الیاف آرامید که در حدود سالهای 1970معرفی شد، ترکیب آلی حلقوی از کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن می‌باشد. دانسیته کم و استحکام کششی بالا در این الیاف، موجب تشکیل یک ساختار چقرمه ومقاوم به ضربه با سفتی حدود نصف الیاف کربن می‌شود. الیاف آرامید در ابتدا به منظور جایگزینی فولاد در تایرهای رادیال ساخته شدند و بعدا کاربردهای دیگری پیدا کردند. جلیقه ضد گلوله از موفقیت آمیزترین کاربردهای الیاف آرامید می‌باشد.
|
|
|
آرامید در دو ساختار زنجیر-راست مشهور به کولار و زنجیر-خم مشهور به Nomex وجود دارد که در حال حاضر شرکت dupont تنها تولید کننده هر دو محصول می‌باشد.
ساختار شیمیایی کولار
|
Fibres |
Strength |
Modulus |
Density |
|
E-glass |
3445 |
81.8 |
2.62 |
|
S-glass |
4585 |
88.9 |
2.50 |
|
Carbon AS4 |
4000 |
241 |
1.77 |
|
Carbon IM6 |
4380 |
276 |
1.77 |
|
Kevlar 29 |
3600 |
83 |
1.44 |
|
Kevlar 49 |
4000 |
131 |
1.45 |
|
Kevlar 149 |
3400 |
186 |
1.47 |
الیاف آرامید در شکلهای مختلف وجود دارند و همانند الیاف شیشه و کربن می‌توانند در ساخت کامپوزیتها مورد استفاده قرار گیرند.
|
 |
 |
الیاف آرامید به دلیل سبکی، پایداری حرارتی خوب و چقرمگی عالی، مورد توجه قرار گرفته‌اند.
الیاف کولار از زنجیرهای مولکولی طولانی پلی پارا فنیلن ترفتال آمید، تولید شده‌اند. آرایش یافتگی بالای زنجیرها به همراه اتصال خوب بین آنها، تلفیق منحصر به فردی از خواص را ایجاد می‌نماید که برخی از آنها عبارتند از:
- استحکام کششی بالا و وزن کم
- ازدیاد طول کم در پارگی
- چقرمگی خوب
- مدول بالا
- پایداری ابعاد عالی
- هدایت الکتریکی پایین
- مقاومت پارگی بالا
- مقاومت شیمیایی زیاد
- مقاوم به شعله و خود خاموش کن
- جمع شدگی حرارتی کم
- حفظ خواص در دماهای بسیار بالا و بسیار پایین
- خزش بسیار کم
- مقاومت سایش و اصطکاک عالی
پس از سنتز، پلیمر آرامیدی در محلول اسید سولفوریک حل می‌شود و بعد تبدیل به الیاف می‌شود. قطر الیاف در حد چند میکرون است و مورفولوژی نهایی با اعمال حرارت در دمای oC 150 تا oC550 بدست می‌آید. کولارها بسته به درجه آرایش یافتگی مولکولی، سفتی‌های متفاوت دارند. کولار 29 به عنوان سیم تایر و کولار 49 در کابلهای زیر آب استفاده می‌شوند.
کولارها تقویت کننده ممتازی در صنایع فضایی محسوب می‌شوند. در سالهای اخیر کولار 149 نوع سفت تر کولارها معرفی شده است.
همچنین کولارها به دلیل کاربرد در پرتابه‌ها و حفاظت حرارتی آنها و بدلیل چقرمگی و توانایی در جذب انرژی شهرت دارند. در جدول زیر مقایسه ای بین خواص کولار با سایر الیاف آورده شده است. مقایسه خواص ویژه کولار با سایر الیاف جالب خواهد بود.
p دوگانه extended p می‌باشد. این به این معناست که الیاف لخت نسبت به نور مرئی آسیب پذیرند. این الیاف وقتی در معرض نور خورشید قرار بگیرند، محدوده نور300 تا 400 نانومتر را جذب می‌کنند و تخریب می‌شوند.
به همین دلیل اگر چه خود لایه تخریب شده، پلیمر زیرین را تا حدی می‌پوشاند ولی الیاف کولار نیاز به پوشش یا قرار گرفتن زیر سایر اجزاء دارند.
سیستم الکترون دوگانه P، ویژگیهای باند دوگانه را در اکثر پیوندهای شیمیایی ساختار پلیمری بوجود می‌آورد، این امر موجب پایداری حرارتی آرامیدها می‌شود.
