【紡績知識】アラミド機能紡績を理解する

アラミド機能織物プロジェクト資料

一、プロジェクトの主な内容

アラミド繊維及び製品加工基地を設立する

二、アラミド繊維の主な特徴と使用現状

アラミド繊維の全称芳香族ポリアミド繊維は、超高強度、高弾性率と耐高温、耐酸耐アルカリ、軽量などの優れた性能を有し、その強度はワイヤの5～6倍、弾性率はワイヤまたはガラス繊維の2～3倍、靭性はワイヤの2倍であるが、重量はワイヤの1/5程度であり、560度の温度では分解せず、溶けない。絶縁性と耐老化性に優れ、長いライフサイクルを持っています。高強度、高弾性率、低密度と耐摩耗性に優れた耐高温難燃繊維であり、その技術含有量、付加価値が高く、力学、化学安定性と機械性能が優れており、単独で各種構造材料と機能材料として使用できるだけでなく、他の材料と複合して使用することもできる。また、良好な反発性能と密封性能を有し、人体の健康と環境に危害がなく、水、油、炭化水素類と中強度の酸塩基などの媒体の密封として使用でき、製造されたガスケットは優れた密封性能とクリープ緩和抵抗性能を有する。アスベストの代替品として摩擦シール材、高性能耐熱絶縁紙、補強複合材に使用することができる。

1、アラミドの主要品種

商用芳綸には主に間位芳綸と対位芳綸があり、間位芳綸には主にデュポンのNomex、帝人のConexなどがある、パラアラミドは主にKevlar（デュポン）、Technora（帝人）、Twaron（帝人）などがある。

2、アラミド機能織物の研究と応用現状

アラミドの独特な物理的、化学的性質は、高温、難燃性、耐摩耗性、高強度の機能性織物に広く応用されている。世界各国の研究も盛んで、新しい機能織物が次々と登場し、応用分野が広がっている。

アラミド繊維は重要な国防軍需材料であり、現代戦争の需要に適応するために、現在、米、英などの先進国の防弾衣はすべてアラミド材質であり、アラミド防弾衣、ヘルメットの軽量化は、軍隊の迅速な反応能力と殺傷力を効果的に高めた。湾岸戦争では、米、仏航空機はアラミド複合材料を大量に使用した。軍事上の応用のほか、現在では航空宇宙、機電、建築、自動車、スポーツ用品などの国民経済の各方面に広く応用されている高技術含有量の繊維材料として使用されている。航空、宇宙において、アラミドは軽量で強度が高く、大量の動力燃料を節約している。海外の資料によると、宇宙船の打ち上げ過程で1キロの重量を減らすごとに、100万ドルのコストを下げることを意味している。このほか、科学技術の急速な発展は芳綸のためにより多くの新しい民用空間を開拓している。報道によると、現在、アラミド製品は防弾衣、ヘルメットなどに使われているのは約7～8%で、航空宇宙材料、スポーツ用材料は約40%を占めている。タイヤ骨格材、ベルト材などは約20%程度、また高強度ロープなどは約13%を占めている。

2.1アラミド難燃系織物

アラミド繊維は耐熱性と難燃性に優れているが、価格は比較的高価である。次に、分子結晶性が高く、分子間結合力が強いため、染色が困難である。高価な価格や染色上の困難は、その生産量や品種の発展をある程度抑制している。そこで、染色効果を改善し、製品価格を下げるために、さまざまなアラミド混紡難燃性織物を研究開発した。

（1）アラミドと羊毛を混紡した難燃織物羊毛は一定の難燃性を有する天然繊維であり、アラミド短繊維を先に条にし、それから毛条と混合して糸にし、それから製織する。アラミド混紡比率が30%を超えると、その限界酸素指数は28以上に達し、織物は難燃整理を必要とせずに良好で、持続的な難燃性能を達成でき、しかもコストを下げることができ、織物の外観と快適性に影響を与えない。また、用途に応じて混紡比率を調整し、多機能化を実現することができる。

（2）アラミドは綿混紡難燃織物と同様に、コストを下げ、多機能需要を実現するために、アラミドと綿繊維を一定の割合で混紡して難燃織物を製造する。アラミドと綿繊維の混紡研究において、アラミドと綿の混紡比は常に80/20、50/50、20/80であり、この3種類の混紡比織物の継続時間、陰燃時間、破壊長さの洗浄前後はGB 8965-88の2級以上の要求を満たし、限界酸素指数LOI値も難燃の要求を持つ28基準より大きい。アラミド含有量の増加に伴い、LOI値も増加した。その中の80/20織物は優れた耐熱性、難燃性を有し、難燃整理を必要とせずに国家難燃服の要求を満たすことができる、50/50と20/80の混紡織物は、Proban難燃整理を経て難燃基準の要求を達成する必要がある。

