Fibra aramidă, prescurtare de la fibră aromatică de poliamidă, este listată printre cele patru fibre de înaltă performanță prioritizate pentru dezvoltare în China, alături de fibra de carbon, fibra de polietilenă cu greutate moleculară ultra-înaltă (UHMWPE) și fibra de bazalt. La fel ca nailonul obișnuit, fibra aramidă aparține familiei fibrelor poliamidice, cu legături amidice în lanțul molecular principal. Diferența cheie constă în legătură: legăturile amidice ale nailonului sunt conectate la grupări alifatice, în timp ce cele ale aramidei sunt conjugate cu inele benzenice. Această structură moleculară specială conferă fibrei aramidice o rezistență axială extrem de mare (>20cN/dtex) și un modul de elasticitate (>500GPa), ceea ce o face materialul preferat pentru armarea cablurilor de înaltă calitate.
Tipuri de fibre de aramidă
Fibră de aramidăinclude în principal fibre poliamidice complet aromatice și fibre poliamidice heterociclice aromatice, care pot fi clasificate în continuare în orto-aramidă, para-aramidă (PPTA) și meta-aramidă (PMTA). Printre acestea, meta-aramida și para-aramida sunt cele care au fost industrializate. Din perspectiva structurii moleculare, principala diferență dintre cele două constă în poziția atomului de carbon în inelul benzenic de care este atașată legătura amidică. Această diferență structurală duce la diferențe semnificative în ceea ce privește proprietățile mecanice și stabilitatea termică.
Para-Aramidă
Para-aramida, sau poli(p-fenilen tereftalamida) (PPTA), cunoscută și în China sub numele de Aramid 1414, este un polimer liniar înalt, cu peste 85% din legăturile sale amidice legate direct de inele aromatice. Cele mai reușite produse para-aramidice comercial sunt Kevlar® de la DuPont și Twaron® de la Teijin, care domină piața globală. A fost prima fibră produsă vreodată folosind o soluție de filare polimerică cristalină lichidă, inaugurând o nouă eră a fibrelor sintetice de înaltă performanță. În ceea ce privește proprietățile mecanice, rezistența sa la tracțiune poate ajunge la 3,0–3,6 GPa, modulul de elasticitate 70–170 GPa și alungirea la rupere 2–4%. Aceste caracteristici excepționale îi conferă avantaje de neînlocuit în armarea cablurilor optice, protecția balistică și alte domenii.
Meta-Aramidă
Meta-aramida sau poli(m-fenilen izoftalamida) (PMTA), cunoscută și în China sub numele de Aramid 1313, este o fibră organică de top rezistentă la temperaturi ridicate. Structura sa moleculară constă din grupări amidice care leagă inele meta-fenilen, formând un lanț liniar în zig-zag, stabilizat prin legături puternice de hidrogen intermoleculare într-o rețea 3D. Această structură conferă fibrei o excelentă ignifugare, stabilitate termică și rezistență la radiații. Un produs tipic este Nomex® de la DuPont, cu un indice limită de oxigen (LOI) de 28–32, o temperatură de tranziție vitroasă de aproximativ 275°C și o temperatură de funcționare continuă peste 200°C, ceea ce o face utilizată pe scară largă în cabluri rezistente la foc și materiale izolatoare la temperaturi ridicate.
