Status de pesquisa e progresso das fibras aramid

Este artigo fornece uma visão geral das fibras aramid, incluindo suas tendências de classificação, propriedades e desenvolvimento industrial na China e globalmente. Também discute os principais métodos de produção usados ​​para fabricar fibras de aramida e explora pesquisas recentes sobre suas técnicas de modificação de superfície. Vários métodos de modificação física (como tratamento ultrassônico, tratamento plasmático, radiação de alta energia, irradiação UV e revestimentos de superfície) e métodos de modificação química (incluindo gravura de superfície, enxerto de superfície, modificação de dióxido de carbono supercríticos e técnicas de complexação) são revisadas em detalhes . Além disso, as principais áreas de aplicação das fibras de aramida são examinadas e as perspectivas futuras de desenvolvimento são discutidas em relação ao estado atual da indústria de produção de fibras aramid da China.

1.Introdução

As fibras de aramida, quimicamente conhecidas como poli (p-fenileno tereftalamida) (PPTA), foram desenvolvidas pela primeira vez no final da década de 1960 e posteriormente industrializadas. Hoje, a produção de fibras aramid está concentrada principalmente nos Estados Unidos, Japão e Europa. A China iniciou pesquisas experimentais sobre fibras de aramida na década de 1980 e acumulou gradualmente uma valiosa experiência industrial, eventualmente estabelecendo linhas de produção domésticas.

Comparado com outras fibras industriais de alto desempenho,Reforços de fibras de aramida exibir propriedades excepcionais, incluindo:

• Alta resistência e alto módulo,
• Excelente resistência ao calor,
• Resistência química superior (resistência ácida e álcalis),
• Excelente isolamento elétrico,
• Características leves, tornando -as adequadas para aplicações aeroespaciais e de defesa.

As fibras de aramida são amplamente utilizadas em materiais de construção, eletrônicos, equipamentos de proteção (como coletes à prova de balas), transporte, aplicações militares e engenharia aeroespacial.

2.Tipos e propriedades de fibras aramid

2.1 Classificação de fibras aramid

As fibras aramid podem ser classificadas nas seguintes categorias com base em sua estrutura molecular:

• Fibras para-aramid (ppta,Aramid 1414)
• Fibras meta-arâmidas (PMIA,Aramid 1313)
• Fibras orto-aramid
• Fibras de aramida heterocíclica (contendo heteroatoms de nitrogênio, oxigênio ou enxofre em suas cadeias poliméricas)

Entre eles, os mais amplamente utilizados em aplicações industriais são:

• Fibras para-aramid (Kevlar-Type, PPTA, Aramid 1414)
• Fibras meta-aramidas (Nomex-Type, PMIA, Aramid 1313)

2.2 Propriedades das fibras aramid

As fibras de aramida superam muitas fibras convencionais, como fios de nylon, poliéster e aço em vários aspectos:

Essas propriedades de alto desempenho tornam as fibras de aramida indispensáveis ​​para as indústrias que exigem materiais leves e duráveis.

3. Tendências de desenvolvimento global e doméstico

3.1 Tendências globais de produção e mercado

2014: A produção global de fibras aramid atingiu 120.200 toneladas

Para-aramid: 76.800 toneladas

Meta-aramid: 43.400 toneladas

2020 (estimado): a demanda global que deve atingir 220.000 toneladas

2016: O valor de mercado global das fibras Aramid foi de US $ 40,47 bilhões, com uma taxa de crescimento anual de 2,24%.

2023 (Projetado): O valor global de mercado pode exceder US $ 49 bilhões.

3.2 Produtores globais principais

DuPont (EUA)-Fabricante líder da Kevlar Series (Kevlar-29, Kevlar-49, Kevlar-49AP)

Teijin (Japão) - Fabricante de Twaron e Technora

Kolon (Coréia do Sul)-Expandindo a presença em fibras de alto desempenho

3.3 Desenvolvimento na China

A China iniciou a produção comercial de fibra de aramida em 2004, com o Yantai Spandex (agora Taihe New Materiais) alcançando a produção em escala industrial de fibras meta-aramidas.

2011: Os novos materiais de Taihe começaram a produzir fibras para-aramides, tornando-se o principal produtor doméstico da China.

2016: A produção de fibra Aramid da China atingiu 13.000 toneladas, representando 11% do mercado global.

Planos futuros:

Os novos materiais de Taihe visam aumentar a produção de paramida para 12.000 toneladas até 2022.

A China ainda enfrenta desafios tecnológicos devido a restrições internacionais às técnicas de produção de fibras de alto desempenho.

4. Métodos de produção de fibras aramid

4.1 Polimerização da solução de baixa temperatura

O método industrial mais amplamente utilizado.

Envolve a reação de p-fenileno diamina (PPD) com cloreto de tereftaloil (TCL) em um sistema de solvente de baixa temperatura.

Usado por DuPont (EUA), Teijin (Japão) e Taihe New Materials (China).

4.2 Métodos alternativos (experimental)

Polimerização interfacial

Policondensação direta

Polimerização em fase de vapor

Transesterificação

Esses métodos alternativos ainda estão na fase de pesquisa e não foram industrializados devido a limitações técnicas.

5. Técnicas de modificação de superfície

Como as fibras aramides têm baixa reatividade superficial e baixa adesão, vários métodos de tratamento de superfície são empregados para melhorar sua compatibilidade em materiais compostos.

5.1 Métodos de modificação física

• Tratamento ultrassônico - aumenta a rugosidade da fibra para melhor adesão.
• Tratamento plasmático - altera as propriedades da superfície, melhorando a ligação.
• Radiação de alta energia (raio gama/X)-aumenta a reatividade da fibra.
• Irradiação UV-introduz grupos contendo oxigênio para melhorar a adesão.
• Revestimento de superfície - Os revestimentos de polímeros aumentam a compatibilidade com matrizes compostas.

5.2 Métodos de modificação química

• A gravura da superfície (por exemplo, tratamento com ácido fosfórico)-melhora a adesão da matriz de fibra.
• Enxerto de superfície - adiciona grupos funcionais para a ligação aprimorada.
• Modificação supercrítica de CO₂ - altera a química da superfície usando CO₂ como meio de reação.
• Tratamento da complexação (por exemplo, CACL₂, LiCl) - modifica a ligação de hidrogênio para melhor desempenho.

6. Áreas principais de aplicação

Eletrônico e isolamento elétrico - usado em placas de circuito impresso (PCBs), motores e transformadores.

Indústria automotiva - Aplicado em pneus, pastilhas de freio e cintos reforçados.

Aeroespacial - Usado em asas de aeronaves e componentes estruturais leves.

Defesa e segurança - essencial para coletes à prova de balas, capacetes e luvas de proteção.

Construção - fortalece as estruturas de concreto e composto reforçados.

7. Conclusão e perspectivas futuras

A indústria de fibra aramida da China ainda está na fase de crescimento, exigindo avanços nas técnicas de produção, controle de polimerização e métodos de modificação de superfície. Com o investimento e a pesquisa contínuos, a China deve se tornar um participante importante no mercado global de fibras aramid nos próximos anos.

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