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廣州邦巨紡織科技有限公司
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世界三大高科技纖維之芳綸布-邦巨紡織
芳綸纖維是人工合成的芳香族聚酰胺纖維,與碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維并稱世界三大高科技纖維,是理想的防彈復合材料。
芳綸纖維包括全芳香族聚酰胺纖維(AromaticPloyamideFiber)和雜環芳香族聚酰胺纖維兩大類。
全芳香族聚酰胺纖維中,按結構劃分為對位芳綸(PPTA)和間位芳綸(PMIA)。按聚合單體種類,芳綸可分為芳綸I型(芳綸14,即聚對苯甲酰胺(PBA)纖維)、芳綸II型(包括PPTA芳綸1414及PMIA芳綸1313)、芳綸III型(包括雜環芳綸,指雜環芳香族聚酰胺纖維)。
性能:高強高模、耐高溫、耐摩擦、阻燃、尺寸穩定性好。
間位芳綸:高強度、耐熱性、絕緣性等特性。
是一種綜合性能優良的耐高溫特種纖維,具有優異的熱穩定性,可在220℃使用十年以上,240℃下受熱1000h,機械強度仍保持原有的65%,在370℃以上才分解出少量氣體。具有阻燃性,高溫燃燒時表面碳化,不助燃,不產生熔滴。具有電絕緣性,具有可紡性、化學穩定性和耐輻射性。抗輻射性能優良,實驗表明,其在50kV的X射線連續照射250h后,仍能保持原有強度的49%。
對位芳綸:高強度、高彈性模量等特性。
耐高溫、耐酸耐堿、重量輕。強度為鋼絲的5~6倍,模量為鋼絲或玻璃纖維的2~3倍,韌性是鋼絲的2倍,重量僅為鋼絲的1/5左右。560℃下不分解,不熔融。200℃經100h后,強度保持率仍在75%以上,160℃經過500h后,仍能保持原強度的95%左右。
間位芳綸成型工藝:
合成原料:間苯二甲酰氯(IPC)、間苯二胺(MPD)
生產方式:
(1)低溫縮聚法+干法紡絲工藝(美國杜邦)
(2)界面縮聚法+濕法紡絲工藝(日本帝人)
(3)低溫溶液縮聚法+濕法紡絲工藝(泰和新材)
低溫溶液聚合法:間苯二胺溶解在N,N二甲基乙酰胺(DMCs)溶劑中,邊攪邊拌加入間苯二甲酰氯,低溫下完成縮聚反應,并逐步升溫到反應結束,然后加入氫氧化鈣,中和反應生成的氯化氫,使溶液成為DMCs-CaCl2酰胺鹽溶液系統,直接用于濕法紡絲。水洗后干燥,切斷后打包。
界面縮聚法:將苯二甲酰氯溶于有機相中,然后在強烈攪拌的條件下加入苯二胺的水溶液中,在油相界面立即發生縮聚反應,生成的芳綸樹脂沉淀出來后經過分離、水洗、干燥等后處理即可得到固態芳綸樹脂。
干法紡絲:是較早的間位芳綸纖維制備產業化技術,相比于濕法紡絲,具有纖維構造較緊密,在纖維凝固階段纖維中所成的孔隙小而且孔徑分布均一的優點。
對位芳綸成型工藝:
原料:對苯二甲酰氯(TPC)、對苯二胺(PPD)
聚合方式:
(1)低溫溶液縮聚法:目前商品化對位芳綸的聚合方法(杜邦公司)將一定量的對苯二胺PPD溶解在溶劑中,氮氣保護下冷卻至-15℃,邊攪拌邊加入對苯二甲酰氯。所用溶劑為二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、六甲基磷酰胺(HMPA)等非質子極性溶劑。反應一段時間后,將反應產物用水沉析,分離、洗滌、粉碎和干燥后得到成纖高聚物。采用濃硫酸作為溶劑制備紡絲溶液,溶解溫度80℃,溶液濃度14%~20%,可得紡絲原液,采用干噴濕紡的液晶紡絲方法,纖維經過水洗后干燥,卷繞成形。
(2)直接縮合法
(3)離子液體聚合法
(4)發煙硫酸聚合法
廣泛的市場應用
國防軍工:
(1)防彈材料:軍用頭盔、防彈背心等
防彈防護(圖片來源:中芳特纖官網)
(2)排爆服
(3)高強度降落傘、裝甲板等