Proprietăți remarcabile ale fibrei de aramidă
Fibra de aramidă oferă rezistență ultra-înaltă, modul ridicat, rezistență la căldură, rezistență la acizi și alcali, greutate redusă, izolație, rezistență la îmbătrânire, ciclu de viață lung, stabilitate chimică, fără picături topite în timpul arderii și emisii de gaze non-toxice. Din perspectiva aplicațiilor pentru cabluri, para-aramida depășește meta-aramida în ceea ce privește rezistența termică, cu un interval de temperatură de funcționare continuă de la -196 la 204°C și fără descompunere sau topire la 500°C. Printre cele mai notabile proprietăți ale para-aramidei se numără rezistența ultra-înaltă, modulul ridicat, rezistența la căldură, rezistența chimică și densitatea redusă. Rezistența sa depășește 25 g/dtex - de 5 până la 6 ori mai mare decât cea a oțelului de înaltă calitate, de 3 ori mai mare decât cea a fibrei de sticlă și de două ori mai mare decât cea a firului industrial de nailon de înaltă rezistență. Modulul său este de 2-3 ori mai mare decât cel al oțelului sau fibrei de sticlă și de 10 ori mai mare decât cel al nailonului de înaltă rezistență. Este de două ori mai rezistentă decât sârma de oțel și cântărește doar aproximativ 1/5 din greutate, ceea ce o face deosebit de potrivită pentru utilizarea ca armătură în cabluri optice, cabluri submarine și alte tipuri de cabluri de înaltă calitate.
Proprietățile mecanice ale fibrei de aramidă
Meta-aramida este un polimer flexibil cu o rezistență la rupere mai mare decât poliesterul, bumbacul sau nailonul obișnuit. Are o rată de alungire ridicată, o senzație tactilă moale, o filabilitate bună și poate fi produs în fibre scurte sau filamente de diferite denieruri. Poate fi filat în țesături și materiale nețesute folosind mașini textile standard și prelucrat pentru a satisface nevoile de îmbrăcăminte de protecție ale diverselor industrii. În izolația electrică, proprietățile ignifuge și rezistente la căldură ale meta-aramidei ies în evidență. Cu un LOI mai mare de 28, nu va continua să ardă după ce părăsește flacăra. Rezistența sa la flacără este intrinsecă structurii sale chimice, ceea ce o face permanent ignifugă - rezistentă la pierderea de performanță din cauza spălării sau a utilizării pe termen lung. Meta-aramida are o stabilitate termică excelentă, cu utilizare continuă la 205°C și o menținere puternică a rezistenței chiar și la temperaturi peste 205°C. Temperatura sa de descompunere este ridicată și nu se topește și nu picură la temperaturi ridicate, începând să se carbonizeze abia peste 370°C. Aceste proprietăți o fac ideală pentru izolarea și armarea cablurilor rezistente la temperaturi ridicate sau la foc.
Stabilitatea chimică a fibrei de aramidă
Meta-aramida are o rezistență excelentă la majoritatea substanțelor chimice și la acizi anorganici concentrați, deși este sensibilă la acizii sulfuric și nitric concentrați. De asemenea, are o bună rezistență la alcali la temperatura camerei.
Rezistența la radiații a fibrei de aramidă
Meta-aramida prezintă o rezistență excepțională la radiații. De exemplu, sub expunere prelungită la lumină ultravioletă de 1,2×10⁻² W/cm² și raze gamma de 1,72×10⁸ radiați, rezistența sa rămâne neschimbată. Această rezistență remarcabilă la radiații o face deosebit de potrivită pentru cablurile utilizate în centralele nucleare și navele spațiale.
Durabilitatea fibrei de aramidă
Meta-aramida prezintă, de asemenea, o rezistență excelentă la abraziune și substanțe chimice. După 100 de spălări, materialul fabricat din meta-aramidă produsă pe plan intern își păstrează peste 85% din rezistența inițială la rupere. În aplicațiile cu cabluri, această durabilitate asigură stabilitatea performanței mecanice și electrice pe termen lung.
Aplicații ale fibrei de aramidă
Fibra de aramidă este utilizată pe scară largă în industria aerospațială, auto, electromecanică, de construcții și sportivă din China datorită proprietăților sale mecanice excelente, rezistenței la temperaturi ridicate și stabilității chimice. Este considerată un material cheie pentru dezvoltarea viitoare a industriilor de înaltă performanță. În special, aramida joacă un rol de neînlocuit în domeniile cablurilor optice de comunicații, cablurilor de alimentare, cablurilor rezistente la temperaturi ridicate, cablurilor submarine și cablurilor speciale.
