Statut de recherche et progrès des fibres aramides

Cet article donne un aperçu des fibres d'aramide, notamment leur classification, leurs propriétés et leurs tendances de développement industriel en Chine et dans le monde. Il discute également des principales méthodes de production utilisées pour fabriquer des fibres d'aramide et explore des recherches récentes sur leurs techniques de modification de surface. Diverses méthodes de modification physique (telles que le traitement par ultrasons, le traitement au plasma, les rayonnements à haute énergie, l'irradiation UV et les revêtements de surface) et les méthodes de modification chimique (y compris la gravure de surface, la greffe de surface, la modification du dioxyde de carbone supercritique et les techniques de complexation) sont examinées en détail dans les détails . De plus, les principaux domaines d'application des fibres d'aramide sont examinés, et les perspectives de développement futurs sont discutées en relation avec l'état actuel de l'industrie de la production de fibres d'aramide en Chine.

1 et 1Introduction

Les fibres d'aramide, chimiquement appelées poly (p-phénylène téréphtalamide) (PPTA), ont été développées pour la première fois à la fin des années 1960 et industrialisées ultérieures. Aujourd'hui, la production de fibres d'aramide est principalement concentrée aux États-Unis, au Japon et en Europe. La Chine a commencé la recherche expérimentale sur les fibres d'aramide dans les années 1980 et a progressivement accumulé une expérience industrielle précieuse, établissant éventuellement des lignes de production intérieures.

Par rapport à d'autres fibres industrielles à haute performance,Renforcements des fibres d'aramide présentent des propriétés exceptionnelles, notamment:

• Haute résistance et module élevé,
• Résistance à la chaleur exceptionnelle,
• Résistance chimique supérieure (résistance à l'acide et aux alcalins),
• Excellente isolation électrique,
• Caractéristiques légères, ce qui les rend adaptées aux applications aérospatiales et de défense.

Les fibres aramides sont largement utilisées dans les matériaux de construction, l'électronique, l'équipement de protection (tels que les gilets balayés), le transport, les applications militaires et l'ingénierie aérospatiale.

2Types et propriétés des fibres d'aramide

2.1 Classification des fibres d'aramide

Les fibres d'aramide peuvent être classées dans les catégories suivantes en fonction de leur structure moléculaire:

• Fibres para-aramides (PPTA,Aramide 1414)
• Fibres méta-aramides (PMIA,Aramide 1313)
• Fibres ortho-araminiques
• Fibres aramides hétérocycliques (contenant des hétéroatomes d'azote, d'oxygène ou de soufre dans leurs chaînes de polymère)

Parmi ceux-ci, les plus utilisés dans les applications industrielles sont:

• Fibres para-aramides (Kevlar-Type, PPTA, Aramid 1414)
• Fibres méta-aramides (Type de nomex, PMIA, Aramid 1313)

2.2 Propriétés des fibres d'aramide

Les fibres d'aramide surpassent de nombreuses fibres conventionnelles telles que les fils en nylon, en polyester et en acier dans divers aspects:

Ces propriétés hautes performances rendent les fibres d'aramide indispensables aux industries nécessitant des matériaux légers et durables.

3. Tendances de développement mondial et national

3.1 Production mondiale et tendances du marché

2014: la production mondiale de fibres d'aramide a atteint 120 200 tonnes

Para-aramide: 76 800 tonnes

Méta-aramide: 43 400 tonnes

2020 (estimé): la demande mondiale devrait atteindre 220 000 tonnes

2016: La valeur marchande mondiale des fibres d'aramide était de 40,47 milliards de dollars, avec un taux de croissance annuel de 2,24%.

2023 (projeté): La valeur marchande mondiale peut dépasser 49 milliards de dollars.

3.2 Producteurs mondiaux de premier plan

DUPONT (USA) - Fabricant leader de la série Kevlar (Kevlar-29, Kevlar-49, Kevlar-49ap)

Teijin (Japon) - Fabricant de Twaron et Technora

Kolon (Corée du Sud) - Expansion de la présence dans les fibres de haute performance

3.3 Développement en Chine

La Chine a commencé la production commerciale de fibres d'aramide en 2004, avec Yantai Spandex (maintenant Taihe New Materials) atteignant la production à l'échelle industrielle de fibres méta-aramides.

2011: Les nouveaux matériaux de Taihe ont commencé à produire des fibres para-araminiques, devenant le principal producteur national de la Chine.

2016: La production de fibres Aramid en Chine a atteint 13 000 tonnes, représentant 11% du marché mondial.

Plans futurs:

Taihe New Materials vise à augmenter la production de para-aramide à 12 000 tonnes d'ici 2022.

La Chine est toujours confrontée à des défis technologiques en raison de restrictions internationales sur les techniques de production de fibres à haute performance.

4. Méthodes de production des fibres aramides

4.1 Polymérisation de la solution à basse température

La méthode industrielle la plus utilisée.

Implique la réaction de la diamine de p-phénylène (PPD) avec du chlorure téréphtaloyl (TCL) dans un système de solvant à basse température.

Utilisé par DuPont (USA), Teijin (Japon) et Taihe New Materials (Chine).

4.2 Méthodes alternatives (expérimentales)

Polymérisation interfaciale

Polycondensation directe

Polymérisation en phase de vapeur

Transestérification

Ces méthodes alternatives sont toujours en phase de recherche et n'ont pas été industrialisées en raison de limitations techniques.

5. Techniques de modification de surface

Étant donné que les fibres d'aramide ont une faible réactivité de surface et une mauvaise adhérence, diverses méthodes de traitement de surface sont utilisées pour améliorer leur compatibilité dans les matériaux composites.

5.1 Méthodes de modification physique

• Traitement à ultrasons - Améliore la rugosité des fibres pour une meilleure adhésion.
• Traitement du plasma - modifie les propriétés de surface, l'amélioration de la liaison.
• Radiation à haute énergie (gamma / radiographie) - augmente la réactivité des fibres.
• Irradiation UV - introduit des groupes contenant de l'oxygène pour améliorer l'adhésion.
• Revêtement de surface - Les revêtements en polymère améliorent la compatibilité avec les matrices composites.

5.2 Méthodes de modification chimique

• La gravure de surface (par exemple, traitement de l'acide phosphorique) - améliore l'adhésion des fibres-matrices.
• Greffe de surface - ajoute des groupes fonctionnels pour une liaison améliorée.
• Modification supercritique du CO₂ - modifie la chimie de surface en utilisant le CO₂ comme milieu de réaction.
• Le traitement de complexation (par exemple, CACL₂, LICL) - modifie la liaison hydrogène pour de meilleures performances.

6. Zones de demande clés

Électronique et isolation électrique - Utilisé dans les circuits imprimés (PCB), les moteurs et les transformateurs.

Industrie automobile - Appliqué dans les pneus, les plaquettes de frein et les ceintures renforcées.

Aérospatial - Utilisé dans les ailes d'aéronefs et les composants structurels légers.

Défense et sécurité - Essentiel pour les gilets, les casques et les gants protecteurs à l'épreuve des balles.

Construction - renforce les structures en béton armé et composite.

7. Conclusion et perspectives d'avenir

L'industrie des fibres aramides en Chine est toujours en phase de croissance, nécessitant des progrès dans les techniques de production, le contrôle de la polymérisation et les méthodes de modification de la surface. Avec des investissements et des recherches continus, la Chine devrait devenir un acteur majeur sur le marché mondial des fibres aramides dans les années à venir.

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