شکل 1 الیاف آرامید

اخبار و مطالب روز نساجی: منسوجات هوشمند

مهندسی مواد پیشرفته

ADVANCED MATERIALS ENGINEERING

1-  الیاف آرامید

مواد پیشرفته اخیر شامل مجموعه‌ گسترده‌ای از محصولات آرامیدی نظیر نخ‌ها، بندها، پارچه‌ها، بسته‌بندی‌ها، آستین‌ها، بندهای چرمی، بندهای خودچسب و غیره هستند.

2- الیاف آرامید چیست؟

کلمه آرامید از ترکیب دو واژه پلی‌آمید و آروماتیک بدست آمده است. نام شیمیایی آرامید، پارا فنیلن ترفتالامیدPara phenylene terephthalamide )PPD-T) است. الیاف آرامید در دهه 1960 تولید شد و شامل الیاف زردی با قطر حدود ده میکرون است که به شکل نخ‌ها ترکیب می‌شوند. پلی‌آمیدها شامل سه خانواده اصلی بوده که عبارتند از:

 1) پارا - آرامیدهاPara-aramids : این مواد در بسیاری از زمینه‌ها با کاربردهای پیشرفته استفاده می‌شوند و به طور اصلی تحت نام تجاری کولارKevlar از شرکت دیپونت DuPont شناخته می‌شوند. علت استفاده از این الیاف خواص مکانیکی فوق‌العاده عالی آن‌ها است.

2) کوپلیمرهای پارا - آرامید: این کوپلیمرها از پارا - آرامیدها به دست می‌آیند و مشابه با پارا – آرامیدها، به جهت ویژگی‌های مکانیکی برتر خود استفاده می‌شوند.

 3) متا - آرامیدها: متا - آرامیدها به طور ویژه به دلیل داشتن ویژگی‌های حرارتی و شیمیایی برتر شناخته می‌شوند و دارای نام تجاری نومکس Nomex و از شرکت دیپونت می‌باشند. این مواد به طور ویژه در منسوجات فنی و لباس‌های محافظ استفاده می‌شوند.

شکل 2 ساختار سه خانواده اصلی پلی‌آمیدها نشان‌داده‌شده است.

 3-  تولید الیاف آرامید

پارافنیلن دی‌آمینParaphenylenediamine با کلرید ترفتالیل Terephthalyl chloride  در یک حلال آلی واکنش می‌دهند تا پارا فنیلن ترفتالامید تولید شود. پلیمر حاصل در اسیدسولفوریک حل می‌شود. سپس پلیمر تقریباً به شکل مایع بلوری، شکل می‌یابد. سپس این پلیمر در قالب اکسترود شده و ریسیده می‌شود. پس از آن، رشته‌ها توسط یک جت هوا خنک می‌شوند و در نهایت مراحل شستشو، خشک‌کردن و بسته‌بندی انجام می‌شود. تفاوت بین پارا - آرامید و متا - آرامید، تنها در شیوه قرارگیری گروه‌های عاملی بر روی حلقه‌های آروماتیک است.

4-  مشخصات کلی الیاف آرامید

الف) استحکام و مدول کششی

الیاف آرامید دارای استحکام کششی بالایی معادل فولاد و مدول کششی بالا تا دوبرابر بیشتر از شیشه است. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که این ماده به‌عنوان یک ماده متوازن با مقاومت بالایی در برابر کشش عالی شناخته شود.

ب) استحکام فشاری

الیاف آرامیدی ویژگی‌های ضعیفی در برابر استحکام فشاری دارند که این مورد احتمالاً ناشی از عدم چسبندگی این الیاف به رزین‌ها (ماتریس) در ساختار کامپوزیت است.

پ) استحکام خمشی

الیاف آرامیدی ویژگی‌های ضعیفی در برابر استحکام خمشی دارند که این مورد نیز احتمالاً ناشی از عدم چسبندگی مناسب این الیاف به رزین‌ها (ماتریس) در ساختار کامپوزیت است.

