Арамид

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Арамидная ткань Twaron Microfilament
Структурная формула пара-арамидного полимера

Арамид (англ. aramid аббр. aromatic polyamide — ароматический полиамид) — полипарафенилентерефталамид, синтетическое волокно высокой механической и термической прочности. Состоит из бензольных колец, соединённых друг с другом через группу -NH-CO- прочными химическими связями, обеспечивающими высокую механическую прочность всего волокна. Между водородными и кислородными фрагментами молекул соседних цепей образуются слабые водородные связи, не играющие особой роли.

Наиболее распространены пара- и мета- изомеры арамида — пара-арамид (известный под торговыми марками Кевлар, Twaron и др.). Наиболее известные в мире мета-арамидные волокна выпускаются под торговыми марками «Номекс» (Dupont, США), а также «Кермель» (Kermel, Франция).

История

Впервые арамидное волокно было получено в 1960-х годах в лаборатории химического гиганта DuPont командой специалистов во главе со Стефани Кволек. На рынок оно было выпущено в 1975 году под торговой маркой Kevlar. В настоящее время выпуск арамидных волокон налажен во многих странах под различными торговыми марками.

В конце 1960-х годов французская компания Rhone Poulenc начала исследования термостабильных волокон в городе Кольмар (фр. Colmar) (Франция). В 1972 году в производство было запущено мета-арамидное волокно для огнезащитного обмундирования танкистов ВС Франции, позволяющего быстро покинуть горящую технику без летальных ожогов. В 1992 году образовалась компания KERMEL, которая стала производить мета-арамидное волокно Kermel®.

В СССР в начале 1970-х годов было разработано волокно на основе полиамидбензимидазолтерефталамида, превосходящее Кевлар по ряду показателей. Это волокно первоначально называлось Вниивлон по названию института где оно было разработано (ВНИИВ), затем название волокна изменили на СВМ. Волокна СВМ получают из другого полимера и по иной технологии, чем волокна Кевлар, но по свойствам эти волокна близки. Аналогом волокна Кевлар по химическому составу было советское волокно Терлон, опытно-промышленный выпуск которого прекратился в начале 90-х годов.

Характеристики

Для пара-арамидного волокна характерна высокая механическая прочность. В зависимости от марки, разрывная прочность волокна может колебаться от 280 до 550 кг/мм² (у стали, для сравнения, этот параметр находится в пределах 50—150 кг/мм², лишь самые высокопрочные сорта стали со специальной обработкой приближаются по прочности к наименее прочным сортам арамида). Такая высокая прочность сочетается с относительно малой плотностью — 1400—1500 кг/м³ (плотность чистой воды 1000 кг/м³, плотность стали порядка 7800 кг/м³). В мире производятся 2 наиболее известные марки пара-арамидного волокна: «Кевлар» (фирма DuPont, США), «Тварон» (фирма «Тейджин», Япония — Нидерланды). С 2007 года в Южной Корее компанией «Колон Индастриз» начато производство пара-арамида под торговой маркой «Heracron».

Мета-арамидные волокна обладают огнестойкими свойствами благодаря своей химической структуре (процентное содержание кислорода более 30 %) и способны, в зависимости от назначения, длительно выдерживать температуры до 250 °C, а также кратковременно выдерживать пиковые температуры до 1000 °C. Эти свойства широко используются при производстве огнестойкой защитной спецодежды. Ткани из таких волокон не воспламеняются при контакте с открытым пламенем, а лишь обугливаются, образуя огнезащитный карбонизированный каркас. Наиболее известными торговыми марками мета-арамидных волокон в США являются «Номекс» (DuPont, США), а в Европе — «Кермель» (компания «Kermel», Франция). Мета-арамидные волокна окрашиваются в массе, что обеспечивает защитной спецодежде уникальную цветостойкость. Мета-арамидное волокно является также отличным теплоизоляционным материалом (0,04 — 0,1 Вт/м*°К), обладает высокой химостойкостью к распространенным неорганическим щелочам и кислотам, а также механической прочностью.

В СССР для температурных применений была разработана и внедрена в производство на ПО «Химволокно» в г. Светлогорск (Белоруссия) технология полиоксадиазольного волокна «Оксалон» (Арселон). Некоторые западные компании называют это волокно «Русский Номекс». По свойствам «Арселон» аналогичен «Номексу», хотя технологии производства существенно отличаются.

В России производство арамидных волокон осуществляет ОАО «Каменскволокно» г. Каменск-Шахтинский (Ростовская область). Предприятие производит такие синтетические высокомодульные нити, как СВМ, Русар, Армос, Artec и АРУС, применяемые в кабельной промышленности, изготовлении композиционных материалов и резинотехнических изделий, при армировании изделий, а также для изготовления специальных термостойких тканей, грузонесущих элементов и средств баллистической защиты.

Все технологические процессы получения арамидных волокон характеризуются большим потреблением воды и серной кислоты.

Применение

Изначально арамидное волокно было создано для армирования автомобильных шин, оно и сейчас с успехом применяется для этого, но за счёт своих высоких характеристик оно нашло самое широкое применение в самых различных отраслях.

Чистое арамидное волокно применяется для изготовления сверхпрочных тросов и тканей, оплётки оптических и иных кабелей.

Сама Стефани Кволек особенно гордится применением её изобретения (Kevlar) в производстве бронежилетов и огнезащитной одежды — это применение арамида спасло десятки, если не сотни тысяч человеческих жизней.

Мета-арамидные волокна впервые нашли свое применение в защитном обмундировании военных. Так, например, французская компания Kermel занималась исследованиями в области термо-стабильных волокон с 1960 года исключительно в интересах национальной обороны Франции. Первыми изделиями из полученного этой компанией волокна стали огнестойкие защитные костюмы танковых экипажей, позволяющие военным покинуть горящую технику без летальных ожогов. Только через 20 лет эти волокна стали применяться в защитной одежде полиции, пожарных, а затем и промышленной защитной спецодежде. Самый современный комплект обмундирования пехотинца французской армии «FELIN» и сегодня изготовляется из специальных огнестойких тканей V50 и VMC40 на основе мета-арамидного волокна Kermel.

Другим распространенным применением мета-арамидных волокон является очистка горячих дымовых газов на предприятиях металлургической промышленности, цементных и асфальто-бетонных заводах, и др. Для таких применений используюется специальная разновидность нетканного иглопробивного полотна, из которого изготавливаются фильтровальные элементы для т. н. рукавных фильтров. Необходимость в таком применении обусловлена термостойкостью, химостойкостью и высокой механической прочностью материала. Горячие дымовые газы (до 250 градусов Цельсия), образующиеся из них кислоты, а также повышенная механическая нагрузка хорошо выдерживаются фильтровальными материалами на основе арамидов.

Современной тенденцией в применении мета-арамидов является диверсификация в специализированные технические применения в самых разных отраслях промышленности — от микроэлектроники, до авиастроения. Полимеры и волокна широко используются, как изоляционные огнестойкие материалы, компаунды и др.

См. также

Литература

  1. Сверхпрочное синтетическое волокно Вниивлон, Информация ВНИИВ // Химические волокна. 1971. № 1. С.76.
  2. Кудрявцев Г. И., Щетинин A. M., в кн.: Термо-жаростойкие и негорючие волокна, под ред. А. А. Конкина, М., 1978, с. 7-216
  3. The Indian Textile Journal, Sept. 2008
  4. Кудрявцев Г. И., Токарев А. В., Авророва Л. В., Константинов В. А. Сверхпрочное высокомодульное синтетическое волокно СВМ // Химические волокна. 1974. № 6. С.70-71.