Aramidfiber, en forkortelse for aromatisk polyamidfiber, er oppført blant de fire høyytelsesfibrene som er prioritert for utvikling i Kina, sammen med karbonfiber, ultrahøymolekylær polyetylenfiber (UHMWPE) og basaltfiber. I likhet med vanlig nylon tilhører aramidfiber familien av polyamidfibre, med amidbindinger i hovedmolekylkjeden. Hovedforskjellen ligger i bindingen: nylons amidbindinger er koblet til alifatiske grupper, mens aramider er konjugert med benzenringer. Denne spesielle molekylstrukturen gir aramidfiber ekstremt høy aksialstyrke (>20cN/dtex) og modulus (>500GPa), noe som gjør det til det foretrukne materialet for forsterkning av high-end kabler.
Typer av aramidfiber
Aramidfiberomfatter hovedsakelig helt aromatiske polyamidfibre og heterosykliske aromatiske polyamidfibre, som kan videre kategoriseres i orto-aramid, para-aramid (PPTA) og meta-aramid (PMTA). Blant disse er meta-aramid og para-aramid de som har blitt industrialisert. Fra et molekylært strukturperspektiv ligger hovedforskjellen mellom disse to i plasseringen av karbonatomet i benzenringen som amidbindingen er festet til. Denne strukturelle forskjellen fører til betydelige forskjeller i mekaniske egenskaper og termisk stabilitet.
Para-aramid
Para-aramid, eller poly(p-fenylentereftalamid) (PPTA), også kjent i Kina som Aramid 1414, er en lineær høypolymer med mer enn 85 % av amidbindingene direkte knyttet til aromatiske ringer. De mest kommersielt vellykkede para-aramidproduktene er DuPonts Kevlar® og Teijins Twaron®, som dominerer det globale markedet. Det var den første fiberen som noensinne ble produsert ved hjelp av en flytende krystallinsk polymerspinningsløsning, og innledet en ny æra med høypresterende syntetiske fibre. Når det gjelder mekaniske egenskaper, kan strekkfastheten nå 3,0–3,6 GPa, elastisitetsmodulen 70–170 GPa og bruddforlengelsen 2–4 %. Disse eksepsjonelle egenskapene gir den uerstattelige fordeler innen optisk kabelforsterkning, ballistisk beskyttelse og andre felt.
Meta-Aramid
Meta-aramid, eller poly(m-fenylenisoftalamid) (PMTA), også kjent i Kina som Aramid 1313, er en ledende høytemperaturbestandig organisk fiber. Dens molekylære struktur består av amidgrupper som forbinder meta-fenylenringer og danner en sikksakkformet lineær kjede stabilisert av sterke intermolekylære hydrogenbindinger i et 3D-nettverk. Denne strukturen gir fiberen utmerket flammehemming, termisk stabilitet og strålingsmotstand. Et typisk produkt er DuPonts Nomex®, med en begrensende oksygenindeks (LOI) på 28–32, en glassovergangstemperatur på omtrent 275 °C og kontinuerlig driftstemperatur over 200 °C, noe som gjør den mye brukt i brannsikre kabler og høytemperaturisolasjonsmaterialer.
Enestående egenskaper ved aramidfiber
Aramidfiber tilbyr ultrahøy styrke, høy modul, varmebestandighet, syre- og alkalibestandighet, lav vekt, isolasjon, aldringsbestandighet, lang levetid, kjemisk stabilitet, ingen smeltede dråper under forbrenning og giftfri gassutslipp. Fra et kabelanvendelsesperspektiv overgår para-aramid meta-aramid i termisk motstand, med et kontinuerlig driftstemperaturområde på -196 til 204 °C og ingen nedbrytning eller smelting ved 500 °C. Para-aramids mest bemerkelsesverdige egenskaper inkluderer ultrahøy styrke, høy modul, varmebestandighet, kjemisk motstand og lav tetthet. Styrken overstiger 25 g/dtex – 5 til 6 ganger så høykvalitetsstål, 3 ganger så høyt som glassfiber og dobbelt så høyfast nylonindustrigarn. Modulen er 2–3 ganger så høy som stål eller glassfiber og 10 ganger så høyfast nylon. Den er dobbelt så tøff som ståltråd og veier bare omtrent 1/5 så mye, noe som gjør den spesielt godt egnet for bruk som forsterkning i optiske kabler, sjøkabler og andre avanserte kabeltyper.
Mekaniske egenskaper til aramidfiber
Meta-aramid er en fleksibel polymer med høyere bruddstyrke enn vanlig polyester, bomull eller nylon. Den har høy forlengelseshastighet, myk følelse, god spinnbarhet og kan produseres til korte fibre eller filamenter med varierende denier. Den kan spinnes til tekstiler og non-wovens ved hjelp av standard tekstilmaskiner og bearbeides for å møte behovene til beskyttelsesklær i ulike industrier. Innen elektrisk isolasjon skiller meta-aramid seg ut som flammehemmende og varmebestandige. Med en LOI større enn 28 vil den ikke fortsette å brenne etter å ha forlatt flammen. Flammemotstanden er iboende i den kjemiske strukturen, noe som gjør den permanent flammehemmende – motstandsdyktig mot ytelsestap på grunn av vask eller langvarig bruk. Meta-aramid har utmerket termisk stabilitet, med kontinuerlig bruk ved 205 °C og sterk bevaring av styrke selv ved temperaturer over 205 °C. Nedbrytningstemperaturen er høy, og den smelter eller drypper ikke ved høye temperaturer, og begynner bare å karbonisere over 370 °C. Disse egenskapene gjør den ideell for isolasjon og forsterkning i høytemperatur- eller brannsikre kabler.