ت) ازدیاد طول تا حد پارگی

الیاف آرامید می‌توانند تحت بار کم الاستیک و تحت بار سنگین پلاستیک قرار گیرند و درجه‌ای از شباهت را در این مورد با فلزات از خود نشان ‌دهند.

ث) مقاومت در برابر اشعه ماورای‌بنفش

الیاف آرامید بسیار حساس به اشعه ماورای‌بنفش هستند، به‌طوری‌که اشعه ماورای‌بنفش می‌توانند سبب افت خواص و تغییر رنگ این الیاف شود؛ بنابراین، توصیه می‌شود که الیاف آرامید به‌ دوراز نور نگهداری شوند.

ج) خواص و ویژگی‌های حرارتی

الیاف آرامید از مقاومت حرارتی خوبی برخوردارند. این الیاف به طور مداوم در دمای متوسط ۲۰۰ درجه سانتیگراد استفاده می‌شوند. ضریب هدایت حرارتی این الیاف نیز حدود 05/0 وات بر متر بر کلوین است. بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد که مدول الاستیک الیاف تحت تنش در دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد، به میزان بیش از 80%  حفظ می‌شود.

5- مزایای الیاف آرامید

مزایای الیاف آرامید عبارتند از:
•  مقاومت کششی بالا
•  مدول الاستیک بالا
•  ضریب میرایی ارتعاشی  عالی Vibration damping factor
•  چگالی کم
•   پایداری حرارتی عالی از 70- تا 200 درجه سانتیگراد
•  عدم حفظ و نگهداری احتراق
•   ذوب نمی‌شود
•  امکان ساخت کربن در دمای 425 درجه سانتیگراد
•  مقاومت خوب در برابر خستگی
•   خواص دی‌الکتریک عالی
•  مقاومت شیمیایی خوب در برابر سوخت و آب دریا (عدم مقاومت در برابر اسیدها و بازهای قوی)

جدول 1 خواص مختلف مواد مورداستفاده در کامپوزیت‌ها

مدول کششی، ضریب تناسب بین فشار و تغییر شکل ناشی از خاصیت ارتجاعی یک ماده معین را مشخص می‌کند.

6- کاربردهای الیاف آرامید

از کاربردهای متنوع الیاف آرامید می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1)  تقویت مواد لاستیکی (پنوماتیکPneumatic ، تسمه حمل‌ونقل، لوله‌کشی، تسمه انتقال)
2)  تقویت مواد کامپوزیتی (ورزشی، هوانوردی، دریایی، وسایل محافظ)
3)  تقویت کابل‌ها (طناب، کابل‌های مخابراتی و غیره)
4)  لباس محافظ آتش و منسوجات بالستیکBallistic clothing
5)  اصطکاک و آب‌بندی (ترمز، کلاچ، مهروموم)

7- طیف گوناگونی از محصولات در الیاف آرامید

محصولات حاصل از الیاف آرامید اصولاً از الیاف پیوسته تولید می‌شوند تا خواص مکانیکی برتری را داشته باشند. در ادامه دو نوع گوناگون از نخ‌های آرامیدی ارائه می‌شود.
یک نوع از الیاف آرامیدی، الیاف کولار هستند. الیاف و نخ‌های کولار، در برابر دمای ۱۷۰ درجه سانتیگراد مقاوم هستند. این الیاف نسبت به الیاف شیشه به‌راحتی قابل‌استفاده بوده و در بسیاری از حوزه‌های فنی استفاده می‌شوند که عبارتند از:
•    بالستیک (جلیقه ضدگلوله)
•    کفش ایمنی
•    لباس محافظ: مقاوم در برابر حرارت، مقاوم در برابر شعله، مقاوم در برابر برش (دستکش، شلوار چوب‌بری)
•    مواد کامپوزیت
•    کیسه‌های هوا
•    فیلترهای استخراج گردوغبار هوا (فیلتراسیون گاز داغ)
•    تایرها (تقویت شده)