（3）アラミドと難燃性接着剤繊維の混紡難燃性織物の難燃性接着剤は珪酸塩を含む繊維毒繊維であり、その物理機械性能は普通の接着剤繊維と類似しており、各種の織物に加工することができる。アラミドと難燃性ビスコース混紡績物は柔軟な手触り、良好なふわふわ性、懸垂性、吸湿通気性と比較的に高い強力、耐摩耗性、良好な布面の光沢度、色の堅牢度及び火気による炭化不溶滴などの優れた特性を有し、高中級難燃服装、装飾生地の品質要求を満たすことができる。

（4）アラミドとラミー麻混紡難燃織物はアラミド繊維を芯糸とし、摩擦紡績技術を用いてその周囲にラミー麻繊維を被覆し、ラミー麻/アラミド包芯糸を得た。また、アルカリ処理されたラミー麻糸とアラミドフィラメントを併用し、撚らずに複合糸を得ることができる。織物を織った後、適切な難燃処理を施すことで、一定の難燃性要件を達成することができる。

2.2アラミド静電気防止機能織物

一般的な紡績繊維、特に化学繊維、非常に発生しやすく、大量の静電気を蓄積しやすく、可燃性爆発性環境の中で静電気放電火花は点火源として常に爆発災害事故を引き起こす。同時に、ほとんどの紡績繊維は可燃性または可燃性材料に属しており、限界酸素指数は一般的に17 ~ 25の間であり、空気中の自己消火可能な最小値27よりはるかに低く、織物は点火源に遭遇すると急速に燃焼する。消防、石化、兵員、採鉱などの燃焼・爆発の危険分野に関わる多くの作業員の安全を確保するためには、難燃性と静電気防止性能を兼ね備えた織物で、可燃性と静電気を発生しやすい普通の織物の代わりにしなければならない。

アラミドと導電性繊維が混紡と交絡の方式である種の新型織物を形成する時、この織物の難燃性と電気消し性能の互換性と相補性のため、織物に難燃性静電気防止の持続的な防護機能を獲得させた。デュポン社が開発した最新のアラミド製品Araconは、マグネトロンスパッタリング技術を用いて、金属をアラミド繊維の表面にスパッタリングして薄い膜を形成することで、帯電防止作用だけでなく、高周波放射線と信号を遮蔽することができる。

2.3アラミド繊維浸漬ゴム織物の開発

アラミド（Kevlar）繊維浸漬ゴム織物は大電機上の新型高級絶縁材料に用いられ、アラミド繊維織物は浸漬時に2浸漬2圧延の過程を採用する。まず織物にゴムを浸漬した後、ゴムの一部を圧延し、ゴムを織物の空隙に浸漬させ、さらに繊維の内部のすべての毛羽にゴムを浸漬させる、その後、2回目の浸漬を行い、今回は主に被覆を主とし、織物表面に一定量のゴムを被覆させ、2回目の圧延はゴム被覆の各所を均一にし、オーブンで乾燥させた。

性能が優れているため、アラミド繊維をモーター用絶縁材料とすることで耐熱等級を180℃以上にすることができる、マイカを使えば180℃の高温に耐えられるが、比重が大きいため、モータの重量が増加し、雲母質が脆く、源も十分ではない。アラミド繊維を絶縁材料として製造したモータは、電力が同じマイカ絶縁材料を用いて製造したモータに比べて、1台当たり銅28%、鋼材15%、珪鋼片10%を節約することができる。アラミドで作られた複合材料は、同じ方法で作られたガラス繊維複合材料に比べて30%軽量で、硬度は2倍高い。

2.4防弾服へのパラアラミドの応用

パラアラミド繊維織物は最高の抗拡張強度を持ち、高い弾性率と低い比密度を持ち、弾丸衝撃のエネルギーを吸収し、織物の他の繊維に分散転移させ、「鈍傷」を避けることができ、そのため防護効果が顕著である。同時にアラミド防弾衣、ヘルメットの軽量化は、軍隊の迅速な反応能力と防護能力を効果的に高めた。

2.5アラミド/炭素繊維混在織物強化コンクリートの研究

アラミド/炭素繊維織物補強コンクリートの理論分析と実際の試験により、繊維織物補強コンクリートの機能は非常に明らかであり、特にこの2種類の高性能繊維を支持構造の補強材料として用い、鉄筋の作用に代わることができ、しかも重量は鉄筋コンクリートより41.8%減少し、これは建物の耐震性能と構造物の基礎処理を高めることに有利で、それによって高い経済と積載効果を得ることができる。しかし、繊維織物がどのように建築施工を容易にするかは、同時に一般の施工労働者に把握されやすく、より深く研究しなければならない。

