арамидное волокно, ткань

Арамидное волокно

Арамид – химическое волокно, отличающееся высокими показаниями прочности, стойкостью к высоким температурам, и упругостью. Также имеют повышенную стойкость к воздействию различных химических реагентов. Используется как добавка в композитные материалы и в производстве высокопрочных тканей. Название арамид они получили от английской аббревиатуры слов ароматический полиамид. Высокая прочность материала обеспечивается тем, что молекулы этого вещества имеют одинаковую направленность.

Современный рынок предлагает 3 основных типа арамидных волокон. Они представлены в таблице.

Тип волокна Характерные представители Исходное вещество
Пара-арамиды Тварон, кевлар, СВМ, терлон парафенилендиамин и терефталоилхлорид
Мета-арамиды Номекс, арселон метафенилендиамин и дихлорангидрид изофталевой кислоты
Сополимеры арамидов Кермель Полиамид-имид мета-арамидов

Для мета-арамидов особо характерны высокие прочностные показатели, а пара-арамиды обладают повышенной термостойкостью. Производители текстиля успешно используют эти качества арамидных волокон для выпуска тканей с уникальными защитными свойствами. Арамидное волокно может поставляться в виде порошка, пряжи и тканей.

Виды арамидных тканей

Кевлар

кевларовая тканьВпервые арамидное волокно стало производиться в Америке в 1964 году, фирмой DuPont. Называлось оно кевлар. Его использовали в качестве укрепляющей добавки в композитных материалах. Кевларом армировали кабеля, из него изготавливали кордовые нити в автомобильных шинах. Из смешанных тканей, имеющих в своем составе кевларовое волокно, шили рабочие перчатки, которые нельзя было порезать или проколоть. Военная промышленность нашла применение кевларовому волокну в производстве бронежилетов, касок.

Кевлар способен выдержать высокие температуры, от которых он не плавится. Прочность от воздействия высоких температур уменьшается в зависимости от длительности этого воздействия. Так, если кевларовая ткань будет в продолжении 70 часов подвергаться нагреву до 250 градусов, то она потеряет половину своей прочности. Кратковременные температурные нагрузки на нее не влияют.

Тварон

Тварон ткань


Тварон
по своим свойствам и применению аналогичен кевлару. Производитель – компания  Тейджин Арамид, заводы которой работают в Японии и Нидерландах. Отличные сочетания прочности и небольшого веса, уникальная упругость материала, отсутствие деформаций, химическая инертность, диэлектрические и термостойкие качества дают широкий ряд возможностей его применения.

СВМ

СВМ – Русар и АрмосВ 1970 году в СССР разработали новый синтетический материал, который по своим свойствам схож с кевларом, но отличается составом и превосходит кевлар по некоторым параметрам. Он получил название СВМ – синтетический высокопрочный материал. Российские разработки позволили получить нити второго поколения СВМ – Русар и Армос. Технология мокро-сухой формовки нитей изменила начальные механические показатели материала на несколько порядков. В таблице ниже указаны некоторые физические показатели, которые удалось улучшить.

Показатели Значения
Удельная нагрузка нити на разрыв, сн/текс 240-290
Модуль упругости, ГПа 140-180
Удлинение при разрыве, % 2,6-2.0
Число кручений на 1 м нити 50-100
Прочность нити ГПа 4,5-5,5
Кислородный индекс, % 28-40

Номекс

Из мета-арамидов самым известным является Номекс. Он был выпущен еще в 1961 году компанией DuPont. Эластичный, способный без деформаций выдерживать сверхтяжелые нагрузки, термо- и химически- стойкий материал выпускается в виде бумаги, ткани, нитей. По прочности он несколько уступает Кевлару, однако стойкость на изгиб у Номекса выше показателей Кевлара в 3 раза.

Номекс не плавится, при температуре выше 370 градусов обугливается. По рекомендациям производителей диапазон температуры эксплуатации Номекса не должен превышать 200 градусов.

Применяется для фильтрации горячих газов, в производстве фильтровальных мешков для асфальтовых смесей, спецодежды для защиты от высоких температур, в изоляции электрических кабелей и двигателей, в авиации и судостроении.

Основные свойства термостойких волокон и нитей

Волокна(нити) Плотность, г/см5 Модуль деформа­ции, ГПа Проч­ность, сН/текс Удлинение при разрыве, % Сохранение прочности, % Влажность при нормальных условиях, %
При 300оС  После нагрева при 300оС/100ч
м-Арзмидные волокна (фенилом, «смете, конекс) 1.37—1.38 8-20 40-50 15—30 40-50 60-70 4—5
Полиамидоимидные волок­на (гермель) 1.34-1.35 5-9 35-60 10-25 3-3.5
Полиимидныеволокио/нить (аримид кантон, Р-84) 1.41—1.45 9-15 40-45 50 — 80 15-20 6 — 12 50-60 70-80 85 — 90 3 — 6
Полибензимидазольные волокна (P8I) 1.40—1.41 7-15 30-40 10-20 60-80 40-345 10-15
Полиамидобензимидазольные волокна 1,43—1,45 30-45 20—30 12—15
Полиоксазольные волокно/нить (океаном) 1.42—1.44 5-25 30-40 25-40 40-60 6-10 4-8 40-60 75-95 60-85 6-10 3-5
Полулестничные нити (ВВ8, лола) 1.4—1.5 30—45 35-45 3-6 65-80 95—100 3-6
Дегидрированные полиак­рилонитрильные волокна 1.37—1.4 7-10 20-25 15-22

Арселон

АрселонРоссийский аналог Номекса – Арселон – начали выпускать в СССР в г. Светлогорск в семидесятых годах прошлого века. После развала союза предприятие отошло к Беларуси, где производство сохранено до наших дней. Пряжа, техническая ткань , нити и волокна Арселон  могут работать при +250оС, а кратковременно способны выдержать +400оС. По долговечности превышает брезентовую ткань. Эластичный, легкий, химически устойчивый, не плавится и не горит. Хороший диэлектрик. Используется в производстве спецодежды для металлургов, сварщиков, пожарных. Терморукавицы из арселона самые надежные. Из композитных материалов с арселоном выполняют обивку салонов самолетов и отделку вагонов в поездах.

