芳綸

第一章?? 芳綸技術(shù)市場分析和展望

1.1芳綸基礎(chǔ)信息介紹

1.1.1產(chǎn)品概述

芳綸纖維包括全芳香族聚酰胺纖維和雜環(huán)芳香族聚酰胺纖維兩大類。全芳香族聚酰胺纖維中，按結(jié)構(gòu)劃分且工業(yè)化生產(chǎn)的主要分為對位芳綸纖維和間位芳綸纖維，這兩種是芳綸纖維中最具有實用價值的兩種芳綸纖維。

對位芳綸纖維全稱聚對苯二甲酰對苯二胺纖維，我國稱之為芳綸1414，該纖維顯微鏡下觀察橫截面呈圓形，縱面光滑，有節(jié)狀形態(tài)，有點類似聚酯纖維表面形態(tài)，其分子鏈沿纖維軸向排列，分子間的氫鍵同時具有共軛效應而呈現(xiàn)出剛性特征，是當今世界產(chǎn)量最大、用途最廣的高性能纖維之一。間位芳綸纖維全稱聚間苯二甲酰間苯二胺纖維，我國稱之為芳綸 1313，該纖維顯微鏡下觀察橫截面呈腰子形，縱面上有凹槽，有點類似于腈綸表面形態(tài)，化學結(jié)構(gòu)上在分子間有氫鍵，化學性質(zhì)穩(wěn)定，是一種性能優(yōu)異的有機耐高溫阻燃防火纖維。

間位芳綸纖維，即聚間苯二甲酰間苯二胺（PMTA），我國又稱芳綸1313。間位芳綸纖維是有機耐高溫纖維中發(fā)展最快的晶種，纖維分子由酰胺基團相互連接間位苯基構(gòu)成，分子鏈呈線性鋸齒狀，由于分子間具有較強的氫鍵作用，纖維具有優(yōu)異的阻燃性、熱穩(wěn)定性、耐輻射等性能。

1.1.2產(chǎn)品性質(zhì)

對位芳綸最突出的性能是其高強度、高模量和出色的耐執(zhí)性。同時，它還具有適當?shù)捻g性可供紡織加工。標準PPTA芳綸的重量比拉伸強度是鋼絲的6倍，玻纖的3倍，高強尼龍工業(yè)絲的2倍：其拉伸模量是鋼絲的3倍，玻纖的2倍，高強尼龍工業(yè)絲的10倍：在200℃下經(jīng)歷100hr，仍能保持原強度的75%，在160℃下經(jīng)歷500hr，仍能保持原強度的95%。據(jù)此，對位芳綸大多被用作輕質(zhì)、耐熱的紡織結(jié)構(gòu)材料或復合結(jié)構(gòu)增強材料。對位芳綸性能的缺點是壓縮強度和壓縮模量較低、耐潮濕和耐紫外輻射性差、表面與基體復合粘合性差。

對位芳綸與間位芳綸性能對比如下：

1.1.3產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈

對位芳綸具有優(yōu)異的防彈性能，在軍事防護中主要有軟制結(jié)構(gòu)和硬制結(jié)構(gòu)。芳綸織物可以制成防彈背心、防爆毯，或是與樹脂復合制成硬頭盔、裝甲防爆內(nèi)襯墊。對位芳綸還有優(yōu)良的耐切割性、耐熱性和耐磨性，在工業(yè)上也可以作為防護服裝，對位芳綸制成的手套可以防止手指在工業(yè)操作過程中的切割、摩擦、穿刺、高溫和火焰帶來的危險。

目前芳綸的主要消耗領(lǐng)域是橡膠工業(yè)、摩擦密封材料、防彈防護、復合材料和繩纜市場。尤其是對位芳綸在橡膠工業(yè)領(lǐng)域的用量穩(wěn)步增長，年增長率接近 10％。2002 年輪胎占對位芳綸總用量的 10％，橡膠制品占13％；在橡膠制品中，膠管、傳動帶和膠料用短纖維的用量百分比分別為 41％、26％和14％。