نوع دیگری از الیاف آرامیدی، الیاف و نخ‌های نومکس هستند که به دلیل داشتن خواص محافظت حرارتی، به‌واسطه خاصیت خاموش‌کنندگی در دمای کاربردی ۲۲۰ درجه سانتیگراد، بسیار مناسب هستند. این نخ‌های فنی بسیار پیشرفته برای استفاده در اهداف خاصی به کار می‌روند که عبارتند از:
•  لباس و منسوجات مقاوم در برابر حرارت و شعله
•  کفش ایمنی
• دستکش‌های محافظ
• صندلی‌های هواپیما
•  کیسه‌های هوا
•  نوارها

الف) نوارها

نوارها معمولاً از الیاف پیوسته پارا - آرامید تشکیل می‌شوند که سبب ایجاد خواص و ویژگی‌های مکانیکی و حرارتی عالی در آن‌ها شده‌اند. این نوارها در صنعت شیشه استفاده می‌شوند و به دلیل یکنواختی و تنظیم منظم بافت آن‌ها، در تولید مواد مقاوم به آتش و به‌عنوان نوارهای نقاله کاربرد دارند.

ب) طناب‌های بافته شده

طناب‌های بافته شده دارای ویژگی‌های مشابه با نوارها هستند. آن‌ها عمدتاً به‌عنوان تراش‌ها استفاده می‌شوند. برای ارائه کاربردهای فنی متنوع، مجموعه‌ای از طناب‌ها در بخش‌های دایره‌ای یا مربعی در دسترس است.

پ) آستین

آستین‌ها به دلیل مقاومت بالا در برابر سایش و خواص مکانیکی و حرارتی عالی، با قطرهای مختلفی ساخته می‌شوند تا به نیازهای مشتریان پاسخ دهند. همانند طناب‌های بافته شده، آستین‌ها نیز برای درزگیری حرارتی استفاده می‌شوند، اما در صنعت شیشه برای عایق‌بندی کابل‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند.

ت) پارچه‌ها

پارچه‌های صددرصد پارا – آرامیدی بافته شده، دارای ویژگی‌های حرارتی عالی هستند. علاوه بر داشتن خواص عایق‌بندی خوب، پارچه‌ها می‌توانند در دمای بالا تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد و در دمای کاربردی تا ۳۵۰ درجه سانتیگراد قابل‌استفاده باشند. علاوه بر این، این پارچه‌ها مقاومت بسیار خوبی در برابر برش، سایش، پاره‌شدگی و اسیدها دارند، همچنین این منسوجات دارای ویژگی‌های مکانیکی عالی هستند. این پارچه‌ها در نسخه‌های مختلف (آلومینیزهAluminised ، لباس برفکی و غیره) در دسترس هستند و بیشتر برای تولید لباس‌های محافظ و عایق‌بندی حرارتی مناسب هستند.

پارچه‌های صددرصد پارا - آرامید (کولار) همواره شامل دو بافت تک میرا بر روی‌هم در جهت‌های مختلف هستند. این پارچه‌ها در برابر دماهای بالا تا ۴۵۰ درجه سانتیگراد و برش‌ها مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می‌دهند و اغلب برای تقویت لباس‌های محافظ استفاده می‌شوند. همچنین پارچه‌های پوشش‌دهی شده (سیلیکون، آلومینیوم، مواد مقاوم در برابر آتش، و غیره) نیز در دسترس هستند.

ث) بسته‌بندی‌ها

در بسته‌بندی‌ها از الیاف شیشه به‌عنوان هسته و از الیاف پارا – آرامید به‌عنوان پوسته استفاده می‌شود. با انتخاب هسته از نوع الیاف شیشه در بسته‌بندی‌ها، ویژگی‌های حرارتی و مکانیکی آ‌ن‌ها بهبود می‌یابد. این محصولات اغلب به‌عنوان محصولات عایقی استفاده می‌شوند و برای کوره‌های صنعتی بسیار مناسب هستند.

♦ منابع مرتبط :

►www.final-materials.com/gb/21-aramid-fibre

♦ لینک اشتراک گذاری :

b2n.ir/nassajyar937►

♦ مطالب پیشنهادی :

-کاربرد الیاف آرامیدی جهت تولید البسه محافظتی

-الیاف شیشه

-الیاف نومکس چیست ؟

.

.

لطفاً ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.