Арамидная ткань — описание состава, свойств, сфер применения
Арамид – полимерный материл, который находит самое разнообразное применение. Его используют в композиционных материалах, в виде армирующего волокна, а костюм из арамидной ткани делает его владельца буквально неуязвимым.
Каски, бронежилеты, комбинезоны – все эти предметы на основе арамида способны защитить от пуль и огня, их носят летчики – испытатели, военные, сталевары, пожарные и другие представители опасных профессий.
Описание материала
Арамид это сокращенное название словосочетания “ароматический полиамид”. Само волокно является полимером. Главными преимуществами материала являются сверхпрочность и высокий уровень устойчивости к механическому воздействию. Широкое применение арамидная ткань получила благодаря своей выдающейся термостойкости.
Пара-арамиды
Наиболее известные в мире пара-арамиды производятся под торговыми марками Kevlar® (DuPont) и Twaron® (Akzo/Acordis) из парафенилендиамина и терефталоилхлорида в растворе N-метилпирролидона/хлористого кальция.. Серийно производимые волокна Kevlar® 29, Kevlar® 49, Kevlar® 149 имеют прогрессивно высокую ориентацию полимерных молекул и обладают высокой кристалличностью, благодаря чему отличаются большим модулем упругости и прочностью до разрыва (до 260 сН/текс). Арамидные волокна не уступают по прочности стали, при этом в пять раз легче, чем сталь. Это обуславливает основное применение пара-арамидов в качестве корда для шин, а также для изготовления облегченных баллистических материалов. Сегодня существуют серии первого, второго и третьего поколения пара-арамидов. Например Kevlar® HT, имеющий на 20% большую прочность до разрыва и Kevlar® HM, обладающий на 40% большим модулем упругости, чем оригинальный Kevlar® 29, широко используются в аэрокосмической промышленности и производстве специальных композитных материалов. Как правило, пара-арамиды имеют высокие температуры стеклования около 370 °C, практически не горят и не плавятся. Температура начала карбонизации около 425 °C.Кислородный индекс (КИ) волокон Kevlar® 129 равен 30. Все пара-арамиды, однако, предрасположены к фоторазложению и нуждаются в защите от попадания прямых солнечных лучей при использовании вне помещений.
В СССР в начале 1970-х годов было разработано волокно на основе полиамидбензимидазолтерефталамида, превосходящее Кевлар по ряду показателей. Это волокно первоначально называлось Вниивлон по названию института где оно было разработано (ВНИИВ), затем название волокна изменили на СВМ. Нити и волокна СВМ гетероароматический полимер, получаемый в результате поликонденсации амина с терефталоилхлоридом, но по свойствам эти волокна близки. Аналогом волокна Кевлар по химическому составу было советское волокно Терлон, опытно-промышленный выпуск которого прекратился в начале 90-х годов. Однако из-за высокой себестоимости производство нитей и волокон СВМ в промышленности широкого распространения не получило. Проблему решили А.Т. Серков и В.Б. Глазунов, получив модифицированное волокно СВМ, названное Армосом, из изотропных прядильных растворов на производственном объединении «Химволокно» в 1985 году. Сополиамидная нить армос по модулю упругости превосходила волокно СВМ, а по прочности и разрушающему напряжению в микропластике — и СВМ и Терлон. Нить Армос получают так же как и СВМ, принципиальная схема: мономеры — поликонденсация — фильтрация — дегазация — прядение, отделка, сушка, крутка — термообработка, термовытяжка. Далее изготовление идет по двум схемам: для получения жгута нить подвергают трощению; для получения нити после крутки и термообработки она подвергается замасливанию. Так как вследствие неплавкости парополиамидов формование осуществляется из растворов 100% серной кислоте или в амидных растворителях с добавками лиофильных солей, в частности, в диметилацетамиде (ДМАА) с добавкой хлористого лития. Формование ведется по мокрому методу, часто через воздушную прослойку. Впоследствии совместно с ВНИИПВ, ВНИИСВ, а так же КБ АО «Каменскволокно» были разработаны пара-арамидные нити Русар, Русар-С, РУСЛАН.
Как и из чего сделана арамидная ткань
Ткань обладает хорошими защитными свойствами.
Материал сделан из арамидных волокон. Это полимерные образования, в которых мономеры, содержащие ароматические кольца, связаны друг с другом линейными и поперечными связями. Прочность арамидной ткани обусловлена именно поперечными связями, содержание которых достигает 85%. В ароматических структурах различают орто-, мета- и пара-положения. Арамидные волокна делают из мета-арамидов, пара-арамидов и сополимеров арамида.
