Арамидное волокно, сокращенно ароматическое полиамидное волокно, входит в число четырех высокоэффективных волокон, приоритетных для разработки в Китае, наряду с углеродным волокном, сверхвысокомолекулярным полиэтиленом (СВМПЭ) и базальтовым волокном. Как и обычный нейлон, арамидное волокно относится к семейству полиамидных волокон, в основной молекулярной цепи которых находятся амидные связи. Ключевое различие заключается в способе связывания: амидные связи нейлона соединены с алифатическими группами, тогда как у арамида они сопряжены с бензольными кольцами. Эта особая молекулярная структура придает арамидному волокну чрезвычайно высокую осевую прочность (>20 сН/дтекс) и модуль упругости (>500 ГПа), что делает его предпочтительным материалом для армирования высококачественных кабелей.
Виды арамидного волокна
Арамидное волокноВ основном это полностью ароматические полиамидные волокна и гетероциклические ароматические полиамидные волокна, которые, в свою очередь, можно разделить на орто-арамиды, пара-арамиды (PPTA) и мета-арамиды (PMTA). Среди них мета-арамиды и пара-арамиды получили промышленное применение. 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 существенным различиям в механических свойствах и термической стабильности.
Пара-арамид
Пара-арамид, или поли(п-фенилентерефталамид) (ППТА), также известный в Китае как арамид 1414, представляет собой линейный высокополимер, более 85% амидных связей которого непосредственно связаны с ароматическими кольцами. Наиболее коммерчески успешными продуктами на основе пара-арамида являются кевлар® компании DuPont и тварон® компании Teijin, которые доминируют на мировом рынке. Это было первое волокно, произведенное с использованием жидкокристаллического полимерного раствора для прядения, положившее начало новой эре высокоэффективных синтетических волокон. С точки зрения механических свойств, его прочность на разрыв может достигать 3,0–3,6 ГПа, модуль упругости 70–170 ГПа, а 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 высокотемпературным органическим волокном. Его молекулярная структура состоит из амидных групп, связывающих мета-фениленовые кольца, образуя зигзагообразную линейную цепь, стабилизированную сильными межмолекулярными водородными связями в трехмерной сети. Эта структура наделяет волокно превосходной огнестойкостью, термической стабильностью и радиационной стойкостью. Типичным продуктом является Nomex® компании DuPont, имеющий предельный кислородный индекс (LOI) 28–32, температуру стеклования около 275 °C и рабочую температуру выше 200 °C, что делает его широко используемым в огнестойких кабелях и высокотемпературных изоляционных материалах.
Выдающиеся свойства арамидного волокна
Арамидное волокно обладает сверхвысокой прочностью, высоким модулем упругости, термостойкостью, кислото- и щелочестойкостью, малым весом, изоляционными свойствами, устойчивостью к старению, длительным сроком службы, химической стабильностью, отсутствием расплавленных капель при горении и нетоксичными газовыми выбросами. С точки зрения применения в кабелях, пара-арамид превосходит мета-арамид по термостойкости, имея диапазон рабочих температур от -196 до 204°C и отсутствие разложения или плавления при 500°C. Наиболее примечательными свойствами пара-арамида являются сверхвысокая прочность, высокий модуль упругости, термостойкость, химическая стойкость и низкая плотность. Его прочность превышает 25 г/дтекс — в 5–6 раз выше, чем у высококачественной стали, в 3 раза выше, чем у стекловолокна, и в два раза выше, чем у высокопрочной нейлоновой промышленной пряжи. Его модуль упругости в 2–3 раза выше, чем у стали или стекловолокна, и в 10 раз выше, чем у высокопрочного нейлона. Она вдвое прочнее стальной проволоки и весит всего около 1/5 от неё, что делает её особенно подходящей для использования в качестве армирующего материала в оптических кабелях, подводных кабелях и других высококачественных типах кабелей.
Механические свойства арамидного волокна
Мета-арамид — это гибкий полимер с прочностью на разрыв выше, чем у обычного полиэстера, хлопка или нейлона. Он обладает высокой степенью удлинения, мягкостью на ощупь, хорошей прядимостью и может быть переработан в короткие волокна или нити различной плотности. Из него можно изготавливать ткани и нетканые материалы с использованием стандартного текстильного оборудования, а также обрабатывать для удовлетворения потребностей различных отраслей промышленности в защитной одежде. В электроизоляции особенно выделяются огнестойкие и термостойкие свойства мета-арамида. С показателем LOI более 28 он не продолжает гореть после выхода из пламени. Его огнестойкость обусловлена химической структурой, что делает его постоянно огнестойким — устойчивым к потере характеристик из-за стирки или длительного использования. Мета-арамид обладает превосходной термической стабильностью, обеспечивая непрерывное использование при 205°C и сохранение прочности даже при температурах выше 205°C. Температура его разложения высока, он не плавится и не капает при высоких температурах, начиная карбонизацию только при температуре выше 370°C. Эти свойства делают его идеальным материалом для изоляции и усиления в высокотемпературных или огнестойких кабелях.