Кермель

Кермель уникальная арамидная ткань, которая используется преимущественно в армейском оснащении. Производство начато более полувека назад во Франции. Волокна материала имеют блеск, а поверхность гладкая. Высокий показатель удлинения при разрыве ткани, который составляет 19 процентов, выше показателей стали. Ткань мягкая, удобная для ношения на теле. Окрашивают в нитях, поэтому цвет ткани хорошо сохраняется и не теряет яркости. Огнестойкий. Используется для производства нательного трикотажа, защитной одежды для работников горячих цехов. Также из нее делают канаты особой прочности, изолируют кабели.

Строение арамидных тканей

От структуры полотна и физических характеристик материала зависит качество ткани. Важное значение имеет плотность переплетения, направление нитей, количество слоев. Из арамидных нитей ткани можно изготавливать на ткацких станках. В их производстве применяют следующие плетения нитей:

  • полотняное
  • атласное
  • саржевое
  • вафельное
  • трикотажное

Для увеличения защитных свойств ткани, особенно баллистических, используют многослойное строение. При этом направление нитей в каждом слое разное, а верхние слои зачастую изготовлены нетканым способом.

Технические характеристики арамидных тканей

Арамидные ткани отличаются по своим характеристикам от обычных. Они не горят, не плавятся. По прочности они на несколько порядков выше стали, а вес их меньше. В условиях высоких температур сохраняют свои защитные свойства, а при отрицательных значениях даже усиливают.

Линейная плотность ткани указывает на количество поперечных и продольных волокон на 1 квадратный сантиметр материала. В зависимости от вида плетения она различна. Общая плотность – отношение массы и объема. Плотность арамидных волокон невысока, вес 1 кубика с ребром в 10 см составляет чуть меньше 1.5 кг. Прочность на разрыв от 200 до 600 кг на 1 мм.

Сфера применения арамидных тканей

Сфера применения арамидных тканей

Благодаря высокой стойкости и прочности ткани из арамидных волокон нашли очень широкое применение. Армирование шин было изначально основным видом использования арамидных нитей и тканей. До настоящего времени не придумали ничего более надежного и применение их в этих целях продолжается.

Композитные материалы на основе арамидных волокон отлично зарекомендовали себя в самолетостроении, в строительстве корабельных судов и в космических технологиях.  Одежда для горячих производств немыслима без использования арамидных тканей. Спецодежда, спортивные костюмы, изготовление сверхпрочных и легких тросов и канатов, оплетка кабелей, изоляция электродвигателей – наверное, все перечислить невозможно. Границы использования этих чудо-тканей постоянно расширяются. Особую гордость производителей вызывает применение арамида в изготовлении бронежилетов и касок. Использование российской ткани Русар для этих целей на настоящий момент признано самым лучшим в мировой практике.

Недостатки

Из недостатков данных тканей самые серьезные это высокая стоимость, быстрое старение и зависимость от намокания в воде, которая ведет к потере механической прочности. Последние разработки производителей и новые технологии позволяют увеличить срок службы и зависимость от воды.

Арамиды разрушаются под воздействием солнечных лучей, ультрафиолет уменьшает его прочность. Поэтому предприятия, выпускающие арамидные полотна, пропитывают их специальными составами, помогающими избавиться от этих недостатков.

Как работать с арамидными тканями

Столь прочный материал требует специального инструмента для работы с ним. Композитные пластики на основе арамидных добавок и плотные утолщенные ткани раскраивают с помощью лазера или алмазного режущего инструмента – дисковых пил и кольцевых сверл с напылением. При пошиве одежды из арамидных тканей, раскрой можно сделать с помощью ножниц. Только ножницы эти должны быть специальные, именно для работы с волокнами арамида.

Эти ножницы отличаются от обычных специальным усиливающим покрытием лезвий и наличием микрозубцов на одном из них. Покрытие стойкое к химическим соединениям, не реагирует на ультрафиолетовое излучение и обеспечивает защиту лезвий от абразивного износа. Состав покрытия обеспечивает хорошее скольжение и ножницы легко и плавно режут прочный материал.

Сшивают арамидные ткани кевларовыми нитками, имеющие высокие прочностные и огнестойкие характеристики. Для машинной строчки подбирают иглы размером 140-160, но не обычные, а те, что используют при шитье трикотажа, кожи или джинсы. Для ручного шитья необходимо выбирать прочные иглы из закаленной стали. Чтобы предотвратить осыпание краев, их можно защитить клеевой лентой – обжечь не получится, поскольку материал не плавится.

Свойства арамидных волокон поражают воображение. Но природа удивляет нас еще больше. Так, к примеру, нить, которую прядет золотой паук, превышает прочность арамидных нитей. А в Израиле ученые разработали наноматериал органического происхождения, который по своей структуре напоминает бляшки в мозге больных Альцгеймером.  Невероятные возможности нового материала открывают безграничные возможности применения.