間位芳綸產(chǎn)業(yè)鏈路圖如下：

對位芳綸產(chǎn)業(yè)鏈路圖如下：

1.2生產(chǎn)工藝描述

1.2.1主要工藝基本情況簡述

1.對位芳綸制備工藝

由于對位芳綸兩步法紡絲過程復雜，生產(chǎn)成本較高。由于硫酸有腐蝕性，對設(shè)備的要求很高，且殘存的濃硫酸會使纖維在紡絲過程中導致聚合物的降解，這就限制了纖維的強度和模量。為縮短流程、簡化工藝，因此，人們探索出由聚合物原液直接紡絲制纖維的新工藝。

目前商品化對位芳綸的生產(chǎn)主要采用低溫溶液縮聚法進行生產(chǎn)。該生產(chǎn)工藝以對苯二胺和對苯二甲酰氯為原料，在極性溶劑N-甲基吡咯烷酮（NMP）中縮聚來制得對位芳綸，因而對位芳綸樹脂的合成、紡絲液的制備工藝以及芳綸的紡絲工藝都尤為重要。

2.間位芳綸制備工藝

間位芳綸纖維的制備可采用干法紡絲、濕法紡絲或干噴濕紡法制備

（1）干法紡絲

干法紡絲的流程為將低溫溶液縮聚所得的紡絲液用氫氧化鈣中和，得到約含20%聚合物及9%CaCl2的黏稠液，經(jīng)過濾后加熱到150～160℃進行干法紡絲，得到初生纖維因帶有大量無機鹽，需經(jīng)多次水洗后在300℃左右進行4～5倍的拉伸，或經(jīng)卷繞后的纖維先進入沸水浴進行拉伸、干燥，再于300℃下張緊1.1倍處理。干法紡絲產(chǎn)品有長絲和短纖維兩種。

（2）濕法紡絲

濕法紡絲的一般流程為：紡前原液溫度控制在22℃左右，原液進入體積密度為1.366的含二甲基乙酰胺和CaCI2凝固浴中，浴溫保持60℃，得到的初生纖維經(jīng)水洗后，在熱水浴中拉伸2.73倍，接著再進行干燥，溫度為130℃，然后在320℃的熱板上再拉伸1.45倍而制得成品。日本帝人采用此方法。Conex的產(chǎn)品主要為短纖維，有以下幾個品種：普通短纖維、原液染色短纖維、短切纖維和高強度長絲。據(jù)專利介紹的高強Conex的濕法紡絲流程為：漿液→凝固浴→洗滌→第→次濕拉伸→第二次濕拉伸→干燥→千拉伸→后處理。制得的纖維抗張強度可達8.48～9.27cN/dtex，伸長率25%～28%在300℃時的熱收縮為 5.60%～6.O%。

（3）干噴濕紡法

采用這種工藝，紡絲拉伸倍數(shù)大，定向效果好，耐熱性高。如濕紡纖維在400℃下熱收縮率為80%，而干噴濕紡纖維小于lO%，濕紡的零強溫度為440℃，干紡為470℃，而千噴濕紡可提高到515℃。

第二章 芳綸產(chǎn)品市場供應與需求介紹

2.1芳綸產(chǎn)品供應格局介紹

芳綸是一種全球化的商品，產(chǎn)能主要集中在國外，截至到目前全球芳綸產(chǎn)能約12萬噸，其中間位芳綸產(chǎn)能4萬噸，對位芳綸8萬噸。泰和新材在全球芳綸產(chǎn)能中占有一定份額，具體為間位芳綸產(chǎn)能7000噸、對位芳綸產(chǎn)能1500噸。目前全球產(chǎn)能主要高度集中于杜邦公司、帝人等行業(yè)巨頭，杜邦和帝人合計產(chǎn)能占據(jù)全球產(chǎn)能約70%，且多集中于中高端領(lǐng)域。國內(nèi)對位芳綸進口依賴度較高，據(jù)統(tǒng)計，截至2022年我國芳綸纖維進口量為2621.9噸，主要是對位芳綸，出口量為2880.4噸。

