Арамидное волокно, сокращенно от ароматического полиамидного волокна, входит в число четырёх высокопроизводительных волокон, приоритетных для разработки в Китае, наряду с углеродным волокном, сверхвысокомолекулярным полиэтиленовым волокном (СВМПЭ) и базальтовым волокном. Как и обычный нейлон, арамидное волокно относится к семейству полиамидных волокон с амидными связями в основной молекулярной цепи. Ключевое отличие заключается в типе связей: в нейлоне амидные связи связаны с алифатическими группами, тогда как в арамиде они сопряжены с бензольными кольцами. Эта особая молекулярная структура обеспечивает арамидному волокну чрезвычайно высокую осевую прочность (>20 сН/дтекс) и модуль упругости (>500 ГПа), что делает его предпочтительным материалом для армирования кабелей высокого класса.
Типы арамидного волокна
Арамидное волокноВ основном, это полностью ароматические полиамидные волокна и гетероциклические ароматические полиамидные волокна, которые можно разделить на орто-арамидные, пара-арамидные (ППТА) и мета-арамидные (ПМТА). Среди них мета-арамидные и пара-арамидные волокна получили промышленное распространение. С точки зрения молекулярной структуры основное различие между ними заключается в положении атома углерода в бензольном кольце, к которому присоединена амидная связь. Это структурное различие приводит к значительным различиям в механических свойствах и термической стабильности.
Пара-арамид
Параарамид, или поли(п-фенилентерефталамид) (PPTA), также известный в Китае как Aramid 1414, представляет собой линейный высокополимер, в котором более 85% амидных связей непосредственно связаны с ароматическими кольцами. Наиболее коммерчески успешными продуктами на основе параарамида являются Kevlar® компании DuPont и Twaron® компании Teijin, которые доминируют на мировом рынке. Это было первое волокно, когда-либо произведенное с использованием жидкокристаллического полимерного прядильного раствора, что ознаменовало новую эру высокопроизводительных синтетических волокон. Что касается механических свойств, его прочность на разрыв может достигать 3,0–3,6 ГПа, модуль упругости 70–170 ГПа и относительное удлинение при разрыве 2–4%. Эти исключительные характеристики дают ему незаменимые преимущества в армировании оптических кабелей, баллистической защите и других областях.
Мета-Арамид
Мета-арамид, или поли(м-фениленизофталамид) (ПМТА), также известный в Китае как Арамид 1313, является ведущим органическим волокном, устойчивым к высоким температурам. Его молекулярная структура состоит из амидных групп, связывающих мета-фениленовые кольца, образуя зигзагообразную линейную цепь, стабилизированную прочными межмолекулярными водородными связями в трёхмерной сетке. Такая структура обеспечивает волокну превосходную огнестойкость, термостойкость и радиационную стойкость. Типичным продуктом является Nomex® компании DuPont с предельным кислородным индексом (ПКИ) 28–32, температурой стеклования около 275 °C и длительной рабочей температурой выше 200 °C, что делает его широко используемым в огнестойких кабелях и высокотемпературных изоляционных материалах.
Выдающиеся свойства арамидного волокна
Арамидное волокно обеспечивает сверхвысокую прочность, высокий модуль, термостойкость, устойчивость к кислотам и щелочам, малый вес, изоляцию, стойкость к старению, длительный срок службы, химическую стабильность, отсутствие расплавленных капель при горении и нетоксичные газовые выбросы. С точки зрения применения в кабеле параарамид превосходит метаарамид по термостойкости, с непрерывным диапазоном рабочих температур от -196 до 204 ° C и отсутствием разложения или плавления при 500 ° C. Наиболее примечательные свойства параарамида включают сверхвысокую прочность, высокий модуль, термостойкость, химическую стойкость и низкую плотность. Его прочность превышает 25 г/дтекс — в 5-6 раз больше, чем у высококачественной стали, в 3 раза больше, чем у стекловолокна, и в два раза больше, чем у высокопрочной нейлоновой промышленной нити. Его модуль в 2-3 раза больше, чем у стали или стекловолокна и в 10 раз больше, чем у высокопрочного нейлона. Она вдвое прочнее стальной проволоки и весит всего лишь примерно в пять раз меньше, что делает ее особенно подходящей для использования в качестве арматуры в оптических кабелях, подводных кабелях и других типах кабелей высокого класса.
Механические свойства арамидного волокна
Мета-арамид – гибкий полимер с прочностью на разрыв, превышающей прочность обычного полиэстера, хлопка или нейлона. Он обладает высокой степенью удлинения, приятен на ощупь, хорошо прядомится и может быть произведен в короткие волокна или нити различной плотности (денье). Из него можно формовать ткани и нетканые материалы на стандартном текстильном оборудовании, а также перерабатывать для производства защитной одежды в различных отраслях промышленности. В электроизоляции мета-арамид выделяется своими огнестойкими и термостойкими свойствами. При показателе LOI более 28 он не продолжает гореть после выхода из пламени. Его огнестойкость обусловлена его химической структурой, что делает его постоянно огнестойким – устойчивым к потере эксплуатационных свойств при стирке или длительном использовании. Мета-арамид обладает превосходной термостойкостью, выдерживая длительную эксплуатацию при температуре 205 °C и сохраняя прочность даже при температурах выше 205 °C. Температура его разложения высокая, он не плавится и не капает при высоких температурах, начиная обугливаться только при температуре выше 370 °C. Эти свойства делают его идеальным для изоляции и армирования высокотемпературных или огнестойких кабелей.
