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芳纶,一种令AK步枪止步的材料

芳纶,一种令AK步枪止步的材料

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发布时间:
2018/10/17
【摘要】:
这张照片是美军82师博物馆中展示的一个头盔,一个破头盔为什么会被摆在博物馆里?因为当年美军入侵格林纳达时,这具头盔被AK自动步枪击中而没被击穿保住了美国大兵的一条命。起到至关重要作用的就是头盔弹坑周围散布的凯夫拉(Kevlar),一种新型高科技合成纤维。1芳纶的概况凯夫拉(Kevlar)其实是杜邦公司的一种商品的名称,是一种高分子材料,化学名称“聚对苯二甲酰对苯二胺”,俗称“芳纶”。 芳纶是芳香族

这张照片是美军82师博物馆中展示的一个头盔,一个破头盔为什么会被摆在博物馆里?因为当年美军入侵格林纳达时,这具头盔被AK自动步枪击中而没被击穿保住了美国大兵的一条命。起到至关重要作用的就是头盔弹坑周围散布的凯夫拉(Kevlar),一种新型高科技合成纤维。

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芳纶的概况

凯夫拉(Kevlar)其实是杜邦公司的一种商品的名称,是一种高分子材料,化学名称“聚对苯二甲酰对苯二胺”,俗称“芳纶”。 

芳纶是芳香族聚酰胺的统称,相对于尼龙6、尼龙66等普通聚酰胺材料,因为分子链上相对较为柔软的碳链被刚性的苯环结构所代替,因此芳纶具有超高强度、高模量和耐高温等优良性能。芳纶的种类众多,应用比较广泛的是芳纶1313(间位芳纶)芳纶1414(对位芳纶),凯夫拉对应的就是芳纶1414,芳纶1313的化学名称“聚邻苯二甲酰邻苯二胺”,是一种优秀的防火材料。

芳纶纤维是重要的国防军工材料,为了适应现代战争的需要,美、英等发达国家的防弹衣均为芳纶材质,芳纶防弹衣、头盔的轻量化,有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。在海湾战争中,美、法飞机大量使用了芳纶复合材料。

除了军事上的应用外,现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。在航空、航天方面,芳纶由于质量轻而强度高,节省了大量的动力燃料,据国外资料显示,在宇宙飞船的发射过程中,每减轻1公斤的重量,意味着降低100万美元的成本。

除此之外,科技的迅猛发展正在为芳纶开辟着更多新的民用空间。据报道,芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7~8%,航空航天材料、体育用材料大约占40%;轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右,还有高强绳索等方面大约占13%。轮胎业也开始大量使用芳纶帘线来减轻重量、减少滚动阻力。

芳纶之所以能够产生如此可观的经济价值,主要是因为其不可替代的机械强度与耐热性等特点决定的。芳纶浆粕是对芳纶纤维进行表面原纤化处理之后便得到的,其独特的表面结构极大地提高了混合物的抓附力,因此非常适合作为一种增强纤维应用于摩擦及密封产品中。

 

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芳纶的主要性能

因为芳纶是聚酰胺的一种,所以芳纶具备聚酰胺一切特性,有着更良好的机械特性、更优异的阻燃性、耐热性、稳定的化学性、耐辐射性及耐磨耐久性。

其中,对位芳纶的耐温性能要高于间位芳纶,连续使用温度范围为-196 ℃~204 ℃,在560℃高温下不分解、不熔化。

对位芳纶最显著的特性是高强度、高模量,其强度大于25克/旦,是优质钢材的5~6倍、玻纤的3倍、高强尼龙工业丝的2倍;模量是优质钢材或玻璃纤维的2~3倍、高强尼龙工业丝的10倍。

 

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芳纶的主要生产商

目前我国对位芳纶(芳纶1414)主要依赖进口,市场价格也比较高,大概在20 万元/吨以上。主要的生产商是美国杜邦和日本帝人。

间位芳纶(芳纶1313)方面,烟台泰和新材料股份有限公司生产的“泰美达”市场占有率已经高居全球第二,拥有了很强的市场竞争力。间位芳纶的全球供应商主要也是美国杜邦、日本帝人等。杜邦的市场占有率最高,产品规格非常丰富,依然是全球的行业领导者。

近年来,全球芳纶纤维产量几乎以年均10%的速度递增。随着高新技术的快速发展及市场需求的扩大,全球芳纶纤维(主要指间位芳纶和对位芳纶)产量已超过8.0万吨/年。芳纶1414纤维是迄今高性能纤维中产量最大、用途最广的纤维。

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芳纶的供需状况

 

目前,全球芳纶产能约为12万吨,主要产能被美国杜邦和日本帝人公司所占据。其中,间位芳纶产能约为4万吨,对位芳纶产能约为8万吨。国内芳纶供需情况如下表所示:

(数据来源:泰和新材2017年报)

中国芳纶行业的发展起步较晚,而且多数国家把芳纶纤维作为战略物资在技术等方面进行严格的管制,这使得我国芳纶产业的发展经过了漫长的技术突破期,尤其是对位芳纶。

经过多年的研究发展,我国对位芳纶在千吨级工程化技术方面获得突破,开启了我国对位芳纶的规模工业化道路,我国对位芳纶产能也快速扩张,目前位居全球第四位,但是与前三位都有着较大的差距。

我国对位芳纶有效产能约2000吨左右,主要以泰和新材为主;而国内对位芳纶年需求量超过1万吨,其中80%以上依赖进口。有分析师称对位芳纶行业的发展目前正处于一种病态,需求在快速增长,但是大部分市场却被进口产品所占据,同时国外市场为抢占中国市场,芳纶价格有所下调。

值得注意的是:对位芳纶纤维可以增加光缆的刚性和强度,广泛应用于室内外光纤和电力缆的增强件,对推动我国新一代通信技术的发展起到重要作用。2012年7月,我国将宽带升级工程上升为国家战略,即“宽带中国”战略,随后几年,中国对高模量对位芳纶的需求急剧增加。未来随着5G网络的建设升级,对位芳纶在信息通信领域的用量将会进一步提高。

据有关机构预测,未来几年对位芳纶的需求量仍将持续增加,预计每年将保持2位数以上的增长。但国内目前在产企业却只有泰和新材和中蓝晨光化工有限公司两家产能较大的企业,其他产能规模较小的企业都因成本过高而处于停产状态。

 

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新增产能

目前可预计增加的对位芳纶产能约11000吨/年,包括以下两家公司:

2017年11月5日,库尔勒经济技术开发区管委会与山东淄博华天橡塑科技有限公司正式签约,其芳纶1414项目成功落户开发区,预计产能为2000吨/年。

2018年2月,泰和新材发布公告称该公司计划投资12亿,拟升级烟台厂区对位芳纶的产能,预计到2020年,新增6000吨/年产能。

2018年8月,泰和新材拟在宁夏建设3000吨高性能对位芳纶项目,计划投资6亿元,新建聚合、纺丝、溶剂回收装置及配套的公用工程,形成年产3000吨高性能对位芳纶的生产能力。