الیاف آرامید، که مخفف الیاف پلی‌آمید آروماتیک است، در کنار الیاف کربن، الیاف پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE) و الیاف بازالت، در میان چهار الیاف با عملکرد بالا که برای توسعه در چین در اولویت قرار دارند، قرار دارد. الیاف آرامید مانند نایلون معمولی، به خانواده الیاف پلی‌آمید تعلق دارد که پیوندهای آمیدی در زنجیره مولکولی اصلی آن قرار دارد. تفاوت اصلی در پیوند آنها نهفته است: پیوندهای آمیدی نایلون به گروه‌های آلیفاتیک متصل هستند، در حالی که پیوندهای آرامید با حلقه‌های بنزن مزدوج هستند. این ساختار مولکولی خاص به الیاف آرامید استحکام محوری بسیار بالایی (>20cN/dtex) و مدول (>500GPa) می‌دهد و آن را به ماده‌ای ترجیحی برای تقویت کابل‌های رده بالا تبدیل می‌کند.
انواع الیاف آرامید
الیاف آرامیدعمدتاً شامل الیاف پلی‌آمید کاملاً آروماتیک و الیاف پلی‌آمید آروماتیک هتروسیکلیک است که می‌توانند به ارتو-آرامید، پارا-آرامید (PPTA) و متا-آرامید (PMTA) طبقه‌بندی شوند. در میان اینها، متا-آرامید و پارا-آرامید آنهایی هستند که صنعتی شده‌اند. از دیدگاه ساختار مولکولی، تفاوت اصلی بین این دو در موقعیت اتم کربن در حلقه بنزن است که پیوند آمید به آن متصل است. این تفاوت ساختاری منجر به تفاوت‌های قابل توجهی در خواص مکانیکی و پایداری حرارتی می‌شود.
پارا-آرامید
پارا-آرامید یا پلی (پی-فنیلن ترفتالامید) (PPTA)، که در چین با نام آرامید ۱۴۱۴ نیز شناخته می‌شود، یک پلیمر خطی با چگالی بالا است که بیش از ۸۵٪ از پیوندهای آمیدی آن مستقیماً به حلقه‌های آروماتیک متصل هستند. موفق‌ترین محصولات پارا-آرامید از نظر تجاری، کولار® ساخت شرکت دوپونت و توارون® ساخت شرکت تیجین هستند که بر بازار جهانی تسلط دارند. این اولین الیافی بود که با استفاده از محلول ریسندگی پلیمر کریستال مایع تولید شد و دوران جدیدی از الیاف مصنوعی با کارایی بالا را آغاز کرد. از نظر خواص مکانیکی، استحکام کششی آن می‌تواند به ۳.۰ تا ۳.۶ گیگا پاسکال، مدول الاستیک ۷۰ تا ۱۷۰ گیگا پاسکال و ازدیاد طول در نقطه شکست ۲ تا ۴ درصد برسد. این ویژگی‌های استثنایی، مزایای غیرقابل جایگزینی را در تقویت کابل نوری، محافظت در برابر بالستیک و سایر زمینه‌ها به آن می‌دهد.
متا-آرامید
متاآرامید یا پلی (m-فنیلن ایزوفتالامید) (PMTA)، که در چین با نام آرامید ۱۳۱۳ نیز شناخته می‌شود، یک الیاف آلی پیشرو در مقاومت در برابر دمای بالا است. ساختار مولکولی آن شامل گروه‌های آمیدی است که حلقه‌های متافنیلن را به هم متصل می‌کنند و یک زنجیره خطی زیگزاگ را تشکیل می‌دهند که توسط پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی قوی در یک شبکه سه‌بعدی تثبیت شده است. این ساختار به الیاف خاصیت بازدارندگی شعله، پایداری حرارتی و مقاومت در برابر تابش عالی می‌بخشد. یک محصول معمول، Nomex® شرکت DuPont است که با شاخص اکسیژن محدودکننده (LOI) 28-32، دمای انتقال شیشه‌ای حدود ۲۷۵ درجه سانتیگراد و دمای کارکرد مداوم بالای ۲۰۰ درجه سانتیگراد، کاربرد گسترده‌ای در کابل‌های مقاوم در برابر آتش و مواد عایق دمای بالا دارد.