Химическая стабильность арамидного волокна
Мета-арамид обладает превосходной стойкостью к большинству химикатов и концентрированным неорганическим кислотам, хотя чувствителен к концентрированным серной и азотной кислотам. Он также обладает хорошей стойкостью к щелочам при комнатной температуре.
Радиационная стойкость арамидного волокна
Мета-арамид обладает исключительной радиационной стойкостью. Например, при длительном воздействии ультрафиолетового излучения интенсивностью 1,2×10⁻² Вт/см² и гамма-излучения интенсивностью 1,72×10⁸ рад его прочность остаётся неизменной. Эта исключительная радиационная стойкость делает его особенно подходящим для кабелей, используемых на атомных электростанциях и космических аппаратах.
Долговечность арамидного волокна
Метаарамид также обладает превосходной стойкостью к истиранию и химическому воздействию. После 100 стирок ткань из метаарамида отечественного производства сохраняет более 85% своей первоначальной прочности на разрыв. При использовании в кабельной промышленности такая прочность обеспечивает долговременную стабильность механических и электрических характеристик.
Применение арамидного волокна
Арамидное волокно широко используется в аэрокосмической, автомобильной, электромеханической, строительной и спортивной промышленности Китая благодаря своим превосходным механическим свойствам, стойкости к высоким температурам и химической стабильности. Оно рассматривается как ключевой материал для будущего развития высокопроизводительных отраслей. В частности, арамид играет незаменимую роль в производстве оптических кабелей связи, силовых кабелей, кабелей, устойчивых к высоким температурам, подводных кабелей и кабелей специального назначения.
Аэрокосмическая и военная отрасли
Арамидное волокно отличается низкой плотностью, высокой прочностью и превосходной коррозионной стойкостью. Оно широко применяется в конструктивных элементах аэрокосмической техники, таких как корпуса ракетных двигателей и обтекатели антенн широкополосной антенны. Композитные материалы на его основе обладают превосходной ударопрочностью и пропусканием электромагнитных волн, что значительно снижает вес летательных аппаратов и повышает их безопасность. В оборонной промышленности арамид используется в бронежилетах, шлемах и взрывобезопасных контейнерах, что делает его ведущим материалом для создания облегченных средств защиты нового поколения.
Строительство и транспорт
В строительстве арамидное волокно используется для армирования конструкций и мостовых вант благодаря своей лёгкости, гибкости и коррозионной стойкости. Оно особенно эффективно для армирования нестандартных конструкций. В транспортной отрасли арамидное волокно применяется в производстве кордных тканей для автомобильных и авиационных шин. Шины, армированные арамидом, обладают высокой прочностью, стойкостью к проколам, термостойкостью и длительным сроком службы, что соответствует эксплуатационным требованиям современных высокоскоростных транспортных средств и самолётов.
Электротехническая, электронная и кабельная промышленность
Арамидное волокно находит особенно широкое применение в секторах производства электротехники, электроники, проводов и кабелей, особенно в следующих областях:
Элементы, работающие на растяжение в оптических кабелях: Благодаря высокой прочности на растяжение и модулю упругости арамидное волокно служит в качестве элемента, работающего на растяжение в оптических кабелях связи, защищая деликатные оптические волокна от деформации под действием натяжения и обеспечивая стабильную передачу сигнала.
Армирование кабелей: В кабелях специального назначения, подводных кабелях, силовых кабелях и кабелях, устойчивых к высоким температурам, арамид обычно используется в качестве центрального армирующего элемента или слоя брони. По сравнению с металлическим армированием, арамид обеспечивает превосходную прочность при меньшем весе, значительно повышая прочность кабеля на разрыв и механическую стабильность.
Изоляция и огнестойкость: Арамидные композиты обладают превосходной диэлектрической и термической стабильностью. Они широко используются в кабельной изоляции, огнестойких оболочках и безгалогеновых малодымных оболочках. Арамидная бумага, пропитанная изоляционным лаком, комбинируется с натуральной слюдой для использования в двигателях и трансформаторах, устойчивых к высоким температурам.
Огнестойкие и железнодорожные кабели: Присущая арамидному волокну огнестойкость и термостойкость делают его идеальным для использования в судовых кабелях, железнодорожных кабелях и огнестойких кабелях ядерного класса, где стандарты безопасности являются строгими.
ЭМС и малый вес: отличная электромагнитная прозрачность и низкая диэлектрическая проницаемость арамида делают его пригодным для создания слоев экранирования ЭМИ, радиолокационных обтекателей и компонентов оптоэлектронной интеграции, помогая улучшить электромагнитную совместимость и снизить вес системы.
Другие приложения
Благодаря высокому содержанию ароматических колец арамидное волокно обладает исключительной химической стабильностью и коррозионной стойкостью, что делает его пригодным для производства морских канатов, кабелей для бурения нефтяных скважин и оптических кабелей воздушных линий электропередачи, работающих в суровых условиях. Арамидное волокно также широко используется в производстве высококачественного спортивного инвентаря, защитной экипировки и автомобильных тормозных колодок, а также всё чаще применяется в качестве экологически чистой альтернативы асбесту в герметизации и изоляции, теплоизоляционных панелях и других уплотнительных компонентах, обеспечивая как высокие эксплуатационные характеристики, так и экологическую безопасность.
Время публикации: 31 июля 2025 г.