Арамідне волокно, скорочення від ароматичне поліамідне волокно, входить до чотирьох високопродуктивних волокон, пріоритетними для розробки в Китаї, поряд із вуглецевим волокном, волокном надвисокомолекулярного поліетилену (UHMWPE) та базальтовим волокном. Як і звичайний нейлон, арамідне волокно належить до сімейства поліамідних волокон з амідними зв'язками в основному молекулярному ланцюзі. Ключова відмінність полягає у способі зв'язку: амідні зв'язки нейлону з'єднані з аліфатичними групами, тоді як арамідні зв'язки спряжені з бензольними кільцями. Ця особлива молекулярна структура надає арамідному волокну надзвичайно високу осьову міцність (>20 сН/дтекс) та модуль пружності (>500 ГПа), що робить його кращим матеріалом для армування високоякісних кабелів.
Види арамідного волокна
Арамідне волокноВ основному включає повністю ароматичні поліамідні волокна та гетероциклічні ароматичні поліамідні волокна, які можна додатково класифікувати на орто-арамідні, пара-арамідні (PPTA) та мета-арамідні (PMTA). Серед них мета-арамідні та пара-арамідні є тими, що були промислово розроблені. З точки зору молекулярної структури, основна відмінність між ними полягає в положенні атома вуглецю в бензольному кільці, до якого приєднаний амідний зв'язок. Ця структурна різниця призводить до значних відмінностей у механічних властивостях та термічній стабільності.
Пара-арамід
Пара-арамід, або полі(п-фенілентерефталамід) (PPTA), також відомий у Китаї як Aramid 1414, являє собою лінійний високоміцний полімер, понад 85% амідних зв'язків якого безпосередньо пов'язані з ароматичними кільцями. Найбільш комерційно успішними пара-арамідними продуктами є Kevlar® від DuPont та Twaron® від Teijin, які домінують на світовому ринку. Це було перше волокно, коли-небудь виготовлене з використанням рідкокристалічного полімерного прядильного розчину, що започаткувало нову еру високопродуктивних синтетичних волокон. Що стосується механічних властивостей, його міцність на розрив може досягати 3,0–3,6 ГПа, модуль пружності 70–170 ГПа, а видовження при розриві 2–4%. Ці виняткові характеристики надають йому незамінні переваги в армуванні оптичних кабелів, балістичному захисті та інших галузях.
Мета-арамід
Мета-арамід, або полі(м-фенілен ізофталамід) (ПМТА), також відомий у Китаї як Aramid 1313, є провідним органічним волокном, стійким до високих температур. Його молекулярна структура складається з амідних груп, що з'єднують мета-феніленові кільця, утворюючи зигзагоподібний лінійний ланцюг, стабілізований міцними міжмолекулярними водневими зв'язками в тривимірній мережі. Ця структура надає волокну чудову вогнестійкість, термостійкість та радіаційну стійкість. Типовим продуктом є Nomex® від DuPont з граничним кисневим індексом (LOI) 28–32, температурою склування близько 275°C та температурою постійної експлуатації вище 200°C, що робить його широко використовуваним у вогнестійких кабелях та високотемпературних ізоляційних матеріалах.
Видатні властивості арамідного волокна
Арамідне волокно пропонує надвисокої міцності, високого модуля пружності, термостійкість, стійкість до кислот і лугів, малу вагу, ізоляцію, стійкість до старіння, тривалий термін служби, хімічну стабільність, відсутність розплавлених крапель під час горіння та нетоксичні газоподібні викиди. З точки зору застосування в кабелях, пара-араміда перевершує мета-араміду за термостійкістю, з постійним діапазоном робочих температур від -196 до 204°C та відсутністю розкладання або плавлення при 500°C. Найпомітніші властивості пара-араміди включають надвисоку міцність, високий модуль пружності, термостійкість, хімічну стійкість та низьку щільність. Його міцність перевищує 25 г/дтекс — у 5-6 разів вища, ніж у високоякісної сталі, у 3 рази — ніж у скловолокна, і вдвічі — ніж у високоміцної нейлонової промислової пряжі. Його модуль пружності в 2-3 рази перевищує модуль пружності сталі або скловолокна та в 10 разів — модуль пружності високоміцного нейлону. Він вдвічі міцніший за сталевий дріт і важить лише приблизно в 1/5 менше, що робить його особливо придатним для використання в якості арматури в оптичних кабелях, підводних кабелях та інших типах високоякісних кабелів.
Механічні властивості арамідного волокна
Метаараміда – це гнучкий полімер з міцністю на розрив, вищою, ніж у звичайного поліестеру, бавовни або нейлону. Він має високу швидкість подовження, м'який на дотик, добру прядивість і може бути виготовлений у короткі волокна або нитки різної товщини. Його можна прясти в тканини та неткані матеріали за допомогою стандартного текстильного обладнання та обробляти для задоволення потреб захисного одягу різних галузей промисловості. В електроізоляції метаараміда вирізняється вогнестійкими та термостійкими властивостями. З показником LOI понад 28 він не продовжуватиме горіти після виходу з полум'я. Його вогнестійкість є невід'ємною частиною його хімічної структури, що робить його постійно вогнестійким – стійким до втрати характеристик через прання або тривале використання. Метаараміда має чудову термостійкість, що дозволяє безперервно використовувати її при температурі 205°C та надійно зберігає міцність навіть при температурах вище 205°C. Його температура розкладання висока, і він не плавиться та не капає при високих температурах, починаючи карбонізуватися лише вище 370°C. Ці властивості роблять його ідеальним для ізоляції та армування високотемпературних або вогнестійких кабелів.