خواص برجسته الیاف آرامید
الیاف آرامید دارای استحکام فوق‌العاده بالا، مدول بالا، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر اسید و قلیا، وزن کم، عایق بودن، مقاومت در برابر پیری، چرخه عمر طولانی، پایداری شیمیایی، عدم تشکیل قطرات مذاب در هنگام احتراق و انتشار گازهای غیر سمی است. از دیدگاه کاربرد کابل، پاراآرامید در مقاومت حرارتی از متاآرامید بهتر عمل می‌کند، با محدوده دمای سرویس مداوم از -196 تا 204 درجه سانتیگراد و عدم تجزیه یا ذوب در دمای 500 درجه سانتیگراد. قابل توجه‌ترین خواص پاراآرامید شامل استحکام فوق‌العاده بالا، مدول بالا، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت شیمیایی و چگالی کم است. استحکام آن بیش از 25 گرم بر دسی‌تکث است - 5 تا 6 برابر فولاد با کیفیت بالا، 3 برابر فایبرگلاس و دو برابر نخ صنعتی نایلون با استحکام بالا. مدول آن 2-3 برابر فولاد یا فایبرگلاس و 10 برابر نایلون با استحکام بالا است. این ماده دو برابر سیم فولادی محکم‌تر است و تنها حدود یک پنجم آن وزن دارد، که آن را به ویژه برای استفاده به عنوان تقویت‌کننده در کابل‌های نوری، کابل‌های زیردریایی و سایر انواع کابل‌های رده بالا مناسب می‌کند.
خواص مکانیکی الیاف آرامید
متاآرامید پلیمری انعطاف‌پذیر با استحکام پارگی بالاتر از پلی‌استر، پنبه یا نایلون معمولی است. این پلیمر دارای نرخ کشیدگی بالا، حس نرمی در زیر دست، قابلیت ریسندگی خوب است و می‌تواند به صورت الیاف کوتاه یا رشته‌هایی با دنیر مختلف تولید شود. می‌توان آن را با استفاده از ماشین‌آلات نساجی استاندارد به پارچه و نبافته ریسید و برای رفع نیازهای پوشاک محافظ صنایع مختلف فرآوری کرد. در عایق الکتریکی، خواص ضد شعله و مقاوم در برابر حرارت متاآرامید برجسته است. با LOI بیشتر از 28، پس از ترک شعله به سوختن ادامه نمی‌دهد. مقاومت در برابر شعله آن ذاتی ساختار شیمیایی آن است و آن را به طور دائم ضد شعله می‌کند - مقاوم در برابر افت عملکرد ناشی از شستشو یا استفاده طولانی مدت. متاآرامید پایداری حرارتی عالی دارد، با استفاده مداوم در دمای 205 درجه سانتیگراد و حفظ قوی استحکام حتی در دماهای بالاتر از 205 درجه سانتیگراد. دمای تجزیه آن بالا است و در دماهای بالا ذوب یا چکه نمی‌کند و فقط در دمای بالاتر از 370 درجه سانتیگراد شروع به کربنیزه شدن می‌کند. این خواص آن را برای عایق‌بندی و تقویت در کابل‌های مقاوم در برابر دمای بالا یا آتش ایده‌آل می‌کند.
پایداری شیمیایی الیاف آرامید
متاآرامید مقاومت بسیار خوبی در برابر اکثر مواد شیمیایی و اسیدهای معدنی غلیظ دارد، اگرچه به اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ حساس است. همچنین در دمای اتاق مقاومت قلیایی خوبی دارد.
مقاومت در برابر تابش الیاف آرامید
متاآرامید مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر تابش از خود نشان می‌دهد. به عنوان مثال، تحت قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور فرابنفش با شدت 1.2×10⁻² W/cm² و اشعه گاما با شدت 1.72×10⁸ رادیان، مقاومت آن بدون تغییر باقی می‌ماند. این مقاومت فوق‌العاده در برابر تابش، آن را به ویژه برای کابل‌های مورد استفاده در نیروگاه‌های هسته‌ای و فضاپیماها مناسب می‌کند.
دوام الیاف آرامید
متاآرامید همچنین مقاومت سایشی و شیمیایی بسیار خوبی از خود نشان می‌دهد. پارچه ساخته شده از متاآرامید تولید داخل، پس از ۱۰۰ بار شستشو، بیش از ۸۵٪ از مقاومت پارگی اولیه خود را حفظ می‌کند. در کاربردهای کابل، این دوام، پایداری عملکرد مکانیکی و الکتریکی طولانی مدت را تضمین می‌کند.
کاربردهای الیاف آرامید
الیاف آرامید به دلیل خواص مکانیکی عالی، مقاومت در برابر دمای بالا و پایداری شیمیایی، به طور گسترده در صنایع هوافضا، خودرو، الکترومکانیکی، ساخت و ساز و ورزش چین مورد استفاده قرار می‌گیرد. این الیاف به عنوان یک ماده کلیدی برای توسعه آینده صنایع با کارایی بالا در نظر گرفته می‌شوند. به طور خاص، آرامید نقش غیرقابل جایگزینی در زمینه‌های کابل‌های نوری ارتباطی، کابل‌های برق، کابل‌های مقاوم در برابر دمای بالا، کابل‌های زیردریایی و کابل‌های تخصصی ایفا می‌کند.
