فیبر آرامید

دسته: مقالات منتشر شده در 03 شهریور 1398
نوشته شده توسط Admin بازدید: 9

فیبر آرامید: (نوعی پلیمر چندگانه از  دسته ی فیبر های تقویت کننده)

فیبر آرامید نامی است که برای دسته ای از فیبر های ترکیبی به کار برده میشود. این نوع از فیبر ها دارای ویژگی ها و خصوصیاتی هستند که انها را به گزینه ای مناسب برای لباسهای جنگی، انواع لباس ها و بسیاری از مواد دیگر تبدیل کرده است. معروف ترین برند تجاری Kevlar است و از سایر برندهای معروف نیز میتوان به Twaron و Nomex اشاره کرد که به همان اندازه محبوب هستند.

 

تاریخچه فیبر آرامید

در گذشته تحقیقاتی در خصوص نایلون و پلی استر وجود داشت و نتایج این تحقیقات به پیدایش و توسعه آرامید منجر شد. این خانواده با نام پلی آمیدهای عطرآگین هم شناخته میشود. Nomex در اوایل دهه 60 توسعه یافت و ویژگی هایی ان به گونه ای بودند که به خوبی امکان استفاده از این ماده در لباسهای حفاظت کننده، عایق سازی و آزبست فراهم شد. تحقیقات بیشتر در زمینه این متا آرامید باعث شد تا  به نوعی فیبر دست پیدا کنیم که کولار نام دارد. کولار و توارون  از دسته پاراآرامیدها هستند. کولار توسط DuPont به یک برند تجاری تبدیل شد و در سال 1973 نیز به صورت تجاری در دسترس قرار گرفت.

تولید آرامیددر سال 2011 بیش از 60 هزار تن بود و میزان تقاضا نیز با افزایش فروش، به حالتی ثابت و پایدار افزایش می یابد. پس از ان هزینه ها کم شده و کاربردهای ماده همچنان سیر صعودی خواهد داشت.

 

ویژگی های فیبر آرامید

ساختار شیمیایی زنجیره مولکولی به گونه ای است که پیوند ها در بیشتر بخش ها در راستای محور فیبر قرار گرفته اند و این حالت استحکام، انعطاف پذیری و تحمل سایش را بوجود می اورد.

مواد یاد شده مقاومت بالایی در برابر حرارت دارند و خاصیت اشتعال پذیری انها پایین است و به همین دلیل به راحتی ذوب نمیشوند. همچنین به ندرت ویژگی های خود را از دست میدهند( در دمای 500 درجه سانتی گراد).  انها به میزان خیلی کمی الکتریسیته را از خود عبور میدهند و نارسانا هستند . بنابراین به خوبی میتوان انها را به عایق های الکتریکی تبدیل نمود.

مقاومت بالای این مواد در برابر حلال های ارگانیک نیز خود دلیلی است تا بتوان از جنبه های درونی این مواد برای موارد خیلی متنوعی استفاده نمود. تنها نقطه ضعف آرامیدها در این است که انها در  برابر اشعه ماورابنفش، اسید و نمک حساس هستند. علاوه بر این، مواد آرامید ها قادرند تا نوعی الکتریسیته پایدار را بوجود اورند مگر اینکه به نوع خاصی مدیریت شوند.

ویژگی های فوق العاده این نوع از فیبر ها، مزایایی دارد که توسط انها میتوان محصولات متفاوتی را بوجود اورد. در هر صورت در  به کارگیری و فرایند  مواد کامپوزیت و یا ترکیبی

باید مراقب بود و توصیه میشود که حتما در این مراحل از ماسک، دستکش  و سایر موراد استفاده  کنید.

