Aramidevezel, een afkorting voor aromatische polyamidevezel, behoort tot de vier hoogwaardige vezels die in China prioriteit krijgen voor ontwikkeling, samen met koolstofvezel, ultrahoogmoleculairgewicht polyethyleenvezel (UHMWPE) en basaltvezel. Net als gewoon nylon behoort aramidevezel tot de familie van polyamidevezels, met amidebindingen in de belangrijkste moleculaire keten. Het belangrijkste verschil zit in de binding: de amidebindingen van nylon zijn verbonden met alifatische groepen, terwijl die van aramide geconjugeerd zijn met benzeenringen. Deze speciale moleculaire structuur geeft aramidevezels een extreem hoge axiale sterkte (> 20 cN/dtex) en modulus (> 500 GPa), waardoor het het voorkeursmateriaal is voor het versterken van hoogwaardige kabels.
Soorten aramidevezels
Aramidevezelomvat voornamelijk volledig aromatische polyamidevezels en heterocyclische aromatische polyamidevezels, die verder kunnen worden onderverdeeld in ortho-aramide, para-aramide (PPTA) en meta-aramide (PMTA). Van deze vezels zijn meta-aramide en para-aramide de meest geïndustrialiseerde vezels. Vanuit moleculair structuurperspectief ligt het belangrijkste verschil tussen deze twee in de positie van het koolstofatoom in de benzeenring waaraan de amidebinding is bevestigd. Dit structurele verschil leidt tot aanzienlijke verschillen in mechanische eigenschappen en thermische stabiliteit.
Para-aramide
Para-aramide, of poly(p-fenyleentereftalamide) (PPTA), in China ook bekend als Aramid 1414, is een lineair hoogpolymeer met meer dan 85% van de amidebindingen direct gebonden aan aromatische ringen. De commercieel meest succesvolle para-aramideproducten zijn Kevlar® van DuPont en Twaron® van Teijin, die de wereldmarkt domineren. Het was de eerste vezel ooit geproduceerd met behulp van een spinoplossing van vloeibaar kristallijn polymeer, wat een nieuw tijdperk van hoogwaardige synthetische vezels inluidde. Qua mechanische eigenschappen kan de treksterkte 3,0-3,6 GPa bereiken, de elasticiteitsmodulus 70-170 GPa en de rek bij breuk 2-4%. Deze uitzonderlijke eigenschappen geven het onvervangbare voordelen op het gebied van optische kabelversterking, ballistische bescherming en andere gebieden.
Meta-aramide
Meta-aramide, of poly(m-fenyleenisoftalamide) (PMTA), in China ook bekend als aramide 1313, is een toonaangevende, hittebestendige organische vezel. De moleculaire structuur bestaat uit amidegroepen die meta-fenyleenringen verbinden en zo een zigzaggende lineaire keten vormen, gestabiliseerd door sterke intermoleculaire waterstofbruggen in een driedimensionaal netwerk. Deze structuur geeft de vezel een uitstekende vlamvertraging, thermische stabiliteit en stralingsbestendigheid. Een typisch product is DuPont's Nomex®, met een zuurstofindex (LOI) van 28-32, een glasovergangstemperatuur van ongeveer 275 °C en een continue gebruikstemperatuur boven 200 °C, waardoor het veel wordt gebruikt in brandwerende kabels en hittebestendige isolatiematerialen.