Химическая стабильность арамидного волокна
Мета-арамид обладает превосходной устойчивостью к большинству химических веществ и концентрированным неорганическим кислотам, хотя и чувствителен к концентрированным серным и азотным кислотам. Он также обладает хорошей щелочестойкостью 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 остается неизменной. Эта выдающаяся радиационная стойкость делает его особенно подходящим для кабелей, используемых на атомных электростанциях и в космических аппаратах.
Долговечность арамидного волокна
Мета-арамид также демонстрирует превосходную износостойкость и химическую стойкость. После 100 стирок ткань из мета-арамида отечественного производства сохраняет более 85% своей первоначальной прочности на разрыв. В кабельной промышленности эта долговечность обеспечивает долговременную стабильность механических и электрических характеристик.
Применение арамидного волокна
Арамидное волокно широко используется в китайской аэрокосмической, автомобильной, электромеханической, строительной и спортивной отраслях благодаря своим превосходным механическим свойствам, термостойкости и химической стабильности. Оно рассматривается как ключевой материал для будущего развития высокотехнологичных отраслей промышленности. В частности, арамид играет незаменимую роль в производстве оптических кабелей связи, силовых кабелей, термостойких кабелей, подводных кабелей и специальных кабелей.
Аэрокосмическая и военная отрасли
Арамидное волокно отличается низкой плотностью, высокой прочностью и превосходной коррозионной стойкостью. Оно широко применяется в конструкционных элементах аэрокосмических аппаратов, таких как корпуса ракетных двигателей и конструкции широкополосных радиолокационных обтекателей. Композитные материалы на его основе обладают превосходной ударопрочностью и прозрачностью для электромагнитных волн, что значительно снижает вес летательных аппаратов и повышает безопасность. В оборонной промышленности арамид используется в бронежилетах, шлемах и взрывозащищенных контейнерах, что делает его ведущим материалом для следующего поколения легкой военной защиты.
Строительная и транспортная отрасли
В строительной отрасли арамидное волокно используется для усиления конструкций и в системах мостовых тросов благодаря своей легкости, гибкости и коррозионной стойкости. Оно особенно эффективно для усиления нестандартных конструкций. В транспортной отрасли арамид применяется в кордовых тканях для автомобильных и авиационных шин. Арамидные шины обладают высокой прочностью, устойчивостью к проколам, термостойкостью и длительным сроком службы, отвечая требованиям современных высокоскоростных транспортных средств и самолетов.
Электротехническая, электронная и кабельная промышленность
Арамидное волокно находит особенно широкое применение в электротехнической, электронной промышленности, а также в производстве проводов и кабелей, в частности, в следующих областях:
Растягивающие элементы в оптических кабелях: Благодаря высокой прочности на разрыв и модулю упругости, арамидное волокно служит растягивающим элементом в коммуникационных оптических кабелях, защищая тонкие оптические волокна от деформации под натяжением и обеспечивая стабильную передачу сигнала.
Армирование кабелей: В специальных кабелях, подводных кабелях, силовых кабелях и высокотемпературных кабелях арамид обычно используется в качестве центрального армирующего элемента или броневого слоя. По сравнению с металлическим армированием, арамид обеспечивает превосходную прочность при меньшем весе, значительно повышая прочность кабеля на растяжение и механическую стабильность.
Изоляционные и огнестойкие свойства: Арамидные композиты обладают превосходной диэлектрической и термической стабильностью. Они широко используются в изоляционных слоях кабелей, огнестойких оболочках и безгалогенных низкодымных оболочках. Арамидная бумага, после пропитки изоляционным лаком, в сочетании с природной слюдой используется в высокотемпературных двигателях и трансформаторах.
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 действуют строгие стандарты безопасности.
Электромагнитная совместимость и снижение веса: Превосходная электромагнитная прозрачность арамида и низкая диэлектрическая постоянная делают его подходящим для экранирующих слоев от электромагнитных помех, обтекателей радаров и оптоэлектронных компонентов, способствуя улучшению электромагнитной совместимости и снижению веса системы.
Другие приложения
Благодаря высокому содержанию ароматических колец, арамидное волокно обладает выдающейся химической стабильностью и коррозионной стойкостью, что делает его пригодным для морских канатов, буровых кабелей и воздушных оптических кабелей передачи в суровых условиях. Оно также широко используется в высококачественном спортивном оборудовании, защитной экипировке и автомобильных тормозных колодках, и все чаще применяется в качестве экологически чистой альтернативы асбесту в уплотнительных и изоляционных материалах, теплоизоляционных панелях и других уплотнительных компонентах, обеспечивая как эксплуатационные характеристики, так и экологическую безопасность.
Дата публикации: 31 июля 2025 г.