Aramīda šķiedra, kas ir saīsinājums no aromātiskās poliamīda šķiedras, ir iekļauta starp četrām augstas veiktspējas šķiedrām, kuru attīstība Ķīnā tiek prioritāri noteikta, līdzās oglekļa šķiedrai, īpaši augstas molekulmasas polietilēna šķiedrai (UHMWPE) un bazalta šķiedrai. Tāpat kā parastais neilons, aramīda šķiedra pieder poliamīda šķiedru saimei, kuras galvenajā molekulārajā ķēdē ir amīda saites. Galvenā atšķirība ir savienojumā: neilona amīda saites ir savienotas ar alifātiskajām grupām, savukārt aramīda saites ir konjugētas ar benzola gredzeniem. Šī īpašā molekulārā struktūra piešķir aramīda šķiedrai ārkārtīgi augstu aksiālo izturību (>20cN/dtex) un moduli (>500GPa), padarot to par vēlamo materiālu augstas klases kabeļu pastiprināšanai.
Aramīda šķiedras veidi
Aramīda šķiedragalvenokārt ietver pilnībā aromātiskas poliamīda šķiedras un heterocikliskas aromātiskas poliamīda šķiedras, kuras var tālāk iedalīt orto-aramīdā, para-aramīdā (PPTA) un meta-aramīdā (PMTA). Starp tiem meta-aramīds un para-aramīds ir tie, kas ir industrializēti. No molekulārās struktūras viedokļa galvenā atšķirība starp šiem diviem ir oglekļa atoma pozīcijā benzola gredzenā, pie kura ir pievienota amīda saite. Šī strukturālā atšķirība rada būtiskas atšķirības mehāniskajās īpašībās un termiskajā stabilitātē.
Para-aramīds
Para-aramīds jeb poli(p-fenilēntereftalamīds) (PPTA), Ķīnā pazīstams arī kā Aramid 1414, ir lineārs augstais polimērs, kurā vairāk nekā 85% amīda saišu ir tieši saistītas ar aromātiskiem gredzeniem. Komerciāli veiksmīgākie para-aramīda produkti ir DuPont Kevlar® un Teijin Twaron®, kas dominē pasaules tirgū. Tā bija pirmā šķiedra, kas jebkad ražota, izmantojot šķidro kristālisko polimēru vērpšanas šķīdumu, ievadot jaunu augstas veiktspējas sintētisko šķiedru ēru. Runājot par mehāniskajām īpašībām, tās stiepes izturība var sasniegt 3,0–3,6 GPa, elastības modulis 70–170 GPa un pagarinājums pārraušanas brīdī 2–4%. Šīs izcilās īpašības piešķir tai neaizstājamas priekšrocības optisko kabeļu pastiprināšanā, ballistiskajā aizsardzībā un citās jomās.
Meta-aramīds
Meta-aramīds jeb poli(m-fenilēndioftalamīds) (PMTA), Ķīnā pazīstams arī kā Aramid 1313, ir vadošā augstas temperatūras izturīga organiskā šķiedra. Tās molekulārā struktūra sastāv no amīda grupām, kas savieno meta-fenilēna gredzenus, veidojot zigzaga lineāru ķēdi, ko stabilizē spēcīgas starpmolekulāras ūdeņraža saites 3D tīklā. Šī struktūra piešķir šķiedrai izcilu liesmas aizkavēšanu, termisko stabilitāti un izturību pret starojumu. Tipisks produkts ir DuPont Nomex® ar robežskābekļa indeksu (LOI) 28–32, stiklošanās temperatūru aptuveni 275 °C un nepārtrauktas darba temperatūru virs 200 °C, padarot to plaši izmantojamu ugunsdrošos kabeļos un augstas temperatūras izolācijas materiālos.
