الیاف آرامید | هوافضای جوان

الیاف آرامید

آرامید اصطلاحی کلی برای پلی آمیدهای حلقوی است، به طور کلی میتوان گفت آرامیدها دارای مقاومت شیمیایی بیشتر، پایداری حرارتی بهتر، دمای انتقال شیشه و نقطه ذوب بالاتری نسبت به پلی آمیدهای آلیفاتیک هستند، بعلاوه استحکام کششی و مدول بالاتری را نیز نسبت به پلی آمیدهای آلیفاتیک دارا می باشند. نوی از الیاف آرامید با نام پارا آرامید که نوعی آرامید قوی و سبک است با عنوان تجاری کِولار شناخته می شوند. نومکس نیز محصول دیگری از خانواده آرامید می باشد که مقاومت حرارتی بسیار بالایی دارد. در ادامه با کِولار بیشتر آشنا خواهید شد.

پلیمرهای آرامیدی با خصوصیاتی چون نقطه ذوب بالا، پایداری حرارتی عالی، مقاومت در برابر شعله، غیر قابل حل بودن در بسیاری از حلالهای آلی و غیر آلی شناخته می شوند ر مجموع پلیمرهای استخلاف نشده (آروماتیک) دانسیته ای بین ۱.۴۳ تا ۱.۴۶ دارند در حالیکه انواع دیگر دارای دانسیته کمتر در حدود ۱.۴ تا ۱.۲ می باشند. دلیل آنکه از میان الیاف آرامید تاکنون تعداد کمی به تولید تجاری رسیده اند بخاطر دلایل تکنولوژیک و اقتصادی می باشد. از بُعد تکنیکی، مهمترین فاکتور میزان خواص لیف است که بوسیله پارامترهایی چون نوع پلیمر مصرفی، جرم ملکولی پلیمر، روش تولید لیف و غیره کنترل می شود. از بعد اقتصادی نیز مسائلی چون تهیه منومر، مخارج سرمایه گذاری برای تولید و غیره مطرح است. در حاضر مهمترین الیاف آرامیدی که به صورت تجاری در دسترس هستند kevlar از شرکت Du pont امریکا، Twaron از شرکت Akzo هلند و Technora از شرکت Teijin ژاپن هستند که  معروفترین آنها kevlar می باشد.

الیاف کولار که به رنگ زرد می باشند

رول پارچه کولار

روش ساخت کولار

کولار حاصل از واکنش پلیمریزاسیون تراکمی پارافنیلن دی آمین (PPD) و تترافتالوئیل کلراید (Tcl) در یک حلال دی آلکیل آمید است. پلیمر PPTA حاصل از واکنش فوق در آب رسوب داده شده و بعد از جمع آوری شسته و خشک می شود. پلیمر PPTA در بیشتر حلالها غیر محلول می باشد اما در اسیدهای قوی مانند سولفوریک اسید حل می شود. الیاف آرامید و از جمله PPTA جزء پلیمرهای کریستال مایع می باشد زیرا در بالای غلظت خاصی در حلال، ملکولهای سخت و میله ای شکل آنها در کنار هم قرار میگیرند و تشکیل نواحی منظم کریستالی را می دهد که بطور اتفاقی نسبت به یکدیگر در حلال قرار گرفته اند. بعد از خروج آب و فرآیندهای دیگر مانند شستشو و خشک کردن الیافی با ملکولهای بسیار آرایش یافته بدست می آید.

الیاف حاصل از این مرحله می تواند تحت رژیمهای حرارتی متفاوت و تنشهای بالا اصلاح حرارتی شوند تا درجه کریستالی آنها بالا رود و بسته به نوع این اصلاح حرارتی انواع مختلفی از کولار بدست آید مانند Kevlar149 ، Kerlar49 ، Kevlar29  و غیره. الیاف PPTA خواصی غیر ایزوتروپیک (غیرهمگون) دارند زیرا ملکولهای آن در صفحاتی مسطح آرایش یافته اند بطوریکه ملکولها در جهت الیاف دارای پیوندهای کووالانسی و در جهت عمود بر جهت الیاف پیوند ضعیفتر هیدروژنی را دارا هستند.

