芳纶的华丽转身

2015-10-15 15:18:00

芳纶纤维诞生于20世纪60年代末,最初作为宇宙开发材料和重要的战略物资而鲜为人知。冷战结束后,芳纶作为高技术含量的纤维材料大量用于民用领域,才逐渐露为人所知。目前,芳纶以超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能,广泛应用于复合材料、防弹制品、建材、特种防护服装、电子设备等领域。

芳纶中最具实用价值的品种有两个:一是间位芳纶,我国命之为芳纶1313;二是对位芳纶,我国命之为芳纶1414。两者化学结构相似,但性能差异却很大,应用领域各有不同。以帝人芳纶Twaron(即对苯二甲酰对苯二胺)为例,其生产过程一般需要三种工艺:聚合、长丝纺丝和丝束纺纱。

聚合:先将单体纺成密实的细粒聚合物粉末,这种细粉末可用于增强塑料组分的特性。

纺丝:将聚合物溶在硫酸中,生成一种液晶溶液。随后该溶液纺入细长丝中,每根丝的直径为12μm。丝的结构为100%亚晶状,分子链与纤维轴平行。正是这种高趋向性分布使Twaron长丝具有各种优异的特性。为生产人造短纤维或短切纤维,现将纱线进行起皱处理,然后再利用整理剂进行处理。干燥后,将纤维切割成目标长度,然后包装。

纺成浆粕:为生产纸浆,首先切割纱线,然后使纱线悬浮在水中进行纤维化处理。然后直接包装并作为湿纸浆出售,或经过脱水干燥并作为干纸浆待售。

芳纶常用的加工方法就是纺成长丝,或者通过浆粕化、长丝短切得到短纤维。长丝、浆粕等纤维态产品,应用的领域较为狭窄,为了获得更广泛的应用,更好的发挥芳纶的优异性能,就要进一步加工。上述的3个加工过程也就是由芳纶原料直接加工得到产品的一级加工。如果想要得到性能更好的产品,还需要进一步的二级加工和三级加工。

二级加工:即在一级加工产品的基础上再进一步加工。例如,用于纺织的芳纶长丝,可以采取针织、机织的方法,织出二维的平纹、斜纹、缎纹、罗纹、席纹,也可以织出三维的立体织物。芳纶长丝还可以与羊毛、棉等天然纤维及化纤等进行混纺,既保持芳纶纤维的特性,还可以降低成本,增加织物得染色性能。利用芳纶纤维和树脂还可以制备无纬布和帘子布。利用浆粕短纤维可以抄纸和制造无纺布,其具体的工艺分为纤维打浆、分散、抄纸、烘干、热压、卷纸等。

三级加工:即在二级加工产品的基础再进一步加工。芳纶的二级加工产品是芳纶布和芳纶纸,类似于我们常用的布和纸,这就有利于进一步加工现实可用的产品。例如,芳纶布可以制备服装,或其他的布制品,也可以作为骨架用于复合材料中;芳纶纸可进一步加工成纸蜂窝、和聚酯等薄膜粘合得到柔性的绝缘材料等。

随着人们的安全意识的提高,芳纶的优异特性,在性能要求高或安全防护场合应用会更多。芳纶因其优异的性能而备受关注,其加工方式又使其应用范围更加广泛。相信随着新技术的发展,新的加工设备、新的加工工艺的出现,芳纶这一昔日的用于军工、航空航天等高端行业的“旧时王谢堂前燕”,一定会“飞入寻常百姓家”,更加深入的进入我们的日常生活,成为常见的产品,更好地服务于人们的生活。

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