- Пара-арамиды имеют названия тварон, кевлар, СВМ, терлон.
- Мета-арамиды называются номекс, арселон.
- Сополимеры арамидов называются кермель.
Все арамидные волокна обладают повышенными защитными свойствами. Мета-арамиды отличаются особой прочностью. Пара-арамиды имеют повышенные термозащитные качества.
Арамидные ткани делают, используя следующие виды переплетения нитей:
Некоторые арамидные полотна относятся к трикотажным изделиям. Их вяжут на специальных станках из петель.
Баллистическая разновидность арамидных тканей состоит из нескольких слоев. Плетение нитей в каждом слое отличается. Иногда верхний слой делают как нетканый материал.
Виды арамидных тканей
Кевлар
Впервые 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.
Читайте также: Как отличить ткань поплин от бязи
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 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.
В 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
Российский 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.
Мета-арамиды
Наиболее известные в мире мета-арамиды выпускаются под торговыми марками Nomex® (DuPont), Teijinconex® (Teijin), Newstar® (Yantai Taiho). Первый значимый мета-арамид был представлен в 1961 году компанией DuPont под маркой Nomex®. Это поли м-фениленизофталамид, полученный в результате межфазной поликонденсации м-фенилендиамина и дихлорангидрида изофталевой кислоты.
Читайте также: Ткань лувр мебельная цвет
Мета-арамиды обугливаются при температурах свыше 400 °C и способны выдержать короткое воздействие температур до 700 °C. Мета-арамиды преимущественно разрабатывались для защитной спецодежды пилотов истребителей, танкистов, астронавтов, а также для защиты от термических рисков в промышленности. Нетканые материалы из волокон Nomex® используются также для высокотемпературной фильтрации дымовых газов и теплоизоляции. Мета-арамиды обладают стойкостью к высоким температурам, к примеру, Nomex® при выдерживании при температуре 250 °C в течение 1000 часов сохраняет 65% прочности на разрыв. Как правило, мета-арамиды используются в защитной спецодежде от теплового излучения, однако для интенсивного теплового излучения предпочтительнее использовать Nomex® III (бленд из Nomex® и Kevlar® 29 с весовым соотношением, соответственно, 95:5). Такая композиция обеспечивает большую механическую стабильность при обугливании.Кислородный индекс (КИ) поли мета-арамида Nomex® равен 30.
В СССР для температурных применений была разработана и внедрена в производство на ПО «Химволокно» в г. Светлогорск (Белоруссия) технология полиоксадиазольного волокна «Оксалон» (Арселон). Некоторые западные компании называют это волокно «Русский Номекс». По свойствам «Арселон» аналогичен «Номексу», хотя технологии производства существенно отличаются.
В 2005 году в ООО «Лирсот» создано мета-, пара-арамидное волокно Арлана®, которое обладает химической и морфологической структурами, обеспечивающими хорошие механические свойства (удельная разрывная нагрузка 65 сН/текс), высокие значения кислородного индекса (КИ 35–37 %) и способность выдерживать длительное воздействие температур 180–200оС. В отличие от других арамидов, материалы на основе волокна Арлана® легко окрашиваются, обладают хорошими сорбционными свойствами, положительно себя зарекомендовали при использовании в огнезащитных текстильных изделиях гражданского и военного назначения, фильтрах для очистки промышленных выбросов, декоративно-отделочных материалах. Волокна Арлана® могут успешно заменить импортные материалы Nomex®, Kermel Tech® и термостойкую вискозу.
Технология получения
Принцип получения в основном один и тот же, и делится на две стадии:
- Синтез и выделение полимера; Приготовление формовочного раствора;
- Формование волокон из формовочных растворов.
Синтез полимера производится в растворителе с высаживанием водой. Затем полимер промывается водой и тщательно высушивается. Для получения формовочного раствора полимер растворяют в серной кислоте.
Формование самих нитей производится через воздушную прослойку так называемым «сухо мокрым методом» что бы это не означало. То есть, формовочный раствор, продавливается через фильеры и полученные нити попадают в водную ванну. После чего промываются от следов серной кислоты и высушиваются.