همانطور که پیش از این گفته شد، فیبرهای آرامید حاوی طیف گسترده ای از ویژگی های منحصر بفرد هستند. اما از انجایی که تفاوتی بین آرامیدهای پارا و آرامیدهای متا بوجود دارد، در این قسمت ویژگی های هرکدام را جداگانه عنوان میکنیم:

1.پارا آرامید ها ( مانند کولار)

  • نسبت بالای استحکام به وزن: فیبر های پارا آرامید مانند کولار و توارون کمی با سایر موارد تفاوت دارند. در هر دوی انها نسبت یاد شده بالا است. همچنین انها مقاومت بالایی دارند و به همین دلیل با احتمال پایینی ساییده میشوند.
  • ضریب بالای )YOUNGسختی یا استحکام بالای ساختاری( :بین 130 تا 179 GPa. این مقدار برای کربن 300 و برای شیشه 81 است. ضریب  YOUNG نیز با نام ضریب حالت ارتجاعی شناخته میشود و ارتباط بین فشار و کشش در یک ماده را نشان میدهد
  • کشیدگی کم در نقطه شکستگی. این بدین معناست که ماده به مقدار کمی کشیده میشود
  • پاراآرمیدها معمولا در وضعیت طبیعی نارسانا هستند
  • مقاومت خوب در برابر ساییدگی و برش
  • مقاومت خوب در برابر حلال های ارگانیک
  • انسجام ماده در دماهای بالا حفظ میشود
  • ثبات ابعادی خیلی خوب

2.متاآرامیدها ( مانند نومکس)

  • مقاومت در برابر گرما: متا آرامیدها ثبات گرمایی طولانی مدتی دارند. این ماده به خوبی و برای مدتی طولانی در دمای 204 درجه سانتی گراد عمل میکند و و ابعاد نیز در وضعیت ثابت باقی می مانند. این ماده نمی شکند، نرم  و یا ذوب نمیشود، حتی اکر در معرض دماهای بالای 300 درجه سانتی گراد قرار گیرد.
  • قابلیت اشتعال کم :  متا آرامید به طور ذاتی قابلتی اشتعال پایینی دارد. این ماده در حضور سطح مشخصی از اکسیژن شعله ور نشده  و  ذوب نمیشود. در صورت شعله وری نیز خود خاموش میشود و در دمای 400 درجه سانتی گرداد کربنیزه (تیبل به ذغال) میشود.
  • عایق الکتریکی: متا آرامیدها دارای ویژگی های عایق الکتریکی هستند. قدرت عایق کاغذ این نوع از  آرامیدها 20kv/mm است.(این مقدار برای هر نوع از آرامید متفاوت است)
  • ثبات شیمیایی: متا آرامید دارای ساختار شیمیایی ثابتی میباشدو مقاومت خوبی در برابر حلالهال طبیعی دارد.
  • مقاومت در برابر تابشها: این نوع از آرامیدها مقاومت خوبی در برابر اشعه ماورابنفش مانند الفا  و بتا دارد.
  • ویژگی های مکانیکی: میتوان با استفاده از قالب ها، این ماده را به شکل مورد نظر تبدیل کرد.
  • کشیدگی کم در نقطه شکست مانند متا آرامیدها. این بدین معنی است که میزان کشیدگی ماده کم است. البته ویژگی های بین زیر مجموعه های دو نوع آرامیدها هم با هم متفاوتند.

     

کاربرد آرامیدها

کولار در مراحل اولیه برای تقویت و مستحکم سازی تایر خودرو به کار برده می شد که در ان فناوری نیز نقش مهمی داشت.  اما از فیبر های آرامید در وسایل نقلیه، به عنوان جایگزینی برای آزبست استفاده میشود- به عنوان مثال در پوشش ترمز . شاید معروف ترین کاربرد این ماده در ساخت زره های جنگی باشد ولی از سایر موارد نیز میتوان به لباسهای ضد حریق اتش نشانان، کلا ه های ایمنی و دستکش اشاره کرد.

نسبت بالای استحکام به وزن در این فیبر ها نیز جذابیت انها برای به کارگیری  به عنوان مستحکم ساز را افزایش داده است (به عنوان مثال در مواد ترکیبی و به خصوص زمانی که  ماده باید خاصیت انعطاف پذیری بالایی داشته باشد مانند بالهای هواپیما) . در ساخت وساز نیز، بتن های مستحکم شده با فیبر و لوله های ترموپلاستیک در این دسته قرار میگیرند. خوردگی یکی از بزرگترین خساراتی است که برای خطوط لوله گران قیمت زیر سطح آب  در صنعت نفت بوجود می اید و از فناوری  لوله های ترموپلاستیک به منظور افزایش طول عمر خطوط لوله و کاهش هزینه های نگهداری بهره گرفته شد.