Uitstekende eigenschappen van aramidevezel
Aramidevezels bieden ultrahoge sterkte, hoge modulus, hittebestendigheid, zuur- en alkalibestendigheid, een laag gewicht, isolatie, verouderingsbestendigheid, een lange levensduur, chemische stabiliteit, geen gesmolten druppels tijdens verbranding en niet-giftige gasemissies. Vanuit kabeltoepassingsperspectief presteert para-aramide beter dan meta-aramide op het gebied van thermische weerstand, met een continu gebruikstemperatuurbereik van -196 tot 204 °C en geen ontleding of smelting bij 500 °C. De meest opvallende eigenschappen van para-aramide zijn ultrahoge sterkte, hoge modulus, hittebestendigheid, chemische bestendigheid en lage dichtheid. De sterkte bedraagt meer dan 25 g/dtex - 5 tot 6 keer die van hoogwaardig staal, 3 keer die van glasvezel en twee keer die van industrieel hoogwaardig nylon. De modulus is 2 tot 3 keer die van staal of glasvezel en 10 keer die van hoogwaardig nylon. Het is twee keer zo sterk als staaldraad en weegt slechts ongeveer 1/5 van het gewicht. Daardoor is het bijzonder geschikt voor gebruik als versteviging in optische kabels, onderzeese kabels en andere hoogwaardige kabels.
Mechanische eigenschappen van aramidevezel
Meta-aramide is een flexibel polymeer met een hogere breeksterkte dan gewoon polyester, katoen of nylon. Het heeft een hoge rek, voelt zacht aan, is goed spinbaar en kan worden geproduceerd tot korte vezels of filamenten met verschillende denier. Het kan worden gesponnen tot stoffen en non-wovens met behulp van standaard textielmachines en worden verwerkt om te voldoen aan de behoeften aan beschermende kleding in diverse industrieën. In elektrische isolatie vallen de vlamvertragende en hittebestendige eigenschappen van meta-aramide op. Met een LOI van meer dan 28 zal het niet doorbranden nadat het de vlam heeft verlaten. De vlambestendigheid is intrinsiek aan de chemische structuur, waardoor het permanent vlamvertragend is - bestand tegen prestatieverlies door wassen of langdurig gebruik. Meta-aramide heeft een uitstekende thermische stabiliteit, bij continu gebruik bij 205 °C en een sterk behoud van sterkte, zelfs bij temperaturen boven 205 °C. De ontledingstemperatuur is hoog en het smelt of druipt niet bij hoge temperaturen; het begint pas te carboniseren boven 370 °C. Deze eigenschappen maken het ideaal voor isolatie en versteviging in hittebestendige of brandwerende kabels.
Chemische stabiliteit van aramidevezel
Meta-aramide is uitstekend bestand tegen de meeste chemicaliën en geconcentreerde anorganische zuren, hoewel het gevoelig is voor geconcentreerd zwavelzuur en salpeterzuur. Het is ook goed bestand tegen alkaliën bij kamertemperatuur.
Stralingsbestendigheid van aramidevezel
Meta-aramide vertoont een uitzonderlijke stralingsbestendigheid. Zo blijft de sterkte onveranderd bij langdurige blootstelling aan 1,2 × 10⁻² W/cm² ultraviolet licht en 1,72 × 10⁸ rad gammastraling. Deze uitstekende stralingsbestendigheid maakt het bijzonder geschikt voor kabels die worden gebruikt in kerncentrales en ruimtevaartuigen.
Duurzaamheid van aramidevezel
Meta-aramide vertoont ook een uitstekende slijt- en chemische bestendigheid. Na 100 wasbeurten behoudt stof gemaakt van in eigen land geproduceerde meta-aramide meer dan 85% van zijn oorspronkelijke scheursterkte. In kabeltoepassingen garandeert deze duurzaamheid langdurige mechanische en elektrische stabiliteit.
Toepassingen van aramidevezels
Aramidevezel wordt veel gebruikt in de Chinese lucht- en ruimtevaart, automobielindustrie, elektromechanische industrie, bouw en sport vanwege de uitstekende mechanische eigenschappen, hoge temperatuurbestendigheid en chemische stabiliteit. Het wordt beschouwd als een belangrijk materiaal voor de toekomstige ontwikkeling van hoogwaardige industrieën. Aramide speelt met name een onvervangbare rol in optische communicatiekabels, stroomkabels, hittebestendige kabels, onderzeese kabels en speciale kabels.
