): من المتوقع أن يصل الطلب العالمي إلى 220،000 طن

2016: كانت القيمة السوقية العالمية لألياف أراميد 40.47 مليار دولار ، بمعدل نمو سنوي قدره 2.24 ٪.

2023 (متوقع): قد تتجاوز القيمة السوقية العالمية 49 مليار دولار.

3.2 كبار المنتجين العالميين

DUPONT (الولايات المتحدة الأمريكية)-الشركة الرائدة في سلسلة Kevlar Series (Kevlar-29 ، Kevlar-49 ، Kevlar-49AP)

Teijin (اليابان) - الشركة المصنعة لـ Twaron و Technora

كولون (كوريا الجنوبية)-توسيع الوجود في ألياف عالية الأداء

3.3 التنمية في الصين

بدأت الصين إنتاج ألياف Aramid التجاري في عام 2004 ، حيث حقق Yantai Spandex (الآن مواد جديدة) إنتاجًا على نطاق صناعي من ألياف الأراميد الفوقية.

2011: بدأت Taihe New Materials في إنتاج ألياف الفقرة ، لتصبح منتجًا محليًا رائدًا في الصين.

2016: بلغ إنتاج ألياف أراميد الصيني 13000 طن ، وهو ما يمثل 11 ٪ من السوق العالمية.

الخطط المستقبلية:

تهدف Taihe New Materials إلى زيادة إنتاج الفقرة إلى 12000 طن بحلول عام 2022.

لا تزال الصين تواجه تحديات تكنولوجية بسبب القيود الدولية على تقنيات إنتاج الألياف عالية الأداء.

4. طرق إنتاج ألياف أراميد

4.1 بلمرة محلول درجة الحرارة المنخفضة

الطريقة الصناعية الأكثر استخداما على نطاق واسع.

يتضمن رد فعل P-phenylene diamine (PPD) مع كلوريد Terephthaloyl (TCL) في نظام مذيب منخفض درجات الحرارة.

تستخدم من قبل DuPont (الولايات المتحدة الأمريكية) ، Teijin (اليابان) ، وتايه مواد جديدة (الصين).

4.2 طرق بديلة (تجريبية)

البلمرة البينية

polycondensation المباشر

بلمرة البخار مرحلة

transesterification

لا تزال هذه الأساليب البديلة في مرحلة البحث ولم يتم تصنيعها بسبب القيود الفنية.

5. تقنيات تعديل السطح

نظرًا لأن ألياف الأراميد لها تفاعل منخفض السطح وضعف التصاق ، يتم استخدام طرق معالجة السطح المختلفة لتحسين توافقها في المواد المركبة.

5.1 طرق التعديل المادي

• العلاج بالموجات فوق الصوتية - يعزز خشونة الألياف لتحسين التصاق.
• علاج البلازما - يغير خصائص السطح ، وتحسين الترابط.
• الإشعاع عالي الطاقة (جاما/الأشعة السينية)-يزيد من تفاعل الألياف.
• تشعيع الأشعة فوق البنفسجية-يقدم مجموعات تحتوي على الأكسجين لتحسين التصاق.
• طلاء السطح - تعزيز الطلاء البوليمر التوافق مع المصفوفات المركبة.

5.2 طرق التعديل الكيميائي

• حفر السطح (على سبيل المثال ، علاج حمض الفوسفوريك)-يحسن التصاق المصفوفة الألياف.
• تطعيم السطح - يضيف مجموعات وظيفية لتعزيز الترابط.
• تعديل CO₂ فوق الحرجة - يغير كيمياء السطح باستخدام CO₂ كوسيلة تفاعل.
• علاج التعقيد (على سبيل المثال ، CACL₂ ، LICL) - يعدل الترابط الهيدروجيني لتحسين الأداء.

6. مجالات التطبيق الرئيسية

الالكترونيات والعزل الكهربائي - المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) ، المحركات ، والمحولات.

صناعة السيارات - المطبق في الإطارات ، وسادات الفرامل ، والأحزمة المعززة.

الفضاء - تستخدم في أجنحة الطائرات والمكونات الهيكلية خفيفة الوزن.

الدفاع والأمن - ضروري لسترات مضادة للرصاص ، والخوذات ، والقفازات الواقية.

بناء - يقوي الهياكل الخرسانية المسلحة والمركبة.

7. الاستنتاج والآفاق المستقبلية

لا تزال صناعة الألياف في الصين في مرحلة النمو ، والتي تتطلب تقدمًا في تقنيات الإنتاج ، والتحكم في البلمرة ، وطرق تعديل السطح. مع استمرار الاستثمار والبحث ، من المتوقع أن تصبح الصين لاعبًا رئيسيًا في سوق ألياف أراميد العالمي في السنوات القادمة.

اقرأ المزيد:الألياف الطبية المصبوب مقابل الجص المصبوب: أيهما أفضل لعلاج الكسر؟