Арамид

Арамид (англ. aramid аббр. aromatic polyamide — ароматический полиамид) — полипарафенилентерефталамид, синтетическое волокно высокой механической и термической прочности. Состоит из бензольных колец, соединённых друг с другом через группу -NH-CO-; между водородными и кислородными отростками молекул соседних цепей образуются прочные водородные связи, обеспечивающие высокую механическую прочность всего волокна.

Наиболее распространены пара- и мета- изомеры арамида — пара-арамид (известный под торговыми марками Кевлар, Twaron и др.) и мета-арамид (известный под торговой маркой Номекс).

История

Впервые арамидное волокно было получено в 1960-х годах в лаборатории химического гиганта DuPont командой специалистов во главе со Стефани Кволек. На рынок оно было выпущено в 1975 году под торговой маркой Kevlar. Несколько позже, но совершенно независимо, аналогичное волокно было получено в СССР и стало известно под названием ТСВМ (позднее — СВМ). В настоящее время выпуск арамидного волокна налажен по всему миру под самыми различными торговыми марками.

Характеристики

Для пара-арамидного волокна характерна высокая механическая прочность. В зависимости от марки, разрывная прочность волокна может колебаться от 280 до 550 кг/мм² (у стали, для сравнения, этот параметр находится в пределах 50—150 кг/мм², лишь самые высокопрочные сорта стали со специальной обработкой приближаются по прочности к наименее прочным сортам арамида). Такая высокая прочность сочетается с относительно малой плотностью — 1400—1500 кг/м³ (плотность чистой воды 1000 кг/м³, плотность стали порядка 7800 кг/м³). В мире производятся 2 наиболее известные марки пара-арамидного волокна: «Кевлар» (фирма DuPont, США), «Тварон» (фирма «Тейджин», Япония — Нидерланды). С 2007 года в Южной Корее компанией «Колон Индастриз» начато производство пара-арамида под торговой маркой «Heracron».

Мета-арамидное волокно (наиболее известна марка — «Номекс») отличается высокой термической стойкостью. Оно способно длительное время работать при температуре 250 °C, на короткое время (несколько секунд) температура может повышаться до 400—500 °C, а при достаточном запасе прочности — ещё выше. Арамид, как и подавляющее большинство других органических соединений, горит в атмосфере кислорода, но концентрации кислорода в воздухе недостаточно для устойчивого горения — волокно быстро самостоятельно гаснет, если находится вне пламени.

В СССР для температурных применений была разработана и внедрена в производство на ПО «Химволокно» в г. Светлогорск (Беларусь) технология полиоксадиазольного волокна «Оксалон» (в настоящее время название Арселон). Некоторые западные компании называют это волокно «Русский Номекс». По свойствам «Арселон» аналогичен «Номексу», хотя технологии производства отличаются существенно.

В России производство арамидных волокон осуществляет ОАО «Каменскволокно» г. Каменск-Шахтинский (Ростовская область). Предприятие производит такие синтетические высокомодульные нити как СВМ, Русар, Армос, Artec и АРУС, применяемые в кабельной промышленности, изготовлении композиционных материалов и резинотехнических изделий, при армировании изделий, а также для изготовления специальных термостойких тканей, грузонесущих элементов и средств баллистической защиты.

Все технологические процессы получения арамидных волокон характеризуются большим потреблением воды и серной кислоты.

Применение

Изначально арамидное волокно было создано для армирования автомобильных шин, оно и сейчас с успехом применяется для этого, но за счёт своих высоких характеристик оно нашло самое широкое применение в самых различных отраслях.

Чистое арамидное волокно применяется для изготовления сверхпрочных тросов и тканей, оплётки оптических и иных кабелей.

Композиты на основе арамида имеют высокую прочность при малой массе, что делает их незаменимыми в производстве авиационной и космической техники, спортивных снарядов, костюмов для пожарных и т. д.

Сама Стефани Кволек особенно гордится применением её изобретения в производстве бронежилетов и огнезащитной одежды — это применение арамида спасло десятки, если не сотни тысяч человеческих жизней.

Недостатки

У арамидного волокна есть три основных недостатка: цена, «боязнь» воды и старение.

При намокании в волокне нарушаются водородные связи, что снижает его механическую прочность почти в два раза. К счастью, при высыхании оно восстанавливает свои качества. Кроме того, со временем механическая прочность волокна теряется безвозвратно. Как правило, производители дают 5 лет гарантии на сохранение волокном своих свойств.

Однако, применяя различные способы обработки, можно добиться практически полного устранения двух последних недостатков. Так, например, производители волокна Twaron утверждают, что добились надёжной защиты от воды и гарантируют не менее десяти лет стабильной эксплуатации.

Так же к недостаткам арамидных волокон следует отнести их плохую окрашиваемость. Волокно бывает практически исключительно жёлтого цвета. Это не имеет значения при техническом применении, однако может помешать при изготовлении из него повседневной одежды.