Lucht- en ruimtevaart en militaire velden
Aramidevezels hebben een lage dichtheid, hoge sterkte en uitstekende corrosiebestendigheid. Het wordt veel toegepast in structurele componenten van lucht- en ruimtevaartuigen, zoals behuizingen van raketmotoren en breedbandradome-structuren. De composietmaterialen vertonen een uitstekende slagvastheid en transparantie van elektromagnetische golven, waardoor het gewicht van vliegtuigen aanzienlijk wordt verlaagd en de veiligheid wordt verbeterd. In de defensiesector wordt aramide gebruikt in kogelwerende vesten, helmen en explosiebestendige containers, waardoor het een toonaangevend materiaal is voor de volgende generatie lichtgewicht militaire bescherming.
Bouw- en transportsector
In de bouwsector wordt aramidevezel gebruikt voor structurele versterking en brugkabelsystemen vanwege het lichte gewicht, de flexibiliteit en corrosiebestendigheid. Het is vooral effectief bij het versterken van onregelmatige constructies. In de transportsector wordt aramide toegepast in bandenkoordweefsels voor auto's en vliegtuigen. Met aramide versterkte banden bieden hoge sterkte, lekbestendigheid, hittebestendigheid en een lange levensduur en voldoen daarmee aan de prestatie-eisen van moderne hogesnelheidsvoertuigen en vliegtuigen.
Elektrotechnische, elektronische en kabelindustrie
Aramidevezels worden met name veel toegepast in de elektrotechnische, elektronica- en draad- en kabelproductiesector, met name op de volgende gebieden:
Treksterkte-elementen in optische kabels: Aramidevezels vormen met hun hoge treksterkte en modulus de treksterkte-elementen in optische communicatiekabels. Ze beschermen kwetsbare optische vezels tegen vervorming onder spanning en zorgen voor een stabiele signaaloverdracht.
Versterking in kabels: In speciaalkabels, onderzeekabels, stroomkabels en hittebestendige kabels wordt aramide vaak gebruikt als centraal verstevigingselement of pantserlaag. Vergeleken met metalen verstevigingen biedt aramide superieure sterkte bij een lager gewicht, wat de treksterkte en mechanische stabiliteit van de kabel aanzienlijk verbetert.
Isolatie en vlamvertraging: Aramidecomposieten bezitten een uitstekende diëlektrische en thermische stabiliteit. Ze worden veel gebruikt in kabelisolatielagen, vlamvertragende mantels en halogeenvrije rookarme ommantelingen. Aramidepapier wordt, na te zijn geïmpregneerd met isolatielak, gecombineerd met natuurlijk mica voor gebruik in hittebestendige motoren en transformatoren.
Brandwerende kabels en kabels voor spoorwegen: dankzij de inherente brandwerendheid en hittebestendigheid van aramidevezels zijn ze ideaal voor gebruik in scheepskabels, spoorwegkabels en brandwerende kabels van nucleaire kwaliteit, waar de veiligheidsnormen streng zijn.
EMC en lichtgewicht: De uitstekende elektromagnetische transparantie en lage diëlektrische constante van aramide maken het geschikt voor EMI-afschermingslagen, radarkoepels en opto-elektronische integratiecomponenten, wat bijdraagt aan de verbetering van de elektromagnetische compatibiliteit en het verlagen van het systeemgewicht.
Andere toepassingen
Dankzij het hoge gehalte aan aromatische ringen biedt aramidevezel een uitstekende chemische stabiliteit en corrosiebestendigheid, waardoor het geschikt is voor maritieme touwen, olieboorkabels en bovengrondse optische transmissiekabels in zware omstandigheden. Het wordt ook veel gebruikt in hoogwaardige sportuitrusting, beschermende kleding en remblokken voor auto's. Het wordt steeds vaker gebruikt als milieuvriendelijk alternatief voor asbest in afdichtings- en isolatietoepassingen, thermische isolatiepanelen en andere afdichtingscomponenten, waardoor zowel de prestaties als de milieuveiligheid worden gewaarborgd.
Plaatsingstijd: 31-07-2025