Kjemisk stabilitet av aramidfiber
Meta-aramid har utmerket motstand mot de fleste kjemikalier og konsentrerte uorganiske syrer, selv om den er følsom for konsentrert svovelsyre og salpetersyre. Den har også god alkaliresistens ved romtemperatur.
Strålingsmotstand av aramidfiber
Meta-aramid viser eksepsjonell strålingsmotstand. For eksempel, under langvarig eksponering for 1,2 × 10⁻² W/cm² ultrafiolett lys og 1,72 × 10⁸ rad gammastråler, forblir styrken uendret. Denne enestående strålingsmotstanden gjør den spesielt egnet for kabler som brukes i kjernekraftverk og romfartøy.
Holdbarheten til aramidfiber
Meta-aramid viser også utmerket slitestyrke og kjemikaliebestandighet. Etter 100 vask beholder stoff laget av innenlandsprodusert meta-aramid over 85 % av sin opprinnelige rivestyrke. I kabelapplikasjoner sikrer denne holdbarheten langvarig mekanisk og elektrisk ytelsesstabilitet.
Anvendelser av aramidfiber
Aramidfiber er mye brukt i Kinas luftfarts-, bil-, elektromekaniske, bygg- og sportsindustri på grunn av sine utmerkede mekaniske egenskaper, høytemperaturmotstand og kjemiske stabilitet. Det regnes som et nøkkelmateriale for fremtidig utvikling av høypresterende industrier. Spesielt spiller aramid en uerstattelig rolle innen kommunikasjonskabler, strømkabler, høytemperaturbestandige kabler, sjøkabler og spesialkabler.
Luftfart og militære felt
Aramidfiber har lav tetthet, høy styrke og utmerket korrosjonsbestandighet. Den er mye brukt i strukturelle komponenter i luftfartøyer, som rakettmotorhus og bredbåndsradomstrukturer. Komposittmaterialene har utmerket slagfasthet og elektromagnetisk bølgegjennomsiktighet, noe som reduserer flyvekten betydelig og forbedrer sikkerheten. I forsvarssektoren brukes aramid i skuddsikre vester, hjelmer og eksplosjonssikre beholdere, noe som gjør det til et ledende materiale for neste generasjon lett militær beskyttelse.
Bygg- og transportfelt
I byggebransjen brukes aramidfiber til strukturell forsterkning og brokabelsystemer på grunn av sin lette vekt, fleksibilitet og korrosjonsmotstand. Det er spesielt effektivt for å forsterke uregelmessige strukturer. Innen transport brukes aramid i dekksnorer til biler og fly. Aramidforsterkede dekk tilbyr høy styrke, punkteringsmotstand, varmebestandighet og lang levetid, og oppfyller ytelseskravene til moderne høyhastighetskjøretøy og fly.
Elektro-, elektronikk- og kabelbransjen
Aramidfiber har spesielt fremtredende bruksområder innen elektro-, elektronikk- og lednings- og kabelproduksjon, spesielt innen følgende områder:
Strekkelementer i optiske kabler: Med høy strekkfasthet og modul fungerer aramidfiber som strekkelement i optiske kommunikasjonskabler, og beskytter delikate optiske fibre mot deformasjon under spenning og sikrer stabil signaloverføring.
Armering i kabler: I spesialkabler, sjøkabler, kraftkabler og kabler som tåler høye temperaturer, brukes aramid ofte som et sentralt armeringselement eller armeringslag. Sammenlignet med metallarmering gir aramid overlegen styrke med lavere vekt, noe som forbedrer kabelens strekkfasthet og mekaniske stabilitet betraktelig.
Isolasjon og flammehemming: Aramidkompositter har utmerket dielektrisk og termisk stabilitet. De er mye brukt i kabelisolasjonslag, flammehemmende kapper og halogenfrie, røykfattige kapper. Aramidpapir, etter å ha blitt impregnert med isolerende lakk, kombineres med naturlig glimmer for bruk i høytemperaturbestandige motorer og transformatorer.
Brannsikre kabler og kabler for jernbanetransport: Aramidfibers iboende flammemotstand og varmetoleranse gjør den ideell for bruk i skipskabler, jernbanekabler og brannsikre kabler av kjernekraftkvalitet, der sikkerhetsstandardene er strenge.
EMC og lettvekt: Aramids utmerkede elektromagnetiske gjennomsiktighet og lave dielektriske konstant gjør den egnet for EMI-skjermingslag, radarradomer og optoelektroniske integrasjonskomponenter, noe som bidrar til å forbedre elektromagnetisk kompatibilitet og redusere systemvekten.
Andre applikasjoner
På grunn av det høye innholdet av aromatiske ringer tilbyr aramidfiber enestående kjemisk stabilitet og korrosjonsbestandighet, noe som gjør den egnet for marine tau, oljeboringskabler og optiske transmisjonskabler i tøffe miljøer. Den er også mye brukt i premium sportsutstyr, beskyttelsesutstyr og bremseklosser til biler, og blir i økende grad tatt i bruk som et miljøvennlig alternativ til asbest i tettings- og isolasjonsapplikasjoner, varmeisolasjonspaneler og andre tetningskomponenter, noe som sikrer både ytelse og miljøsikkerhet.
Publisert: 31. juli 2025