聚酰亚胺纤维应用前景解析

王明

新材料领域

  • 2019-01-30
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有业内专家指出:奥地利赢创垄断了聚酰亚胺纤维过滤材料的全球市场,正是因为其采用特殊工艺生产出不规则三叶形截面结构。该公司年产1200吨产品,价格昂贵,但在全球市场仍然供不应求,每年奥地利赢创配额的200吨产品也无法满足巨大的国内市场需求,目前急需研究开发可做进口取代的聚酰亚胺纤维,来填补国内空白。

  摘要:聚酰亚胺已有四五十年的发展历史,随着其合成技术和纤维纺丝技术的不断提高,聚酰亚胺纤维因耐高温、耐辐射、强度高等优异的性能也逐渐得到了产业化的应用,进程在不断加快。并且,其在环保消防、国防军工、建筑建材、航空航天领域发挥着越来越重要的作用。国家发改委印发的《增强制造业核心竞争力三年行动计划(2018-2020年)》将聚酰亚胺纤维列入重点发展提升先进复合材料生产及应用水平的名单,本文将对聚酰亚胺纤维的应用前景进行解析。

  聚酰亚胺纤维具有高强高模、热稳定性好的特性

  聚酰亚胺纤维是高性能纤维的重要品种之一,它具有高强高模的特性,其拉伸强度超过了Kevlar29 和Kevlar49纤维,初始模量与PBO纤维相当,采用干喷湿法纺丝工艺路线生产的联苯型聚酰亚胺纤维与其他纤维的性能对比见表1。

表1 联苯型聚酰亚胺纤维与其他纤维的性能对比

(来源:精细化工原料及中间体)

  另外,聚酰亚胺纤维具有良好的热稳定性,全芳香型聚酰亚胺纤维开始分解温度在500℃左右;它同时具有很高的耐辐照性能,1010rad快电子照射后其强度保持率仍为90%,其他纤维材料无法比拟;其极限氧指数在35~75,发烟率低。聚酰亚胺纤维与Kevlar49纤维纤维性能比较如表2。

表2 聚酰亚胺纤维与Kevlar49纤维性能

(来源:精细化工原料及中间体)

  高温除尘是聚酰亚胺纤维最重要的应用领域但国外垄断相关技术

  聚酰亚胺纤维在特种纺丝工艺中可获得不规则的三叶形截面结构,这种结构具有很高的表面系数,比圆形截面增加了大概80%的纤维表面积,对过滤效率有很好的提高作用。再加上聚酰亚胺良好的耐酸碱性和耐热性,高温除尘成为聚酰亚胺纤维绝佳的应用领域。

  有业内专家指出:奥地利赢创垄断了聚酰亚胺纤维过滤材料的全球市场,正是因为其采用特殊工艺生产出不规则三叶形截面结构。该公司年产1200吨产品,价格昂贵,但在全球市场仍然供不应求,每年奥地利赢创配额的200吨产品也无法满足巨大的国内市场需求,目前急需研究开发可做进口替代的聚酰亚胺纤维,来填补国内空白。

  燃煤锅炉强制性减排措施将拉动聚酰亚胺纤维需求的大幅上涨

  随着环保法规对燃煤锅炉排放要求的日益严格,必将带来除尘设备及产品的结构升级,原来的除尘设备及产品因为价格的问题,大多为低档产品,使用寿命低,除尘效率低。据估计,原来我国每年袋式除尘设备销售额为300多亿元,需要过滤材料1亿平米左右。而近些年,市场规模增长趋势非常明显,所以不论从产品迭代还是市场规模扩大的角度来看,聚酰亚胺纤维的需求量会大幅上涨。

  例如,火电厂的燃煤锅炉烟气一般采用的是电除尘,但是因为环保排放标准的日趋严格,袋式除尘的应用将会迅速增加。保守估计每年滤料用量将达1750万平米,纤维用量达到8800吨,如果除去聚苯硫醚的混纺部分,火电厂对聚酰亚胺纤维的年需求量在1000吨左右。

  水泥、钢铁、冶金行业的袋式除尘材料缺口巨大

  水泥行业目前普遍采用电除尘和玻纤覆膜滤料除尘,而水泥炉窖的烟气温度为250℃左右,烟尘排放浓度在20mg/m3,玻纤具有脆性,它很有可能会被聚酰亚胺纤维取代。专家估计,水泥行业对聚酰亚胺纤维的年需求量在3000吨以上。

  钢铁行业的袋式除尘材料用量最大,并且技术相对成熟,目前,大型高炉煤气袋式除尘发展迅猛,用干法净化高炉煤气采用袋式除尘技术进行传统方法的替代,即节能减排又可循环回收大量宝贵资源。另外,聚酰亚胺纤维能够满足钢铁行业超高温的环境,所以聚酰亚胺纤维在钢铁行业的需求看涨。

  有色冶金同样需要大量袋式除尘设备及滤料,电解铝行业采用烟气净化技术,处理100~300万立方米风量的除尘器的应用会变多,铜、铅、锌等冶炼炉窑的烟气净化采用袋式除尘对高温滤料的需求也在变大。

  聚酰亚胺纤维是高温防护服的理想材料

  因为性能优异,由聚酰亚胺纤维作成无纺布,制成高温防护服隔热效果好,永久阻燃,穿着舒适,尺寸稳定,安全性好,寿命长,是制作防护服的最理想材料。我国冶金部门每年需要阻燃防护服5万套,核工业、石化、水电等部门每年需要防护服30万套,估计每年需要高温阻燃特种防护服用纤维300 吨左右。

  结语

  聚酰亚胺纤维具有高强高模、热稳定性好等特性,被认为是高性能纤维的重要品种之一。随着环保法规对燃煤锅炉排放要求的日益严格,燃煤锅炉强制性减排措施将拉动聚酰亚胺纤维需求的大幅上涨,水泥、钢铁、冶金行业的袋式除尘材料缺口巨大。另外,由聚酰亚胺纤维制成高温防护服,被广泛的应用于石化、核工业、冶金等工业领域。

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