航空航天:
芳綸是航空航天結構功能一體化重要材料(圖片來源:泰和新材官網)
安全防護:
(1)防護服裝、防護手套
間位芳綸制成的防護服(圖片來源:泰和新材官網)
(2)隔熱阻燃、排爆
間位芳綸制成的阻燃服(圖片來源:泰和新材官網)
(3)防刺防割
芳綸纖維制成的切割保護手套(圖片來源:泰和新材官網)
工業領域:
(1)電氣絕緣
芳綸在干式變壓器中作為絕緣材料(圖片來源:杜邦中國)
(2)信息通信
芳綸纖維保護光纖(圖片來源:泰和新材官網)
(3)橡膠增強
使用芳綸纖維增強的輪胎(圖片來源:中芳特纖官網)
(4)摩擦材料
芳綸纖維所制剎車片(圖片來源:泰和新材官網)
環境保護:
(1)高溫除塵濾料、除塵袋等
芳綸纖維制成高溫煙塵除塵袋(圖片來源:泰和新材官網)
體育器材:
使用芳綸纖維的乒乓球拍(圖片來源:天津729體育用品有限公司官網)
全球對位芳綸產能約82000噸/年,生產企業較集中,主要有陶氏杜邦、帝人、科隆、泰和新材等。
高性能芳綸紙:
高附加值材料結構紙和電氣絕緣紙,擊穿電壓可高達19萬伏/mm。(電氣絕緣、航空航天、交通運輸)
芳綸纖維氣瓶
國外企業:
1.杜邦美國杜邦公司是一家以科研為基礎的全球性企業,成立于1802年,在全球70個國家經營業務,共有員工79,000多人。2015年,陶氏化學和杜邦美國宣布合并新公司將成為全球僅次于巴斯夫的第二大化工企業。涉及農業與食品、樓宇與建筑、通訊和交通、能源與生物應用科技等眾多領域。
主營產品:對位芳綸Kevlar®,間位芳綸Nomex®
備注:最早實現芳綸纖維的商業化生產,產能約占全球總產能的80%
2.帝人株式會社帝人株式會社,成立于1918年,總部設立在日本東京和大阪,在全球20多個國家和地區擁有170家子公司。帝人集團在中國開展業務始于上世紀70年代,向中國出口滌綸纖維的成套設備,從1994年開始進行投資業務并逐漸擴大規模,現在以主要城市為中心,建立了生產、銷售、市場等各種功能的企業機構。
涉及芳綸纖維及碳纖維的高性能纖維?復合材料,醫藥醫療,電子材料?化工產品,纖維產品?流通和IT等領域。主營業務為氨綸和芳綸。
主營產品:對位芳綸Twaron®、Technora®,間位芳綸Conex®
備注:全球芳綸纖維產能第二大的企業,主營業務為氨綸和芳綸,間位芳綸年產能7000噸,對位芳綸年產能1500噸。
3.韓國科隆工業公司于1957年作為韓國尼龍公司成立,是韓國錦綸行業早期制造商。生產化學品,其他材料和時尚產品。
主營產品:對位芳綸Heracorn®
備注:產品與世界一流公司相比,性能有明顯差距。是芳綸主要的生產企業之一。
4.俄羅斯卡明斯克化纖股份公司
5.特威爾化纖股份公司
6.韓國曉星株式會社
7.赫斯特國際集團
國內企業:
1.煙臺泰和新材料股份有限公司
創建于1987年,專業從事高性能纖維的研發與生產。2008年6月在深交所上市,現有職工2300余人,資產總額83億元。
業務包括高性能纖維、特種紙、精細化工等多個產業領域,產品以氨綸、間位芳綸、對位芳綸三大板塊為主。
主營產品:對位芳綸泰普龍®,泰美達®間位芳綸
備注:是國內規模化高性能纖維研發生產基地和我國化纖行業參與全球高技術競爭的標桿企業,國內領先的芳綸纖維生產企業之一。間位芳綸居全球產能第二位,對位芳綸居全球產能第三位。
2.中芳特纖股份有限公司
成立于2011年,是專業從事芳綸纖維及其復合材料研發與生產的國家高新技術企業。
在國內率先開發出了具有自主知識產權,達到國際領先水平的間位與對位芳綸、芳綸紙、納米級芳綸隔膜等產業化關鍵技術,填補多項國家空白,對打破國外技術封鎖與航空航天等市場禁售、促進軍工與航天航空材料的國產化及相關產業升級作出重要貢獻。
主營產品:芳綸長絲、芳綸卷曲短纖維、芳綸布、芳綸漿粕、芳綸捻線、芳綸撕裂繩、芳綸縫紉線、芳綸彈性體等。
