الیاف آرامید

الیاف آرامید كه در حدود سالهای ۱۹۷۰معرفی شد، تركیب آلی حلقوی از كربن، هیدروژن، اكسیژن و نیتروژن می باشد. دانسیته كم و استحكام كششی بالا در این الیاف، موجب تشكیل یك ساختار چقرمه ومقاوم به ضربه با سفتی حدود نصف الیاف كربن می شود الیاف آرامید كه در حدود سالهای ۱۹۷۰معرفی شد، تركیب آلی حلقوی از كربن، هیدروژن، اكسیژن و نیتروژن می باشد. دانسیته كم و استحكام كششی بالا در این الیاف، موجب تشكیل یك ساختار چقرمه ومقاوم به ضربه با سفتی حدود نصف الیاف كربن می شود. الیاف آرامید در ابتدا به منظور جایگزینی فولاد در تایرهای رادیال ساخته شدند و بعدا كاربردهای دیگری پیدا كردند. جلیقه ضد گلوله از موفقیت آمیزترین كاربردهای الیاف آرامید می باشد. آرامید در دو ساختار زنجیر راست مشهور به كولار و زنجیر خم مشهور به Nomex وجود دارد كه در حال حاضر شركت dupont تنها تولید كننده هر دو محصول می باشد. ساختار شیمیایی كولار الیاف آرامید در شكلهای مختلف وجود دارند و همانند الیاف شیشه و كربن می توانند در ساخت كامپوزیتها مورد استفاده قرار گیرند. الیاف آرامید به دلیل سبكی، پایداری حرارتی خوب و چقرمگی عالی، مورد توجه قرار گرفته اند. الیاف كولار از زنجیرهای مولكولی طولانی پلی پارا فنیلن ترفتال آمید، تولید شده اند. آرایش یافتگی بالای زنجیرها به همراه اتصال خوب بین آنها، تلفیق منحصر به فردی از خواص را ایجاد می نماید كه برخی از آنها عبارتند از: ۱) استحكام كششی بالا و وزن كم ۲) ازدیاد طول كم در پارگی ۳) چقرمگی خوب ۴) مدول بالا ۵) پایداری ابعاد عالی ۶) هدایت الكتریكی پایین ۷) مقاومت پارگی بالا ۸) مقاومت شیمیایی زیاد ۹) مقاوم به شعله و خود خاموش كن ۱۰) جمع شدگی حرارتی كم ۱۱) حفظ خواص در دماهای بسیار بالا و بسیار پایین ۱۲) خزش بسیار كم ۱۳) مقاومت سایش و اصطكاك عالی پس از سنتز، پلیمر آرامیدی در محلول اسید سولفوریك حل می شود و بعد تبدیل به الیاف می شود. قطر الیاف در حد چند میكرون است و مورفولوژی نهایی با اعمال حرارت در دمای oC ۱۵۰ تا oC۵۵۰ بدست می آید. كولارها بسته به درجه آرایش یافتگی مولكولی، سفتی های متفاوت دارند. كولار ۲۹ به عنوان سیم تایر و كولار ۴۹ در كابلهای زیر آب استفاده می شوند. كولارها تقویت كننده ممتازی در صنایع فضایی محسوب می شوند. در سالهای اخیر كولار ۱۴۹ نوع سفت تر كولارها معرفی شده است. همچنین كولارها به دلیل كاربرد در پرتابه ها و حفاظت حرارتی آنها و بدلیل چقرمگی و توانایی در جذب انرژی شهرت دارند. در جدول زیر مقایسه ای بین خواص كولار با سایر الیاف آورده شده است. مقایسه خواص ویژه كولار با سایر الیاف جالب خواهد بود. p دوگانه extended p می باشد. این به این معناست كه الیاف لخت نسبت به نور مرئی آسیب پذیرند. این الیاف وقتی در معرض نور خورشید قرار بگیرند، محدوده نور۳۰۰ تا ۴۰۰ نانومتر را جذب می كنند و تخریب می شوند. به همین دلیل اگر چه خود لایه تخریب شده، پلیمر زیرین را تا حدی می پوشاند ولی الیاف كولار نیاز به پوشش یا قرار گرفتن زیر سایر اجزاء دارند. سیستم الكترون دوگانه P، ویژگی های باند دوگانه را در اكثر پیوندهای شیمیایی ساختار پلیمری بوجود می آورد، این امر موجب پایداری حرارتی آرامیدها می شود. تخریب حرارتی این