Aramīda šķiedras izcilās īpašības
Aramīda šķiedra piedāvā īpaši augstu izturību, augstu moduli, karstumizturību, izturību pret skābēm un sārmiem, mazu svaru, izolāciju, izturību pret novecošanos, ilgu kalpošanas laiku, ķīmisko stabilitāti, izkausētu pilienu neesamību degšanas laikā un netoksisku gāzu emisiju. No kabeļu pielietojuma viedokļa para-aramīds pārspēj meta-aramīdu termiskās izturības ziņā, ar nepārtrauktas darba temperatūras diapazonu no -196 līdz 204 °C un nesadalīšanos vai kušanu 500 °C temperatūrā. Para-aramīda ievērojamākās īpašības ir īpaši augsta izturība, augsts modulis, karstumizturība, ķīmiskā izturība un zems blīvums. Tās stiprība pārsniedz 25 g/dtex — 5 līdz 6 reizes lielāka nekā augstas kvalitātes tēraudam, 3 reizes lielāka nekā stikla šķiedrai un divreiz lielāka nekā augstas stiprības neilona rūpnieciskajai dzijai. Tās modulis ir 2–3 reizes lielāks nekā tēraudam vai stikla šķiedrai un 10 reizes lielāks nekā augstas stiprības neilonam. Tā ir divreiz izturīgāka par tērauda stiepli un sver tikai aptuveni 1/5 no tās, padarot to īpaši piemērotu izmantošanai kā stiegrojumu optiskajos kabeļos, zemūdens kabeļos un citos augstas klases kabeļu veidos.
Aramīda šķiedras mehāniskās īpašības
Meta-aramīds ir elastīgs polimērs, kura plīšanas izturība ir augstāka nekā parastajam poliesteram, kokvilnai vai neilonam. Tam ir augsts stiepes ātrums, mīksta sajūta rokai, laba vērpjamība, un to var ražot īsās šķiedrās vai pavedienos ar dažādu denjē. To var vērpt audumos un neaustos materiālos, izmantojot standarta tekstilrūpniecības iekārtas, un apstrādāt, lai apmierinātu dažādu nozaru aizsargapģērbu vajadzības. Elektroizolācijā meta-aramīda liesmu slāpējošās un karstumizturīgās īpašības izceļas. Ar LOI, kas lielāks par 28, tas neturpina degt pēc liesmas atstāšanas. Tā liesmas izturība ir raksturīga tā ķīmiskajai struktūrai, padarot to pastāvīgi liesmu slāpējošu — izturīgu pret veiktspējas zudumu mazgāšanas vai ilgstošas lietošanas dēļ. Meta-aramīdam ir lieliska termiskā stabilitāte, nepārtraukti lietojot 205°C temperatūrā, un tas spēcīgi saglabā izturību pat temperatūrā virs 205°C. Tā sadalīšanās temperatūra ir augsta, un tas nekūst un nekūst augstā temperatūrā, sākot karbonizēties tikai virs 370°C. Šīs īpašības padara to ideāli piemērotu izolācijai un stiegrojumam augstas temperatūras vai ugunsdrošos kabeļos.
Aramīda šķiedras ķīmiskā stabilitāte
Meta-aramīdam ir lieliska izturība pret lielāko daļu ķīmisko vielu un koncentrētām neorganiskām skābēm, lai gan tas ir jutīgs pret koncentrētām sērskābēm un slāpekļskābēm. Tam ir arī laba izturība pret sārmiem istabas temperatūrā.
Aramīda šķiedras starojuma izturība
Meta-aramīdam piemīt izcila izturība pret radiāciju. Piemēram, ilgstoši pakļaujot to 1,2×10⁻² W/cm² ultravioletās gaismas un 1,72×10⁸ rad gamma staru iedarbībai, tā izturība nemainās. Šī izcilā izturība pret radiāciju padara to īpaši piemērotu kabeļiem, ko izmanto atomelektrostacijās un kosmosa kuģos.
Aramīda šķiedras izturība
Meta-aramīdam ir arī lieliska nodilumizturība un ķīmiskā izturība. Pēc 100 mazgāšanas reizēm no vietējā ražojuma meta-aramīda izgatavots audums saglabā vairāk nekā 85% no sākotnējās plīsuma izturības. Kabeļu pielietojumos šī izturība nodrošina ilgtermiņa mehānisko un elektrisko veiktspēju.
Aramīda šķiedras pielietojumi
Aramīda šķiedra tiek plaši izmantota Ķīnas kosmosa, autobūves, elektromehānikas, būvniecības un sporta nozarēs, pateicoties tās lieliskajām mehāniskajām īpašībām, izturībai pret augstu temperatūru un ķīmiskajai stabilitātei. Tā tiek uzskatīta par galveno materiālu augstas veiktspējas nozaru attīstībai nākotnē. Jo īpaši aramīdam ir neaizstājama loma sakaru optisko kabeļu, spēka kabeļu, augstas temperatūras izturīgu kabeļu, zemūdens kabeļu un specializēto kabeļu jomā.