به طور کلی مواد به کاربرده در ساخت خطوط لوله ها شامل پلی اتیلن، پلی آمید 11 و PVDF میشوند و میتوان استحکام انها را با آرامید و یا فیبر پلی استر و یا سیمهای فولادی با استحکام بالا  افزایش داد. اگرچه از ترکیبات دیگری نیز بدین منظور استفاده میشود.

یکی دیگر از خاصیتهای فیبر های یاد شده، کشیدگی کم انها است که به طور معمول در هنگام ترمز حدود 3.5 درصد است. استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی نیز آرامیدها را به گزینه ای ایده ال برای لباس، کابل  و یا حتی  کشتی های قایق بر  میکند.

ازمایش درون لوله ای از فیبر های آرامید در دهه 90 نشان داد که این مواد تاثیراتی مشابه ازبست را بر سلولهای مخاطی دارند مانند افزایش مشارکت نوکلئوتید رادیویی در DNA و القا فعالیت به انزیم اورنیتین دکربوکسی لاس  یا .ODC

میتوان به تفضیل کاربردهای این نوع فیبر را بیان کرد:

  • لباسهای غیر قابل اشتعال مانند لباش های ویژه ارتشی . همچنین لباسهای حفاظت کننده در برابر اتش و کلاه ایمنی در این دسته قرار می گیرند
  • جایگزین آزبست ها. این مواد پس از ورود به ریه ها  باعث افزایش ابتلا به بیماری های ریوی میشود
  • محصولات فیلتر کننده هوای گرم
  • لوله های ترموپلاستیک مستحکم شده
  • لباس های ضد گلوله :زره های جنگی. این ماده با محصولاتی رقابت میکند که از فیبر PE محور ساخته شده اند
  • مواد ترکیبی و این مواد در اغلب موارد با فیبر کربن مخلوط میشوند
  • تایرها، اخیرا به عنوان سولفرون( توارون سولفرون محور)
  • استحکام لاستیکها یا رزین های  مکانیکی
  • لباس ها و کابلها. فشار زیاد تاثیر زیادی بر آرامیدها خواهد داشت بنابراین مصرف محدودی در حوزه ی چکمه و لوازم صخره نوردی دارند. کابلهای ارامیدی نیز بیشتر برای شرایطی استفاده میشوند که در انها فشار غیر ایستایی وجود دارد.
  • فتیله فندک برای روشن سازی اتش
  • سیستم های کابلی با فیبر بصری
  • لباس های قایق رانی (حتما شامل قایق های ویژه مسابقه نمیشود)
  • تجهیزات ورزشی
  • پوشش روی طبل
  • وسایل موسیقی بادی مانند برند Fibracell
  • دیافراگم بلندگوها
  • مواد سازنده بدنه ی قایق ها
  • بتن های مستحکم شده با فیبر
  • تور راکت تنیس مانند کمپانی های Ashaway و Prince
  • دسته هاکی. معمولا در ترکیب با کربن و چوب به کاربرده میشود
  • اسنوبوردها (تخته های کاربردی برای اسکی سواری بروی برف)
  • محوطه اطراف موتو جت

 

آینده پیش روی آرامیدها

هر روز محصولات جدیدی از موارد آرامیدی ساخته شده و در دنیا به نمایش گذاشته میشوند به عنوان مثال پوشش هایی با قابلیت حفاظت بالا برای محیط های با وضعیت دشوار که در ان فیبر های کولار در استر جایگذاری میشود.  این مورد برای پوشش دهی خطوط لوله ی فولادی مناسب است – مثلا در تجهیزاتی که لوله های اب در زیر زمین دفن میشوند و به دلیل کمبود بودجه، نمیتوان از لوله های ترموپلاستیک استفاده کرد.

با پیشرفت اپوکسی ها و سایر انواع رزینهایی که هر روز معرفی میشوند و به تولید بیشتر مواد آرامیدی در سطح جهان به اشکال مختلف( فیبر، خمیر کاغذ، فببر خرد شده و سایر موارد ) کمک میکنند، میتوان تضمین نمود که مصرف این ماده به هر دو فرم خام و ترکیبی افزایش خواهد یافت.

نکته پایانی

ایا شما هم مجذوب کاربردهای فراوان خانواه فیبر ها شده اید؟ مطمئنا همین طور است.