Aramid - Aramid
Aramidfibre , forkortelse for aromatisk polyamid , er en klasse av varmebestandige og sterke syntetiske fibre . De brukes i fly og militære anvendelser, for ballistisk-vurdert kroppsarmering stoff og ballistiske kompositter, i marin tauverk , marin skrog forsterkning, og som en asbesterstatning.
Kjedemolekylene i fibrene er sterkt orientert langs fiberaksen. Som et resultat bidrar en høyere andel av den kjemiske bindingen mer til fiberstyrke enn i mange andre syntetiske fibre. Aramider har et veldig høyt smeltepunkt (> 500 ° C).
Felles aramid merkenavn inkluderer Kevlar , Nomex , og Twaron .
Terminologi og kjemisk struktur
Aramid er en forkortet form for aromatisk polyamid . Begrepet ble introdusert i 1972, godtatt i 1974 av Federal Trade Commission i USA som navnet på en generisk fiberkategori forskjellig fra nylon , og vedtatt av International Standards Organization i 1977.
Aromatisk i navnet refererer til tilstedeværelsen av aromatiske ringer med seks karbonatomer. I aramider er disse ringene forbundet via amidbindinger som hver omfatter en CO -gruppe knyttet til en NH -gruppe.
For å oppfylle FTC -definisjonen av en aramid, må minst 85% av disse koblingene festes til to aromatiske ringer.
Para-aramider og meta-aramider
Aramider er delt inn i to hovedtyper i henhold til hvor koblingene festes til ringene. Ved å nummerere karbonatomene sekvensielt rundt en ring, har para-aramider koblingene festet i posisjonene 1 og 4, mens meta-aramider har dem i posisjonene 1 og 3. Det vil si at festepunktene er diametralt motsatt hverandre i para-aramider, og to atomer fra hverandre i meta-aramider. Illustrasjonen viser dermed en para-aramid.
Historie
Aromatiske polyamider ble først introdusert i kommersielle applikasjoner på begynnelsen av 1960 -tallet , med en meta -aramidfiber produsert av DuPont som HT -1 og deretter under handelsnavnet Nomex . Denne fiberen, som håndterer på samme måte som vanlige tekstilfibre, kjennetegnes av sin utmerkede motstand mot varme, siden den hverken smelter eller antenner i normale oksygennivåer. Det brukes mye i produksjonen av verneutstyr, luftfiltrering, termisk og elektrisk isolasjon, samt erstatning for asbest .
Meta-aramider produseres også i Nederland og Japan av Teijin Aramid under handelsnavnet Teijinconex, i Korea av Toray under handelsnavnet Arawin, i Kina av Yantai Tayho under handelsnavnet New Star og av SRO Group under handelsnavnet X -Fiper, og en variant av meta-aramid i Frankrike av Kermel under handelsnavnet Kermel.
Basert på tidligere undersøkelser fra Monsanto Company og Bayer , ble para -aramidfiber med mye høyere seighet og elastisk modul også utviklet på 1960- og 1970 -tallet av DuPont og AkzoNobel , som begge tjente på sin kunnskap om rayon , polyester og nylonbehandling. I 1973 var DuPont det første selskapet som introduserte en para-aramidfiber, og kalte det Kevlar ; dette er fortsatt en av de mest kjente para-aramidene og/eller aramidene.
I 1978 introduserte Akzo en lignende fiber med omtrent samme kjemiske struktur som kalte den Twaron . På grunn av tidligere patenter på produksjonsprosessen, engasjerte Akzo og DuPont seg en patentkonflikt på 1980 -tallet. Twaron kom deretter under eierskapet til Teijin Aramid Company. I 2011 introduserte Yantai Tayho lignende fiber som kalles Taparan i Kina (se Produksjon ).
Para-aramider brukes i mange høyteknologiske anvendelser, så som romfart og militære anvendelser, for "vanntette" rustning stoff .
Både meta-aramid og para-aramidfiber kan brukes til å lage aramidpapir. Aramidpapir brukes som elektriske isolasjonsmaterialer og konstruksjonsmaterialer for å lage kjerne av honningkake. Dupont laget aramidpapir i løpet av 1960 -årene, og kalte det Nomex -papir. Yantai Metastar Special Paper introduserte et aramidpapir i 2007, som kalles metastarpapir . Både Dupont og Yantai Metastar lager meta-aramid og para-aramid papir.
Helse
I løpet av 1990 -årene viste en in vitro -test av aramidfibre at de viste "mange av de samme effektene på epitelceller som asbest , inkludert økt radiomerket nukleotidinnlemmelse i DNA og induksjon av ODC ( ornitin -dekarboksylase ) enzymaktivitet", noe som øker muligheten for kreftfremkallende implikasjoner. I 2009 ble det imidlertid vist at inhalerte aramidfibriller forkortes og fjernes raskt fra kroppen og utgjør liten risiko. En interessekorreksjon ble senere gitt av forfatteren av studien om at "Denne anmeldelsen ble bestilt og finansiert av DuPont og Teijin Aramid, men forfatteren alene var ansvarlig for innholdet og skrivingen av avisen."
Produksjon
Verdens kapasitet for para-aramidproduksjon ble estimert til om lag 41 000 tonn per år i 2002 og øker hvert år med 5–10%. I 2007 betyr dette en total produksjonskapasitet på rundt 55 000 tonn per år.
Polymerpreparat
Aramider fremstilles generelt ved reaksjon mellom en amingruppe og et karboksylsyre- halogenid -gruppe. Enkle AB -homopolymerer kan se ut
- n NH 2 −Ar − COCl → - (NH − Ar − CO) n - + n HCl
De mest kjente aramidene ( Kevlar , Twaron , Nomex , New Star og Teijinconex) er AABB-polymerer. Nomex, Teijinconex og New Star inneholder hovedsakelig metakoblingen og er poly- metafenylenisoftalamid (MPIA). Kevlar og Twaron er begge p -fenylentereftalamider (PPTA), den enkleste formen for AABB para -polyaramid. PPTA er et produkt av p -fenylendiamin ( PPD ) og tereftaloyldiklorid (TDC eller TCl) .
Produksjon av PPTA er avhengig av et ko-løsningsmiddel sammen med en ionisk komponent ( kalsiumklorid , CaCl 2 ) for å oppta de hydrogenbindingene av amidgruppene, og en organisk komponent ( N-metyl-pyrrolidon, NMP ) til å oppløse den aromatiske polymer . Denne prosessen ble oppfunnet av Leo Vollbracht, som jobbet ved det nederlandske kjemikaliefirmaet Akzo . Bortsett fra det kreftfremkallende heksametylfosfortriamid ( HMPT ), er det fremdeles ikke kjent noe praktisk alternativ for oppløsning av polymeren. Bruken av NMP/CaCl 2 -systemet førte til en utvidet patentkonflikt mellom Akzo og DuPont.
Snurrer
Etter produksjon av polymeren produseres aramidfibrene ved å spinne den oppløste polymeren til en fast fiber fra en flytende kjemisk blanding. Polymer løsningsmiddel for spinning av PPTA er vanligvis 100% vannfri t svovelsyre (H 2 SO 4 ).
Utseende
Andre typer aramider
Foruten meta-aramider som Nomex, tilhører andre variasjoner aramidfiberområdet. Disse er hovedsakelig av kopolyamid- typen, best kjent under merkenavnet Technora , som utviklet av Teijin og ble introdusert i 1976. Produksjonsprosessen for Technora reagerer PPD og 3,4'-diaminodifenyleter (3,4'-ODA) med tereftaloylklorid (TCl) . Denne relativt enkle prosessen bruker bare ett amidoppløsningsmiddel, og derfor kan spinningen utføres direkte etter polymerproduksjonen.
Aramid fiber egenskaper
Aramider deler en høy orienteringsgrad med andre fibre som polyetylen med ultrahøy molekylvekt , en egenskap som dominerer deres egenskaper.
Generell
- god slitestyrke
- god motstand mot organiske løsningsmidler
- ikke -ledende
- meget høyt smeltepunkt (> 500 ° C)
- lav antennelighet
- god stoffintegritet ved forhøyede temperaturer
- følsom for syrer og salter
- følsom for ultrafiolett stråling
- utsatt for elektrostatisk ladning hvis den ikke er ferdig
Para-aramider
- para-aramidfibre, som Kevlar og Twaron, gir enestående styrke-til-vekt-egenskaper
- høy akkordmodul
- høy utholdenhet
- lav kryp
- lav forlengelse ved brudd (~ 3,5%)
- vanskelig å farge-vanligvis løsningsfarget
Bruker
- flammebestandige klær
- varmebeskyttende klær og hjelmer
- body rustning , som konkurrerer med polyetylenbaserte fiberprodukter som Dyneema og Spectra
- komposittmaterialer
- erstatning av asbest (f.eks. bremsebelegg )
- varm luft filtrering stoffer
- dekk , nylig som Sulfron (svovelmodifisert Twaron )
- mekanisk forsterkning av gummivarer
- tau og kabler
- Kilerem (bil, maskiner, utstyr og mer)
- veker for ilddans
- optisk fiberkabel systemer
- seil klut (ikke nødvendigvis racing båt seil)
- sports varer
- trommehoder
- blåseinstrument siv , som Fibracell merkevare
- høyttalermembraner
- naust materiale
- fiberarmert betong
- forsterkede termoplastiske rør
- tennisstrenger , f.eks. av Ashaway og Prince tennisselskaper
- hockeykøller (vanligvis i sammensetning med materialer som tre og karbon)
- snowboards
- innkapslinger for jetmotorer
- fiskehjul -dragsystemer
- asfalt forsterkning
- Prusiks for fjellklatrere (som glir langs hovedtauet og ellers kan smelte på grunn av friksjon).
Se også
Para-aramid
Meta-aramid
- Nomex
- Teijinconex
Andre
Notater og referanser
Videre lesning
- JA Reglero Ruiz; M Trigo-López; FC Garcia; JM Garcia (2017). "Funksjonelle aromatiske polyamider" . Polymerer . 9 (12): 414. doi : 10.3390/polym9090414 .
- JWS Hearle (2000). Høytytende fibre . Woodhead Publishing LTD., Abington, Storbritannia - Textile Institute . ISBN 978-1-85573-539-2.
- Doetze J. Sikkema (2002). "Kunstige fibre hundre år: Polymerer og polymerdesign". J Appl Polym Sci (83): 484–488.
- Kh. Hillermeier & HG Weijland (1977). "Et aramidgarn for forsterkning av plast". Plastica (11): 374–380.
- DuPont og Teijin for å utvide aramidproduksjonen - september 2004