3.蘇州兆達特纖科技有限公司,被中國中化收購,中化國際揚州子公司
中化國際是值得全球客戶信賴的芳綸材料供應商,專注于芳綸材料產業鏈的研發與創新,主要產品為對位芳綸,年產5,000噸級高強、高韌芳綸纖維及下游產品制備技術達到國際先進水平。
圖片來源:中化國際官網
公司通過自主研發及技術引進的方式,不斷實施創新型技術和產業化精細管理,建成對位芳綸綠色資源化、數字集成化、智能規模化生產基地,預計年產能達7,000噸以上。
公司生產的產品主要規格有200D、400D、800D、1000D、1500D,分為普通型、高模型和高強型,同時也擁有短纖、紗線、捻線、機織布、漿粕等差別化產品,綜合性能優異;產品廣泛應用于電子通信、輕量化材料、綠色環保、人體防護、海洋開發等領域,為客戶提供成套技術解決方案。
4.藍星(成都)新材料有限公司
3.河南平煤神馬集團
4.中國煙臺氨綸集團有限公司
5.中國廣東彩艷公司
6.圣歐芳綸(江蘇)股份有限公司
7.超美斯新材料股份有限公司
材料院所
1.中藍晨光化工研究設計院有限公司
晨光化工研究院,是我國從事高分子新型合成材料的研制和生產的重要基地之一,于1965年由北京、上海、天津、沈陽等地的24個研究院(所)和生產企業內遷組建而成。
中藍晨光化工研究設計院有限公司是中國中化藍星股份公司所屬的科技型企業,主要從事有機硅及特種氟材料、改性塑料及助劑、特種纖維、樹脂及其復合材料的科研生產、工程化研究及EPC、化工專用裝備、分析測試及信息等領域的服務,在國內外都享有較高知名度。
備注:在芳綸Ⅱ及其纖維和雜環芳綸Ⅲ及其纖維的研究開發方面取得了重要進展,在國內芳綸纖維研究領域處于領先地位。通過對連續聚合和高速干濕法液晶紡絲關鍵技術難題的攻克,晨光化工研究院已經建成相應的芳綸Ⅱ纖維中試生產線。此外,經過多年的技術攻關及積累,雜環芳綸Ⅲ纖維也已經實現穩定生產,在一些型號的武器上成功取代進口芳綸纖維,實現了國產化。
2.東華大學化學纖維研究所
東華大學是教育部直屬、國家“211工程”、國家“雙一流”建設高校。學校秉承“崇德博學、礪志尚實”的校訓,不斷開拓奮進,已發展成為以紡織、材料、服裝、設計為優勢,特色鮮明的多科性、高水平大學。
備注:東華大學在2000年開始展開對位芳綸纖維的研究工作,之后與其他企業合作建成了上海艾麥達纖維科技有限公司,并且在江蘇常熟擁有百噸級規模的中試生產裝置。
3.上海合成纖維研究所
芳綸纖維是我國戰略性新興產業中重點發展的材料品種之一,國家政策和地方政府積極鼓勵對位芳綸產品的開發及產業化。
芳綸纖維最初由美國杜邦公司在20世紀60年代成功開發并率先實現產業化,經過60年的發展,杜邦芳纖無論是研發水平還是規模化生產都日趨成熟,占據技術和市場上的壟斷地位。展目前芳綸纖維的產能主要集中在美國、日本、歐洲,由于國外公司技術保密,很長一段時間芳綸市場被杜邦、帝人等美日企業壟斷。我國芳綸纖維技術起步較晚,2004年泰和新材率先實現間位芳綸的工業化生產,打破了國外壟斷局面。近年來,隨著芳綸纖維技術關鍵問題的不斷攻破,我國芳綸纖維的產業化迅速發展。
我國目前現狀為間位芳綸產業化規模擴大并實現批量化市場供應;間位芳綸品種齊全,包含長絲、短纖維、芳綸紙等;對位芳綸實現了高強型、高模型國產化替代。芳綸行業具有投資門檻高、技術難度大、生產設備要求高的特點,隨著我國下游行業對芳綸纖維的需求日益擴大、綸纖維產品性能的持續提升,未來產品應用范圍將持續擴大,有著良好的應用前景,有一定的投資價值。
目前,我國芳綸行業亟需攻克技術壁壘,擺脫對進口產品的依賴,國產化替代大勢所趨。此外,國內高端產品的性能穩定性與強度仍未達到一流標準,對于相關的原材料生產流程及相應的理論研究均有待突破。
注:如有遺漏和錯誤之處,敬請批正!
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