خصوصیات الیاف آرامید

مهمترین خصوصیات الیاف آرامید را می توان به شرح ذیل خلاصه کرد:

  • الیاف آرامید خواص غیر ایزوتروپیک دارند یعنی خواص آنها تابع جهت می باشد.
  • این الیاف به خاطر اینکه بسیار جهت یافته هستند، دارای کریستالینیتی زیادی هستند.
  • استحکام کششی الیاف آرامید بطور عمومی بیش از ۱.۵ برابر الیاف شیشه می باشد.
  • در اثر افزایش درجه حرارت دچار کاهش در استحکام و مدول می شود.
  • در دمای محیط، رطوبت اثر کمی بر الیاف آرامید دارد و بنظر می رسد که نهایتا باعث هیدرولیز آن میشود.
  • نور ماوراء بنفش اثر تخریبی بر الیاف آرامیدی دارد که میزان تخریب به ضخامت ماده (لیف) بستگی دارد.
  • بیشتر حلالهای آلی تأثیر کمی بر آرامید داشته ولی اسیدها و بازهای قوی در دماهای بالا و یا انتهای زیاد و بر روی الیاف مذکور اثرات مخرب دارند.
  • در حال حاضر تنها دو نوع الیاف آرامید تجاری وجود دارد. این دو نوع عبارتند از کولار ۲۹ و کولار ۴۹ که هر دو متعلق به شرکت دوپوینت می باشند.
  • در این الیاف پیوندها در طول الیاف بسیار محکم و در عرض آنها ضعیف می باشد.

از مهمترین ویژگیهای این الیاف می توان به سبکی وزن، مقاومت کششی بالا و ارزان قیمت بودن اشاره نمود. در اینجا ذکر این نکته لازم بنظر می رسد که مدول کششی کولار ۴۹ تقریبا دو برابر ۲۹ می باشد. دانسیته الیاف کولار بسیار کمتر از شیشه و قدری کمتر از الیاف کربن و گرافیت می باشد.

خواص کامپوزیتهای آرامید

هر دو نوع کولار را می توان با ماتریسهای پلیمری در کامپوزیتها بکار برد. معمولا بسته به نوع مصرف این الیاف را می توان با ماتریسهای اپوکسی (بویژه با کولار ۴۹)، پلی استرو وینیل استر بکار برد. از مهمترین کاربردهای این الیاف می توان به ساخت کابل اشاره نمود. کابلهای کولار دارای بالاترین نسبت مقاومت به وزن بوده و بالاخص بجای کابلهای فولادی مورد استفاده واقع می گردند.

از دیگر کاربردهای آن علاوه بر استفاده در صنایع هوایی می توان به ساخت مخازن توسط تکنیک پیچش نوار (در قسمت ساخت این تکنیک را توضیح خواهیم داد) اشاره نمود. از کولار در ساخت پوسته موتور راکتها، وسایل ورزشی و بسیاری مواد تجاری دیگر نیز می توان استفاده کرد. ساختار شیمیایی الیاف آرامید بر پایه واحدهای آروماتیک جهت داده شده است که صلبیت زیاد و شکل میله ای پلیمر را باعث می شود. بعلت سختی زیاد زنجیرها، دمای انتقال شیشه ای (Tg) در این پلیمرها بالا بوده و حلالیت آنها نیز بسیار پائین است، در نتیجه تبدیل این پلیمرها به الیاف با استفاده از روشهای مرسوم بسیار مشکل یا غیرممکن است. بعلت ساختار خاص این الیاف مدول برشی الیاف در جهت طولی و استحکام الیاف در برابر نیروهای فشاری کاهش یافته لذا امکان استفاده از آنها در برابر نیروهای فشاری کاهش می یابد. به این دلیل استفاده از الیاف کولار در مواردی که نیروهای فشاری بر کامپوزیت اعمال می شود، مناسب نیست.

خواص و کاربرد الیاف آرامید

الیاف آرامید از نوع کولار خواص و کاربردهای مفیدی دارند. سه کاربرد عمده آن عبارتند از :

۱-کولار – برای تقویت تایر و قطعات لاستیکی.

۲۔ کولار ۲۹ – برای تهیه طناب، کابل و پارچه های ویژه جهت مصرف در لباسهای مقاوم در برابر گرما و جلیقه های ضد گلوله، زره و …

جلیقه ضد گلوله ساخته شده از الیاف کولار

۳-کولار ۴۹ – برای تقویت رزینهای اپوکسی پلی استر و سایر رزینها جهت مصرف در صنایع هوافضایی و ….

سطح و خواص مکانیکی الیاف پلیمری از جمله کولار در برابر پرتوهای فرابنفش تاثیر پذیرند اما پوشش دهی سطح کامپوزیتهای کولاری توسط مواد جذب کننده نور این مشکل را برطرف می کند.

الیاف کولار می تواند در کنار الیاف کربن، ساختار جدیدی را بوجود آورد که در ساخت بسیاری از قطعات با کاربری خاص از آن استفاده می شود.

پارچه کربن – کولار

 


 

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفا معادله امنیتی را وارد کنید. * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.