2.6アラミドタイヤ用織物

アラミドの優れた性能のため、製造されたタイヤコードは高温で機械的性能はほとんど温度の影響を受けず、交番応力の作用の下で内燃が低く、発熱量が小さく、寿命が長い。アラミドはタイヤ補強材の体積と品質を減少させ、材料とエネルギー消費を最大限に減少させ、いくつかの限界指標を新しい高さに高めることができる。また、アラミドには錆の問題はなく、タイヤ中のすべての金属（ビードワイヤを含む）の代わりに、ゴム材料を節約することができ、それによってタイヤの性能を軽量、転がり抵抗の低下、燃料と寸法の安定性の節約、均一性の良い、および平点のない現象に到達させることができ、高速性能、牽引と制動性能が最も良く、耐摩耗性、耐刺し性能が良い、廃タイヤは扱いやすいなどの特徴がある。

2.7アラミド無緯度布機能織物

同様に防弾用であり、無緯度布を穿刺することは、平織り布に比べて優れた防弾性能を有する。無緯度布の製造過程において、アラミド繊維材料は十分に展開され、接着剤に固定され、しかも繊維間に相互の交錯点がなく、弾丸の衝撃作用を受けた時、エネルギーの分散に有利で、より多くの繊維の参加ができ、エネルギーはより大きな面積で吸収されることができるので、その耐弾性性能は比較的に良い。

アラミドの無緯度布面密度とマトリックス樹脂の質量分率はいずれもその積層板の弾性抵抗性能に影響する重要な要素である。無緯度布が小さな面密度と低いマトリックス樹脂質量分率を有する場合、その積層板の耐弾性エネルギーも良好である。

2.8アラミド/炭素繊維不織布

穿刺法を用いてアラミド/炭素繊維不織布を製造し、その酸素遮断指数LOIは38 ~ 42であり、防火温度は700℃に達した。主に防火断熱裏地、高温ろ過塵、装飾裏地、火燃飛散のカバー布などに用いられる。

2.9アラミド/装甲鋼複合材料スラブ

アラミド繊維強化樹脂基複合材料は軽量、高強度、耐弾性が良く、防爆効果が優れているなどの特徴がある。装甲鋼にアラミド繊維複合材の材料板を装填することで、その耐ノック性能を高めることができ、材料の構造は材料の衝撃波減衰効果に影響を与える。材料を波インピーダンスが減少する順序で配列すると、衝撃波をより効果的に減衰することができる。多層構造を有する材料は、二層構造材料よりも減衰効果が優れ、優れた耐ノック性能を有する保護材料を得ることができる。

三、アラミド繊維の発展方向

「第12次5カ年計画」によると、この間、我が国の千トン級パラアラミド生産技術は突破を実現し、急速に長期に転入し、それによって関連業界の急速な発展を牽引する。戦略的新興産業、国民経済建設の重要プロジェクト、国防軍需産業、材料工業構造の高度化などの面をめぐって、中国化学繊維工業協会は下流の各主要応用分野の需要状況、製品自給率、輸入が必要な主要品種などを重点的に分析した。今後10年間、国内の自動車、通信、高速鉄道、航空と防護などの分野は急速に発展し、位置アラミドへの需要は旺盛な局面を呈し、同時に、国外の下流加工企業の国内への産業移転は、国内の位置アラミド需要の増加を刺激することにもなる。2015年の国内の対位芳綸需要は10000トンを超え、2020年には20000トンを超える。その中で、2015年の国内需要量は対位芳綸フィラメント汎用型2000トン、高強度型1000トン、高モデル2000トンと予測している。パラアラミド短繊維2000トン、パラアラミドパルプ3000トン。また、2015年までに、パラアラミドの国内供給は50%、2020年には80%を実現しなければならない。

四、アラミド繊維製品の開発

アラミド特殊織物の特徴に基づいて、以下の製品を開発することができる：

1、防弾迷彩服、防刺チョッキ、防弾耐衝撃ヘルメット、戦車連体服、防弾シールド、レーシングカー服など、

2、切断防止服、爆発防止服、刺防止服、切断防止バッグなど、

3、ヘッドセット、手袋、靴下など

4、児童、老人の労働保護用品

5、パジャマ

6、アラミド不織布

7、公共安全装備、輸送安全包装、及び交通機関と航空機の防護装置