پلیمرها در دمای زیرoC۴۰۰ شروع نمی شود و اگر در اتمسفر خنثی باشد، تخریب تا دمای پانصد درجه اتفاق نمی افتد. ساختار منظم تكراری و شكل كشیده و صاف زنجیرها، موجب بالا رفتن كریستالینیتی تا ۸۰% می شود كه برای یك پلیمرآلی مقدار زیادی است. بررسی های كریستالوگرافی به طور قطعی نشان داده است كه محور زنجیرهای پلیمری با محورالیاف یكی است. ساختار ناهمگون پلیمر در جهت طولی، به الیاف استحكام كششی بسیار زیادی می دهد. نیروی اعمالی توسط باندهای قوی شیمیایی زنجیرهای پلیمری تحمل می شود. زنجیرهای پلیمری مجاور هم در یك ناحیه كریستال توسط بر هم كنش واندروالس و پیوندهای هیدروژنی كه نسبت به باندهای شیمیایی نسبتا ضعیف ترند و راحتتر جدا می شوند، كنار هم نگاه داشته می شوند. بنابراین الیاف در جهت عرضی خواص مكانیكی ضعیفی دارند.buckle ) و در بیرون حلقه بصورت طولی شكاف می خورد. علاوه بر آن، وقتی تا نقطه شكست نیرو به آن اعمال می شود، لیف ترك خوردگی طولی نشان می دهد یا رشته رشته شدن الیاف (fibrillation ) بیشتر از یك ترك روشن و واضح اتفاق می افتد.nomex توسط شركت Dupont برای كاربردهایی كه پایداری ابعادی و مقاومت حرارتی عالی لازم است، به بازار معرفی شد. این محصول به شكل لیف (رشته های پیوسته) و صفحه (كاغذ و تخته) وجود دارد. محصولات Nomex در لباسهای محافظ، فیلترگازهای داغ، شلنگ های خودرو عایقهای الكتریكی، قطعات هواپیما و وسایل ورزشی استفاده می شوند.UV ۱) مقاومت شیمیایی ۲) جمع شدگی (Shrinkage) حرارتی پایین ۳) شكل پذیری قطعات قالبگیری شده ۴) ازدیاد طول شكست پایین ۵) هدایت حرارتی پایین رنگ زرد الیاف كولار ناشی از سیستم الكترون تلفیق پیوند قوی در جهت طولی و نیروی ضعیف در جهت عرضی زنجیرهای پلیمری رفتار لیفی جالب توجهی بوجود می آورد. وقتی الیاف بصورت یك حلقه خم می شوند، درون حلقه، پیچ می خورد این خواص انحصاری الیاف، به كامپوزیت منتقل می شود. چند لایه های با الیاف تك جهته به عنوان مثال از كولار اپوكسی، در جهت طولی الیاف، محكم و قوی هستند ولی در جهت عرضی دارای ضعف می باشند. استحكام فشاری كمتر از استحكام كششی می باشد و خمیدگی تحت بار فشاری یك مشكل محسوب می شود. همچنین محصول Nomex دارای زنجیرهای مولكولی سخت و بلند می باشد كه از پلی متا فنیلن دی آمین تولید می شود. در اثر حرارت ذوب نمی شود و جریان پیدا نمی كند. تخریب و زغال گذاری تا دمای oC ۳۵۰ ادامه پیدا می كند و از نظر شیمیایی و حرارتی بسیار پایدار است. بطور خلاصه، Nomex ویژگیهای ذیل را داراست: ۱) مقاومت حرارتی و شعله ۲) مقاومت بالا در برابر كامپوزیتهای آرامیدی عایق هستند و در تماس با فلزات جریان الكتریسیته تولید نمی كنند. درحالیكه رفتار كششی آنها خطی است و شكست در تنشهای بالا اتفاق می افتد، رفتار فشاری و خمشی كامپوزیتهای آرامیدی، داكتایل می باشد و استحكام نهایی آنها از كامپوزیتهای الیاف شیشه و كربن كمتر است. می توان الیاف آرامید را به همراه شیشه و كربن در ساخت كامپوزیتهای هیبرید بكار برد و از خواص انحصاری هر دو نوع الیاف بهره برد. با بكار بردن تركیبی از الیاف در یك كامپوزیت، می توان به نتایج مطلوب از نظر خواص و مسایل اقتصادی دست یافت. این نوع كامپوزیت را كامپوزیت هیبرید می نامند.