Хімічна стабільність арамідного волокна
Мета-араміда має чудову стійкість до більшості хімічних речовин та концентрованих неорганічних кислот, хоча чутлива до концентрованих сірчаної та азотної кислот. Вона також має добру стійкість до лугів за кімнатної температури.
Радіаційна стійкість арамідного волокна
Метаараміда демонструє виняткову радіаційну стійкість. Наприклад, при тривалому впливі ультрафіолетового світла потужністю 1,2×10⁻² Вт/см² та гамма-променів потужністю 1,72×10⁸ рад її міцність залишається незмінною. Ця видатна радіаційна стійкість робить її особливо придатною для кабелів, що використовуються на атомних електростанціях та космічних апаратах.
Довговічність арамідного волокна
Метаараміда також демонструє чудову стійкість до стирання та хімічних речовин. Після 100 прань тканина, виготовлена з метаараміди вітчизняного виробництва, зберігає понад 85% своєї початкової міцності на розрив. У кабельному застосуванні ця міцність забезпечує довготривалу стабільність механічних та електричних характеристик.
Застосування арамідного волокна
Арамідне волокно широко використовується в аерокосмічній, автомобільній, електромеханічній, будівельній та спортивній промисловості Китаю завдяки своїм чудовим механічним властивостям, стійкості до високих температур та хімічній стабільності. Воно вважається ключовим матеріалом для майбутнього розвитку високопродуктивних галузей промисловості. Зокрема, арамід відіграє незамінну роль у виробництві оптичних кабелів зв'язку, силових кабелів, кабелів, стійких до високих температур, підводних кабелів та спеціальних кабелів.
Аерокосмічна та військова галузі
Арамідне волокно характеризується низькою щільністю, високою міцністю та чудовою стійкістю до корозії. Воно широко застосовується в конструкційних компонентах аерокосмічних апаратів, таких як корпуси ракетних двигунів та конструкції широкосмугових обтічників. Його композитні матеріали демонструють чудову ударостійкість та прозорість для електромагнітних хвиль, що значно зменшує вагу літака та підвищує безпеку. В оборонному секторі арамід використовується в бронежилетах, шоломах та вибухостійких контейнерах, що робить його провідним матеріалом для наступного покоління легкого військового захисту.
Будівництво та транспорт
У будівельній галузі арамідне волокно використовується для армування конструкцій та мостових тросових систем завдяки своїй легкій вазі, гнучкості та стійкості до корозії. Воно особливо ефективне для армування нестандартних конструкцій. У транспорті арамідне волокно застосовується в кордових тканинах для шин автомобілів та літаків. Шини, армовані арамідом, забезпечують високу міцність, стійкість до проколів, термостійкість та тривалий термін служби, що відповідає вимогам сучасних високошвидкісних транспортних засобів та літаків.
Електротехнічна, електронна та кабельна промисловість
Арамідне волокно має особливо помітне застосування в електротехнічному, електронному та кабельно-провідниковому секторах, особливо в таких галузях:
Розтягувальні елементи в оптичних кабелях: Завдяки високій міцності на розтяг та модулю пружності, арамідне волокно служить розтягувальним елементом в оптичних кабелях зв'язку, захищаючи делікатні оптичні волокна від деформації під натягом та забезпечуючи стабільну передачу сигналу.
Армування кабелів: У спеціальних кабелях, підводних кабелях, силових кабелях та кабелях, стійких до високих температур, арамід зазвичай використовується як центральний армуючий елемент або броньовий шар. Порівняно з металевим армуванням, арамід пропонує чудову міцність при меншій вазі, значно підвищуючи міцність кабелю на розтяг та механічну стійкість.
Ізоляція та вогнестійкість: Арамідні композити мають чудову діелектричну та термічну стабільність. Вони широко використовуються в шарах ізоляції кабелів, вогнестійких оболонках та безгалогенних оболонках з низьким димним утворенням. Арамідний папір після просочення ізоляційним лаком поєднується з натуральною слюдою для використання у високотемпературних двигунах та трансформаторах.
Вогнестійкі кабелі та кабелі для залізничного транспорту: Завдяки вогнестійкості та термостійкості арамідного волокна воно ідеально підходить для використання в суднових кабелях, кабелях для залізничного транспорту та вогнестійких кабелях ядерного класу, де діють суворі стандарти безпеки.
ЕМС та легкість: чудова електромагнітна прозорість та низька діелектрична проникність араміду роблять його придатним для шарів екранування від електромагнітних перешкод, обтічника радіолокаційних пристроїв та оптоелектронних інтеграційних компонентів, що допомагає покращити електромагнітну сумісність та зменшити вагу системи.
Інші програми
Завдяки високому вмісту ароматичних кілець, арамідне волокно пропонує виняткову хімічну стабільність та стійкість до корозії, що робить його придатним для морських канатів, кабелів для буріння нафти та оптичних кабелів повітряної передачі в суворих умовах. Воно також широко використовується в преміальному спортивному спорядженні, захисному спорядженні та автомобільних гальмівних колодках, і все частіше застосовується як екологічно чиста альтернатива азбесту в герметизації та ізоляції, теплоізоляційних панелях та інших герметизуючих компонентах, забезпечуючи як продуктивність, так і екологічну безпеку.
Час публікації: 31 липня 2025 р.