泰和新材寧夏寧東對位芳綸項目總投資6億元，年產(chǎn)能3000噸，是目前國內(nèi)已實現(xiàn)量產(chǎn)規(guī)模最大的對位芳綸生產(chǎn)項目。

2.2芳綸產(chǎn)品需求格局介紹

2.2.1對位芳綸

對位芳綸具有優(yōu)異的防彈性能，在軍事防護中主要有軟制結(jié)構(gòu)和硬制結(jié)構(gòu)。芳綸織物可以制成防彈背心、防爆毯，或是與樹脂復合制成硬頭盔、裝甲防爆內(nèi)襯墊。對位芳綸還有優(yōu)良的耐切割性、耐熱性和耐磨性，在工業(yè)上也可以作為防護服裝，對位芳綸制成的手套可以防止手指在工業(yè)操作過程中的切割、摩擦、穿刺、高溫和火焰帶來的危險。

芳綸漿粕則是一種高度原纖化的纖維，具有較高的比表面積和獨特的高抗拉強度及低密度，可以作為特殊的增強材料分散到樹脂、橡膠等不同基體中。目前，在制造制動器襯片和離合器面片的耐磨增強材料中，芳綸漿粕已成為新型有機材料的首選。對位芳綸漿粕具有高抓附能力，可提高摩擦材料的“生強度”。芳綸漿粕增強剎車片在成坯時能提高預坯的強度，在剎車片硫化之前能有效提高加工工藝性。芳綸漿粕增強摩擦材料可有效提高摩擦材料的使用壽命，降低剎車鼓或盤的磨損及制動過程中 的噪音。芳綸漿粕還有極高的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，芳綸漿粕增強的密封墊片具有優(yōu)良的強度和耐磨性。

對位芳綸常用來作為復合材料增強體，也可以與碳纖維、玻璃纖維混編使用。復合材料需要考慮在較低的重量下有較好的性價比。玻璃纖維因其低廉的成本成為最廣泛的增強纖維，碳纖維具有更高的強度和模量以及較低的伸長率，但是制備成本較高，芳綸纖維結(jié)合了碳纖維和玻璃纖維的優(yōu)勢，同時具有高強度、高模量、低密度的特征，用在增強材料中可大幅度提高材料的耐沖擊性。目前，對位芳綸增強復合材料已在航空航天部件、汽車零部件、船舶、運動產(chǎn)品和壓力容器等領(lǐng)域廣泛應用。對位芳綸增強船體可大幅減輕船身重量，還能提供比玻璃纖維復合材料更高的撕裂強度和抗穿刺性。碳纖維和芳綸纖維混編增強復合材料制備的釣魚竿兼有單向碳纖維提供的縱向剛度和芳綸提供的橫向剛度，重量輕而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能好。芳綸增強的管材，可用于石油、天然氣管道，替代原有的鋼制管道，避免因腐蝕引起的泄漏；管道重量的降低，也簡化了運輸安裝的過程。

2.2.2間位芳綸

間位芳綸具有優(yōu)異的熱性能和熱濕舒適性，因此這類纖維的織物不僅阻燃，而且不會熔化、滴落，通常被制成工業(yè)、軍事、消防、汽車賽車等領(lǐng)域的隔熱阻燃防護服。阻燃隔熱防護材料往往通過隔熱、反射、吸收熱能，或者材料自身發(fā)生碳化隔離熱量等方式來實現(xiàn)阻隔火焰的目的。防火服通常是由多種材料混紡或者多層織物制成的特殊面料，以同時達到阻燃隔熱、防止體液蒸發(fā)等作用。間位芳綸盡管具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點，但在火焰中纖維會發(fā)生因收縮造成的織物緊密程度降低，紗線之間空隙過大，影響阻隔性能，因此可以通過與對位芳綸或其它材料紗線共紡來減少這種情況的發(fā)生。