การผลิตเส้นใยเคฟลาร์ (พอลิ-p-ฟีนิลีนเทเรฟทาลาไมด์)

เส้นใยอาราไมด์ที่แข็งแกร่งกว่าเหล็กห้าเท่าตามน้ำหนัก

Materials Science & Polymers Commercial Production $3.5 billion

ภาพรวม

Kevlar is a para-aramid fiber produced by the polycondensation of p-phenylenediamine and terephthaloyl chloride in solution, followed by dry-jet wet spinning. Invented by Stephanie Kwolek at DuPont in 1965, Kevlar has a tensile strength-to-weight ratio five times that of steel. Its liquid crystalline behavior in solution enables production of highly oriented fibers with exceptional mechanical properties. Applications include body armor, cut-resistant gloves, tire reinforcement, aerospace composites, and fiber-optic cables.

กระบวนการทางเคมี

p-Phenylenediamine is dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) with CaCl2 at -10 degrees C. Terephthaloyl chloride in NMP is added rapidly with vigorous stirring, producing the polymer as a gel. The polymer is dissolved in concentrated sulfuric acid (19.4% w/w) to form a liquid crystalline dope, which is extruded through a spinneret into an air gap and then a water coagulation bath (dry-jet wet spinning).

nH2N-C6H4-NH2 + nClOC-C6H4-COCl -> -[NH-C6H4-NH-CO-C6H4-CO]n- + 2nHCl (low-temperature polycondensation)

วัตถุดิบ

  • p-Phenylenediamine (C6H4(NH2)2) — Reduction of p-nitroaniline (Diamine monomer)
  • Terephthaloyl chloride (ClOC-C6H4-COCl) — Chlorination of terephthalic acid (Diacid chloride monomer)
  • Concentrated sulfuric acid (H2SO4) — Contact process (Spinning solvent for liquid crystalline dope)

ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

  • Kevlar fiber (poly-p-phenylene terephthalamide) — Body armor, tire cord, cut-resistant gloves, composites (Tensile strength 3.6 GPa, modulus 130 GPa)
<path stroke-linecap="round" stroke-linejoin="round" d="M12 9v3.75m-9.303 3.376c-.866 1.5.217 3.374 1.948 3.374h14.71c1.73 0 2.813-1.874 1.948-3.374L13.949 3.378c-.866-1.5-3.032-1.5-3.898 0L2.697 16.126zM12 15.75h.007v.008H12v-.008z" />

Environmental Impact

The use of concentrated sulfuric acid as spinning solvent and NMP in polymerization generates hazardous waste requiring careful recovery. HCl byproduct is captured and neutralized. Kevlar fibers are extremely durable and persist indefinitely in the environment, but the small production volume limits overall impact.

ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัย

นวัตกรรมล่าสุด

DuPont has developed solvent-free Kevlar processing for certain applications.
Recycled Kevlar pulp from end-of-life body armor is used in brake pads and gaskets.
New copolymer aramids offer improved dyeability and UV resistance.

ขนาดการผลิต

70000

ตัน/ปี

$3.5 billion

มูลค่าตลาด

เพิ่มเติมใน %(name)s Materials Science & Polymers

การผลิตคอมโพสิตใยแก้ว

Global Industrial Scale

การผลิตซิลิโคน (PDMS) ผ่านกระบวนการโดยตรง

Global Industrial Scale

การผลิตไนลอน 6,6 ผ่านพอลิคอนเดนเซชัน

Global Industrial Scale

การผลิตเส้นใยคาร์บอนจากโพลีอะคริโลไนไตรล์

Commercial Production

การผลิตอีพ็อกซีเรซินจากบิสฟีนอล A

Global Industrial Scale

การวัลคาไนเซชันของยางด้วยการเชื่อมขวางด้วยกำมะถัน

Global Industrial Scale

การสังเคราะห์โพลีเอทิลีนโดยการเร่งปฏิกิริยาซีกเลอร์-นัตตา

Global Industrial Scale

Frequently Asked Questions

What industry uses การผลิตเส้นใยเคฟลาร์ (พอลิ-p-ฟีนิลีนเทเรฟทาลาไมด์)?
การผลิตเส้นใยเคฟลาร์ (พอลิ-p-ฟีนิลีนเทเรฟทาลาไมด์) is used in the materials science & polymers sector at commercial production scale.
What process is involved in การผลิตเส้นใยเคฟลาร์ (พอลิ-p-ฟีนิลีนเทเรฟทาลาไมด์)?
p-Phenylenediamine is dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) with CaCl2 at -10 degrees C. Terephthaloyl chloride in NMP is added rapidly with vigorous stirring, producing the polymer as a gel. The polymer is dissolved in concentrated sulfuric acid (19.4% w/w) to form a liquid crystalline dope, wh
What is the economic significance of การผลิตเส้นใยเคฟลาร์ (พอลิ-p-ฟีนิลีนเทเรฟทาลาไมด์)?
การผลิตเส้นใยเคฟลาร์ (พอลิ-p-ฟีนิลีนเทเรฟทาลาไมด์) has a market value of $3.5 billion and annual production of 70,000 tons.
What is the environmental impact of การผลิตเส้นใยเคฟลาร์ (พอลิ-p-ฟีนิลีนเทเรฟทาลาไมด์)?
The use of concentrated sulfuric acid as spinning solvent and NMP in polymerization generates hazardous waste requiring careful recovery. HCl byproduct is captured and neutralized. Kevlar fibers are extremely durable and persist indefinitely in the environment, but the small production volume limits
What raw materials are used in การผลิตเส้นใยเคฟลาร์ (พอลิ-p-ฟีนิลีนเทเรฟทาลาไมด์)?
The main raw materials include: p-Phenylenediamine (C6H4(NH2)2), Terephthaloyl chloride (ClOC-C6H4-COCl), Concentrated sulfuric acid (H2SO4).