Estado de investigación y progreso de las fibras aramídicas

Este documento proporciona una visión general de las fibras de aramida, incluidas su clasificación, propiedades y tendencias de desarrollo industrial en China y a nivel mundial. También analiza los principales métodos de producción utilizados para fabricar fibras de aramida y explora investigaciones recientes sobre sus técnicas de modificación de la superficie. Varios métodos de modificación física (como tratamiento ultrasónico, tratamiento con plasma, radiación de alta energía, irradiación UV y recubrimientos superficiales) y métodos de modificación química (incluido el grabado de superficie, el injerto de superficie, la modificación de dióxido de carbono supercrítico y las técnicas de complejación) se revisan en detalle) . Además, se examinan las principales áreas de aplicación de las fibras de aramida, y la perspectiva de desarrollo futura se discute en relación con el estado actual de la industria de la producción de fibra aramida de China.

1.Introducción

Las fibras de aramida, químicamente conocidas como poli (p-fenileno tereftalamida) (PPTA), se desarrollaron por primera vez a fines de la década de 1960 y luego se industrializaron. Hoy, la producción de fibras aramid se concentra principalmente en los Estados Unidos, Japón y Europa. China comenzó la investigación experimental sobre fibras de aramid en la década de 1980 y ha acumulado gradualmente una valiosa experiencia industrial, y finalmente establece líneas de producción doméstica.

En comparación con otras fibras industriales de alto rendimiento,refuerzos de fibras aramidas exhibir propiedades excepcionales, que incluyen:

• Alta resistencia y alto módulo,
• Excelente resistencia al calor,
• Resistencia química superior (resistencia ácida y alcalina),
• Excelente aislamiento eléctrico,
• Características livianas, haciéndolos adecuados para aplicaciones aeroespaciales y de defensa.

Las fibras de aramida se usan ampliamente en materiales de construcción, electrónica, equipo de protección (como chalecos a prueba de balas), transporte, aplicaciones militares e ingeniería aeroespacial.

2.Tipos y propiedades de las fibras de aramida

2.1 Clasificación de fibras aramídicas

Las fibras de aramida se pueden clasificar en las siguientes categorías en función de su estructura molecular:

• Fibras para-aramid (PPTA,Aramid 1414)
• Fibras meta-aramídicas (PMIA,Aramid 1313)
• Fibras orto-aramídicas
• Fibras de aramida heterocíclica (que contienen heteroátomos de nitrógeno, oxígeno o azufre en sus cadenas de polímeros)

Entre estos, los más utilizados en las aplicaciones industriales son:

• Fibras para-aramid (tipo Kevlar, ppta, aramid 1414)
• Fibras meta-aramides (tipo Nomex-Type, Pmia, Aramid 1313)

2.2 Propiedades de las fibras de aramida

Las fibras de aramida superan a muchas fibras convencionales como nylon, poliéster y cables de acero en varios aspectos:

Estas propiedades de alto rendimiento hacen que las fibras de aramida sean indispensables para industrias que requieren materiales livianos y duraderos.

3. Tendencias de desarrollo global y nacional

3.1 Producción global y tendencias de mercado

2014: La producción global de fibra de aramid alcanzó las 120.200 toneladas

Para-aramid: 76,800 toneladas

Meta-Arámida: 43,400 toneladas

2020 (estimado): Se espera que la demanda global alcance 220,000 toneladas

2016: El valor de mercado global de las fibras de aramida fue de $ 40.47 mil millones, con una tasa de crecimiento anual de 2.24%.

2023 (proyectado): el valor de mercado global puede exceder los $ 49 mil millones.

3.2 Productores globales líderes

DuPont (EE. UU.)-Fabricante líder de la serie Kevlar (Kevlar-29, Kevlar-49, Kevlar-49ap)

Teijin (Japón) - Fabricante de Twaron y Technora

Kolon (Corea del Sur): expansión de presencia en fibras de alto rendimiento

3.3 Desarrollo en China

China comenzó la producción comercial de fibra de aramid en 2004, con Yantai Spandex (ahora Taihe New Materials) logrando la producción de fibras meta-aramides a escala industrial.

2011: los nuevos materiales de Taihe comenzaron a producir fibras para-aramid, convirtiéndose en el principal productor nacional de China.

2016: La producción de fibra aramida de China alcanzó las 13,000 toneladas, lo que representa el 11% del mercado global.

Planes futuros:

Taihe New Materials tiene como objetivo aumentar la producción de para-aramid a 12,000 toneladas para 2022.

China todavía enfrenta desafíos tecnológicos debido a restricciones internacionales en las técnicas de producción de fibra de alto rendimiento.

4. Métodos de producción de fibras de aramida

4.1 Polimerización de solución a baja temperatura

El método industrial más utilizado.

Implica reaccionar p-fenileno diamina (PPD) con cloruro de tereftaloilo (TCL) en un sistema de solvente de baja temperatura.

Utilizado por DuPont (EE. UU.), Teijin (Japón) y Taihe nuevos materiales (China).

4.2 Métodos alternativos (experimental)

Polimerización interfacial

Policondensación directa

Polimerización en fase de vapor

Transesterificación

Estos métodos alternativos todavía están en la fase de investigación y no se han industrializado debido a limitaciones técnicas.

5. Técnicas de modificación de la superficie

Dado que las fibras aramid tienen una baja reactividad superficial y una mala adhesión, se emplean varios métodos de tratamiento de superficie para mejorar su compatibilidad en los materiales compuestos.

5.1 Métodos de modificación física

• Tratamiento ultrasónico: mejora la rugosidad de la fibra para una mejor adhesión.
• Tratamiento de plasma: altera las propiedades de la superficie, mejorando la unión.
• Radiación de alta energía (rayos gamma/X): aumenta la reactividad de la fibra.
• Irradiación UV: introduce grupos que contienen oxígeno para mejorar la adhesión.
• Recubrimiento de superficie: los recubrimientos de polímeros mejoran la compatibilidad con matrices compuestas.

5.2 Métodos de modificación química

• El grabado superficial (p. Ej., Tratamiento de ácido fosfórico): mejora la adhesión de la matriz de fibra.
• Injerto de superficie: agrega grupos funcionales para unir mejoras.
• Modificación de CO₂ supercrítico: altera la química de la superficie usando CO₂ como medio de reacción.
• Tratamiento de complejación (p. Ej., CaCl₂, LiCL): modifica la unión de hidrógeno para un mejor rendimiento.

6. Áreas clave de aplicación

Electrónica y aislamiento eléctrico: utilizado en placas de circuito impreso (PCB), motores y transformadores.

Industria automotriz - Aplicado en neumáticos, pastillas de freno y correas reforzadas.

Aeroespacial - Utilizado en alas de aviones y componentes estructurales livianos.

Defensa y seguridad: esencial para chalecos balas, cascos y guantes protectores.

Construcción - Fortalece estructuras de concreto y compuesto reforzados.

7. Conclusión y perspectivas futuras

La industria de la fibra aramida de China todavía está en la fase de crecimiento, lo que requiere avances en las técnicas de producción, control de polimerización y métodos de modificación de la superficie. Con una continua inversión e investigación, se espera que China se convierta en un jugador importante en el mercado mundial de fibras de aramida en los próximos años.

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