حوزه‌های هوافضا و نظامی
الیاف آرامید دارای چگالی کم، استحکام بالا و مقاومت عالی در برابر خوردگی هستند. این الیاف به طور گسترده در اجزای ساختاری وسایل نقلیه هوافضا، مانند بدنه موتور موشک و سازه‌های رادوم باند پهن، کاربرد دارند. مواد کامپوزیتی آن مقاومت ضربه‌ای عالی و شفافیت موج الکترومغناطیسی را نشان می‌دهند که به طور قابل توجهی وزن هواپیما را کاهش داده و ایمنی را افزایش می‌دهد. در بخش دفاعی، آرامید در جلیقه‌های ضد گلوله، کلاه ایمنی و ظروف مقاوم در برابر انفجار استفاده می‌شود و آن را به ماده‌ای پیشرو برای نسل بعدی حفاظت نظامی سبک تبدیل می‌کند.
زمینه‌های ساخت و ساز و حمل و نقل
در صنعت ساخت و ساز، الیاف آرامید به دلیل سبکی، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر خوردگی، برای تقویت سازه‌ها و سیستم‌های کابل پل‌ها استفاده می‌شود. این الیاف به ویژه در تقویت سازه‌های نامنظم مؤثر است. در حمل و نقل، آرامید در پارچه‌های نخ تایر برای خودروها و هواپیماها به کار می‌رود. تایرهای تقویت شده با آرامید، استحکام بالا، مقاومت در برابر پنچری، مقاومت در برابر حرارت و عمر طولانی ارائه می‌دهند و نیازهای عملکردی وسایل نقلیه پرسرعت و هواپیماهای مدرن را برآورده می‌کنند.
صنعت برق، الکترونیک و کابل
الیاف آرامید کاربردهای برجسته‌ای در بخش‌های تولید برق، الکترونیک و سیم و کابل، به ویژه در زمینه‌های زیر دارد:
اعضای کششی در کابل‌های نوری: الیاف آرامید با استحکام و مدول کششی بالا، به عنوان عضو کششی در کابل‌های نوری ارتباطی عمل می‌کنند و از فیبرهای نوری ظریف در برابر تغییر شکل تحت کشش محافظت کرده و انتقال سیگنال پایدار را تضمین می‌کنند.
تقویت در کابل‌ها: در کابل‌های تخصصی، کابل‌های زیردریایی، کابل‌های برق و کابل‌های مقاوم در برابر دمای بالا، آرامید معمولاً به عنوان یک عنصر تقویت‌کننده مرکزی یا لایه زره استفاده می‌شود. در مقایسه با تقویت‌کننده‌های فلزی، آرامید استحکام بالاتری را با وزن کمتر ارائه می‌دهد و استحکام کششی و پایداری مکانیکی کابل را تا حد زیادی افزایش می‌دهد.
عایق‌بندی و بازدارندگی شعله: کامپوزیت‌های آرامید از پایداری دی‌الکتریک و حرارتی بسیار خوبی برخوردارند. آنها به طور گسترده در لایه‌های عایق کابل، روکش‌های ضد شعله و پوشش‌های کم‌دود بدون هالوژن استفاده می‌شوند. کاغذ آرامید، پس از آغشته شدن به لاک عایق، با میکای طبیعی ترکیب می‌شود تا در موتورها و ترانسفورماتورهای مقاوم در برابر دمای بالا استفاده شود.
کابل‌های مقاوم در برابر آتش و حمل و نقل ریلی: مقاومت ذاتی الیاف آرامید در برابر شعله و تحمل گرما، آن را برای استفاده در کابل‌های کشتی، کابل‌های حمل و نقل ریلی و کابل‌های مقاوم در برابر آتش درجه هسته‌ای، که در آنها استانداردهای ایمنی سختگیرانه هستند، ایده‌آل می‌کند.
EMC و سبکی: شفافیت الکترومغناطیسی عالی و ثابت دی‌الکتریک پایین آرامید، آن را برای لایه‌های محافظ EMI، رادوم‌های رادار و اجزای یکپارچه‌سازی اپتوالکترونیکی مناسب می‌کند و به بهبود سازگاری الکترومغناطیسی و کاهش وزن سیستم کمک می‌کند.
کاربردهای دیگر
الیاف آرامید به دلیل محتوای بالای حلقه آروماتیک، پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر خوردگی فوق‌العاده‌ای ارائه می‌دهد و آن را برای طناب‌های دریایی، کابل‌های حفاری نفت و کابل‌های نوری انتقال هوایی در محیط‌های سخت مناسب می‌سازد. همچنین به طور گسترده در تجهیزات ورزشی مرغوب، تجهیزات حفاظتی و لنت ترمز خودرو استفاده می‌شود و به طور فزاینده‌ای به عنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست برای آزبست در کاربردهای آب‌بندی و عایق‌بندی، پنل‌های عایق حرارتی و سایر اجزای آب‌بندی مورد استفاده قرار می‌گیرد و هم عملکرد و هم ایمنی زیست‌محیطی را تضمین می‌کند.
زمان ارسال: ۳۱ ژوئیه ۲۰۲۵