Aviācijas un militārie lauki
Aramīda šķiedrai ir zems blīvums, augsta izturība un lieliska izturība pret koroziju. To plaši izmanto kosmosa transportlīdzekļu konstrukcijas elementos, piemēram, raķešu dzinēju korpusos un platjoslas antenu konstrukcijās. Tās kompozītmateriāliem ir lieliska triecienizturība un elektromagnētisko viļņu caurlaidība, ievērojami samazinot lidmašīnu svaru un uzlabojot drošību. Aizsardzības nozarē aramīdu izmanto ložu necaurlaidīgās vestēs, ķiverēs un sprādziendrošos konteineros, padarot to par vadošo materiālu nākamās paaudzes vieglajai militārajai aizsardzībai.
Būvniecības un transporta jomas
Būvniecības nozarē aramīda šķiedra tiek izmantota konstrukciju stiegrošanai un tiltu trošu sistēmām, pateicoties tās vieglajam svaram, elastībai un izturībai pret koroziju. Tā ir īpaši efektīva neregulāru konstrukciju stiegrošanā. Transportā aramīdu izmanto riepu kordu audumos automašīnām un lidmašīnām. Ar aramīdu pastiprinātas riepas piedāvā augstu izturību, caurduršanas izturību, karstumizturību un ilgu kalpošanas laiku, atbilstot mūsdienu ātrgaitas transportlīdzekļu un lidmašīnu veiktspējas prasībām.
Elektrotehnikas, elektronikas un kabeļu rūpniecība
Aramīda šķiedrai ir īpaši ievērojams pielietojums elektroenerģijas, elektronikas un vadu un kabeļu ražošanas nozarēs, īpaši šādās jomās:
Stiepes elementi optiskajos kabeļos: Ar augstu stiepes izturību un moduli aramīda šķiedra kalpo kā stiepes elements sakaru optiskajos kabeļos, aizsargājot smalkas optiskās šķiedras no deformācijas sprieguma ietekmē un nodrošinot stabilu signāla pārraidi.
Armatūra kabeļos: Speciālos kabeļos, zemūdens kabeļos, spēka kabeļos un augstas temperatūras izturīgos kabeļos aramīds parasti tiek izmantots kā centrālais armatūras elements vai bruņas slānis. Salīdzinot ar metāla armatūru, aramīds piedāvā augstāku izturību pie mazāka svara, ievērojami uzlabojot kabeļu stiepes izturību un mehānisko stabilitāti.
Izolācija un liesmas slāpēšana: Aramīda kompozītmateriāliem ir lieliska dielektriskā un termiskā stabilitāte. Tos plaši izmanto kabeļu izolācijas slāņos, liesmas slāpējošos apvalkos un halogēnu nesaturošā, zema dūmu daudzuma apvalkā. Aramīda papīrs pēc piesūcināšanas ar izolācijas laku tiek kombinēts ar dabisko vizlu, lai to izmantotu augstas temperatūras izturīgos motoros un transformatoros.
Ugunsdroši un dzelzceļa transporta kabeļi: Aramīda šķiedras raksturīgā liesmas izturība un karstumizturība padara to ideāli piemērotu izmantošanai kuģu kabeļos, dzelzceļa transporta kabeļos un kodolkatastrofas ugunsdrošos kabeļos, kur ir stingri drošības standarti.
EMC un vieglsvarīgums: Aramīda lieliskā elektromagnētiskā caurlaidība un zemā dielektriskā konstante padara to piemērotu EMI ekranēšanas slāņiem, radara antenām un optoelektroniskās integrācijas komponentiem, palīdzot uzlabot elektromagnētisko saderību un samazināt sistēmas svaru.
Citi pielietojumi
Pateicoties augstajam aromātisko gredzenu saturam, aramīda šķiedra piedāvā izcilu ķīmisko stabilitāti un izturību pret koroziju, padarot to piemērotu jūras trosēm, naftas urbšanas kabeļiem un gaisvadu pārraides optiskajiem kabeļiem skarbos apstākļos. To plaši izmanto arī augstākās klases sporta aprīkojumā, aizsarglīdzekļos un automašīnu bremžu klučos, un to arvien vairāk izmanto kā videi draudzīgu alternatīvu azbestam blīvēšanas un izolācijas pielietojumos, siltumizolācijas paneļos un citās blīvēšanas sastāvdaļās, nodrošinot gan veiktspēju, gan vides drošību.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 31. jūlijs