تخریب حرارتی این پلیمرها در دمای زیرoC400 شروع نمی‌شود و اگر در اتمسفر خنثی باشد، تخریب تا دمای پانصد درجه اتفاق نمی‌افتد. ساختار منظم تکراری و شکل کشیده و صاف زنجیرها، موجب بالا رفتن کریستالینیتی تا 80% می‌شود که برای یک پلیمرآلی مقدار زیادی است. بررسی‌های کریستالوگرافی به طور قطعی نشان داده است که محور زنجیرهای پلیمری با محورالیاف یکی است.
ساختار ناهمگون پلیمر در جهت طولی، به الیاف استحکام کششی بسیار زیادی می‌دهد. نیروی اعمالی توسط باندهای قوی شیمیایی زنجیرهای پلیمری تحمل می‌شود. زنجیرهای پلیمری مجاور هم در یک ناحیه کریستال توسط بر هم کنش واندروالس و پیوندهای هیدروژنی‌که نسبت به باندهای شیمیایی نسبتا ضعیف ترند و راحتتر جدا می‌شوند، کنار هم نگاه داشته می‌شوند. بنابراین الیاف در جهت عرضی خواص مکانیکی ضعیفی دارند.buckle ) و در بیرون حلقه بصورت طولی شکاف می‌خورد. علاوه بر آن، وقتی تا نقطه شکست نیرو به آن اعمال می‌شود، لیف ترک خوردگی طولی نشان می‌دهد یا رشته رشته شدن الیاف (fibrillation ) بیشتر از یک ترک روشن و واضح اتفاق می‌افتد.nomex توسط شرکت Dupont برای کاربردهایی که پایداری ابعادی و مقاومت حرارتی عالی لازم است، به بازار معرفی شد. این محصول به شکل لیف (رشته‌های پیوسته) و صفحه (کاغذ و تخته) وجود دارد. محصولات Nomex در لباسهای محافظ، فیلترگازهای داغ، شلنگ‌های خودرو عایقهای الکتریکی، قطعات هواپیما و وسایل ورزشی استفاده می‌شوند.UV
3- مقاومت شیمیایی
4- جمع شدگی (Shrinkage) حرارتی پایین
5- شکل پذیری قطعات قالبگیری شده
6- ازدیاد طول شکست پایین
7- هدایت حرارتی پایین
رنگ زرد الیاف کولار ناشی از سیستم الکترون
تلفیق پیوند قوی در جهت طولی و نیروی ضعیف در جهت عرضی زنجیرهای پلیمری رفتار لیفی جالب توجهی بوجود می‌آورد. وقتی الیاف بصورت یک حلقه خم می‌شوند، درون حلقه، پیچ می‌خورد (
این خواص انحصاری الیاف، به کامپوزیت منتقل می‌شود. چند لایه‌های با الیاف تک جهته به عنوان مثال از کولار -اپوکسی، در جهت طولی الیاف، محکم و قوی هستند ولی در جهت عرضی دارای ضعف می‌باشند. استحکام فشاری کمتر از استحکام کششی می‌باشد و خمیدگی تحت بار فشاری یک مشکل محسوب می‌شود.
همچنین محصول
Nomex دارای زنجیرهای مولکولی سخت و بلند می‌باشد که از پلی متا فنیلن دی آمین تولید می‌شود. در اثر حرارت ذوب نمی‌شود و جریان پیدا نمی‌‌کند. تخریب و زغال گذاری تا دمای oC 350 ادامه پیدا می‌کند و از نظر شیمیایی و حرارتی بسیار پایدار است.
بطور خلاصه، Nomex ویژگیهای ذیل را داراست:
1- مقاومت حرارتی و شعله
2- مقاومت بالا در برابر
کامپوزیتهای آرامیدی عایق هستند و در تماس با فلزات جریان الکتریسیته تولید نمی‌کنند. درحالیکه رفتار کششی آنها خطی است و شکست در تنشهای بالا اتفاق می‌افتد، رفتار فشاری و خمشی کامپوزیتهای آرامیدی، داکتایل می‌باشد و استحکام نهایی آنها از کامپوزیتهای الیاف شیشه و کربن کمتر است
می‌توان الیاف آرامید را به همراه شیشه و کربن در ساخت کامپوزیتهای هیبرید بکار برد و از خواص انحصاری هر دو نوع الیاف بهره برد. با بکار بردن ترکیبی از الیاف در یک کامپوزیت، می‌توان به نتایج مطلوب از نظر خواص و مسایل اقتصادی دست یافت. این نوع کامپوزیت را کامپوزیت هیبرید می‌نامند.
منبع:
http://www.irancomposite.net