Domenii aerospațiale și militare
Fibra de aramidă se caracterizează prin densitate redusă, rezistență ridicată și o rezistență excelentă la coroziune. Este utilizată pe scară largă în componentele structurale ale vehiculelor aerospațiale, cum ar fi carcasele motoarelor de rachetă și structurile radomurilor în bandă largă. Materialele sale compozite prezintă o rezistență excelentă la impact și transparență a undelor electromagnetice, reducând semnificativ greutatea aeronavelor și sporind siguranța. În sectorul apărării, aramida este utilizată în veste antiglonț, căști și containere rezistente la explozii, ceea ce o face un material de top pentru următoarea generație de protecție militară ușoară.
Domeniile construcțiilor și transporturilor
În industria construcțiilor, fibra de aramidă este utilizată pentru armarea structurală și a sistemelor de cabluri pentru poduri datorită greutății reduse, flexibilității și rezistenței sale la coroziune. Este deosebit de eficientă în armarea structurilor neregulate. În transport, aramida este utilizată în țesăturile pentru cabluri de anvelope pentru automobile și aeronave. Anvelopele armate cu aramidă oferă rezistență ridicată, rezistență la perforare, rezistență la căldură și durată lungă de viață, îndeplinind cerințele de performanță ale vehiculelor și aeronavelor moderne de mare viteză.
Industria electrică, electronică și de cabluri
Fibra de aramidă are aplicații deosebit de importante în sectoarele electrice, electronice și de fabricație a cablurilor, în special în următoarele domenii:
Elemente de tracțiune în cablurile optice: Cu o rezistență la tracțiune și un modul de elasticitate ridicate, fibra de aramidă servește ca element de tracțiune în cablurile optice de comunicații, protejând fibrele optice delicate de deformare sub tensiune și asigurând o transmisie stabilă a semnalului.
Armături în cabluri: În cablurile speciale, cablurile submarine, cablurile de energie și cablurile rezistente la temperaturi ridicate, aramida este utilizată în mod obișnuit ca element central de armătură sau strat de armătură. Comparativ cu armăturile metalice, aramida oferă o rezistență superioară la o greutate mai mică, sporind considerabil rezistența la tracțiune a cablului și stabilitatea mecanică.
Izolație și rezistență la flacără: Compozitele aramidice posedă o stabilitate dielectrică și termică excelentă. Sunt utilizate pe scară largă în straturile de izolație pentru cabluri, în mantalele ignifuge și în învelișurile fără halogeni cu emisii reduse de fum. Hârtia aramidă, după ce este impregnată cu lac izolator, este combinată cu mică naturală pentru a fi utilizată în motoare și transformatoare rezistente la temperaturi ridicate.
Cabluri rezistente la foc și pentru transport feroviar: Rezistența inerentă la flacără și toleranța la căldură a fibrei de aramidă o fac ideală pentru utilizarea în cabluri pentru nave, cabluri pentru transport feroviar și cabluri rezistente la foc de grad nuclear, unde standardele de siguranță sunt stricte.
EMC și greutate redusă: Transparența electromagnetică excelentă a aramidei și constanta dielectrică scăzută o fac potrivită pentru straturi de ecranare EMI, radomuri radar și componente de integrare optoelectronice, contribuind la îmbunătățirea compatibilității electromagnetice și la reducerea greutății sistemului.
Alte aplicații
Datorită conținutului ridicat de inele aromatice, fibra de aramidă oferă o stabilitate chimică și o rezistență la coroziune remarcabile, fiind potrivită pentru cabluri marine, cabluri de foraj petrolier și cabluri optice de transmisie aeriene în medii dure. De asemenea, este utilizată pe scară largă în echipamente sportive premium, echipamente de protecție și plăcuțe de frână auto și este adoptată din ce în ce mai mult ca o alternativă ecologică la azbest în aplicații de etanșare și izolare, panouri de izolație termică și alte componente de etanșare, asigurând atât performanța, cât și siguranța mediului.
Data publicării: 31 iulie 2025