Свойства материала и сферы его применения
Название «арамид» – это аббревиатура английского термина «ароматический полиамид». Молекула этого вещества представляет собой длинную цепочку, в которой большинство амидных связей связаны с двумя ароматическими кольцами одновременно. Такие связи имеют очень большую энергию диссоциации, а ароматические кольца обеспечивают высокую термостабильность молекулы.
Данные свойства обуславливают два основных качества арамидной ткани:
- чрезвычайно высокую прочность (до 600 кг на квадратный миллиметр при разрыве, что в пять раз прочнее, чем сталь);
- высокую термическую стойкость. Этот материал не плавится, а разрушение его структуры начинается при температуре свыше 500°. Арамид выносит соприкосновение с открытым огнем до 50 сек, при этом он не загорается и не тлеет, хотя прочность его при этом уменьшается.
В дополнение ко всему этот замечательный полимер имеет небольшую плотность – его кубический дециметр весит менее полутора килограммов, а цена относительно невысока (около 20 долларов за стандартную бобину нити длиной в 3 км).
Впервые эти полиамидные волокна желтого цвета были получены в 1964 году знаменитой американской химической компанией DuPont и получили название «кевлар», которое до сих пор используется как торговая марка.
Аналогичный материал, разработанный в СССР, получил название «сверхвысокопрочный материал» (СВМ), выпускается также аналогичный материал под названием «тварон».
С 1970 года начался промышленный выпуск кевлара и его использование сразу по нескольким направлениям:
- Прежде всего, его применяли как армирующий материал для шин, волокно для сверхпрочных строп и тросов.
- Армирующие волокна входили в состав композитов для авиастроения и космической отрасли, элитных автомобилей и быстроходных яхт, оптоволоконной продукции, особо прочных деталей, высокоскоростных маховиков, камер внутреннего давления и т.д.
- Высокой прочностью кевлара заинтересовались военные. На его основе были созданы пуленепробиваемые каски и жилеты, высокая цена которых оправдывалась спасенными ими человеческими жизнями.
- Это волокно используют также для спортивного инвентаря, музыкальных инструментов, моделирования, бытовой техники и др.
Читайте также: Мастер класс по изготовлению гномиков из ткани
Общие качества арамидных тканей
Из арамидных волокон делают несколько видов разной продукции. Многие достоинства присущи всей группе материалов.
- Удивительная прочность, которая значительно превышает прочностные характеристики стали.
- Маленький вес. Арамидные ткани гораздо легче стекловолоконных материалов.
- Способность сохранять защитные качества при очень высоких температурах. При температуре меньше 0°С защитные способности усиливаются.
- Неспособность гореть и плавиться.
- Огромная устойчивость к механическому действию. Ткань способна защитить от пуль.
- Абсолютная инертность к действию микробов.
- Способность сохранять форму весь период эксплуатации.
Арамидным тканям присущи некоторые недостатки.
- При намокании в воде прочность теряется. Восстанавливается после высыхания материала.
- Арамидные ткани стареют. Для увеличения строка эксплуатации материал дополнительно пропитывают. Производители дают гарантии сохранения качества на протяжении 10 лет.
- Некоторые виды арамидных материалов чувствительны к действию солнца.
Разработчики продолжают усовершенствовать технологию получения волокон и материалов. Это позволяет надеяться на уменьшение количества недостатков в будущем.
Арамидные ткани незаменимы при производстве спецодежды для военных, спасателей, пожарников, металлургов. Из них делают одежду, боевую форму, бронежилеты, каски, оснащение. Благодаря этому материалу спасено большое количество человеческих жизней.
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.
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.
Литература
- Сверхпрочное синтетическое волокно Вниивлон, Информация ВНИИВ // Химические волокна. 1971. № 1. С.76.
- Кудрявцев Г. И., Щетинин A. M., в кн.: Термо-жаростойкие и негорючие волокна, под ред. А. А. Конкина, М., 1978, с. 7-216
- The Indian Textile Journal, Sept. 2008
- Кудрявцев Г. И., Токарев А. В., Авророва Л. В., Константинов В. А. Сверхпрочное высокомодульное синтетическое волокно СВМ // Химические волокна. 1974. № 6. С.70-71.
- H. H. Yang. Aromatic high-strength fibers
- Manas Chanda/Salil K. Roy” Industrial Polymers, Specialty Polymers, and Their Applications//CRC Press. – 2009.
- C. Lawrence. High Performance Textiles and Their Applications// Woodhead Publishing. – 2014.
- A. R. Horrocks and S. C. Anand Handbook of technical textiles// Woodhead Publishing. – 2000.
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.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом