Aramiidkiud, mis on lühend sõnadest aromaatne polüamiidkiud, on üks neljast kõrgjõudlusega kiust, mille arendamine Hiinas on prioriteetne, koos süsinikkiu, ülikõrge molekulmassiga polüetüleenkiu (UHMWPE) ja basaltkiuga. Nagu tavaline nailon, kuulub aramiidkiud polüamiidkiudude perekonda, mille peamises molekulaarahelas on amiidsidemed. Peamine erinevus seisneb sidemetes: nailoni amiidsidemed on seotud alifaatsete rühmadega, samas kui aramiidi omad on konjugeeritud benseenitsüklitega. See spetsiaalne molekulaarstruktuur annab aramiidkiule äärmiselt suure aksiaalse tugevuse (>20cN/dtex) ja elastsusmooduli (>500GPa), muutes selle eelistatud materjaliks tipptasemel kaablite tugevdamiseks.
Aramiidkiudude tüübid
Aramiidkiudhõlmab peamiselt täielikult aromaatseid polüamiidkiude ja heterotsüklilisi aromaatseid polüamiidkiude, mida saab edasi liigitada orto-aramiidiks, para-aramiidiks (PPTA) ja meta-aramiidiks (PMTA). Nende hulgas on meta-aramiidi ja para-aramiidi tööstuslikult kasutusele võetud. Molekulaarstruktuuri seisukohast seisneb nende kahe peamine erinevus süsinikuaatomi asukohas benseenitsüklis, mille külge amiidside on kinnitunud. See struktuuriline erinevus toob kaasa olulisi erinevusi mehaanilistes omadustes ja termilise stabiilsuse osas.
Para-aramiid
Para-aramiid ehk polü(p-fenüleentereftalamiid) (PPTA), Hiinas tuntud ka kui Aramiid 1414, on lineaarne kõrgpolümeer, mille amiidsidemetest üle 85% on otse seotud aromaatsete tsüklitega. Kaubanduslikult kõige edukamad para-aramiidtooted on DuPonti Kevlar® ja Teijini Twaron®, mis domineerivad maailmaturul. See oli esimene kiud, mis kunagi toodeti vedelkristallilise polümeeri ketramislahuse abil, pannes aluse uuele ajastule kõrgjõudlusega sünteetiliste kiudude valdkonnas. Mehaaniliste omaduste poolest võib selle tõmbetugevus ulatuda 3,0–3,6 GPa-ni, elastsusmoodul 70–170 GPa-ni ja katkevenivus 2–4%. Need erakordsed omadused annavad sellele asendamatud eelised optiliste kaablite tugevdamisel, ballistilisel kaitsel ja muudes valdkondades.
Meta-aramiid
Meta-aramiid ehk polü(m-fenüleenisoftalamiid) (PMTA), Hiinas tuntud ka kui Aramiid 1313, on juhtiv kõrge temperatuurikindel orgaaniline kiud. Selle molekulaarstruktuur koosneb amiidrühmadest, mis ühendavad meta-fenüleenrõngaid, moodustades siksakilise lineaarse ahela, mida stabiliseeritud tugevate molekulidevaheliste vesiniksidemetega 3D-võrgustikus. See struktuur annab kiule suurepärase leegiaeglustuse, termilise stabiilsuse ja kiirguskindluse. Tüüpiline toode on DuPonti Nomex®, mille hapnikusisalduse piirindeks (LOI) on 28–32, klaasistumistemperatuur umbes 275 °C ja pidev töötemperatuur üle 200 °C, mistõttu seda kasutatakse laialdaselt tulekindlates kaablites ja kõrge temperatuuriga isolatsioonimaterjalides.
Aramiidkiudude silmapaistvad omadused
Aramiidkiud pakub ülikõrget tugevust, kõrget moodulit, kuumakindlust, happe- ja leeliskindlust, väikest kaalu, isolatsiooni, vananemiskindlust, pikka eluiga, keemilist stabiilsust, sulanud tilkade puudumist põlemisel ja mittetoksiliste gaaside eraldumist. Kaablirakenduste seisukohast on para-aramiid meta-aramiidist parem kuumakindluse poolest, pidev töötemperatuuride vahemik on -196 kuni 204 °C ning lagunemine ja sulamine temperatuuril 500 °C on välistatud. Para-aramiidi tähelepanuväärseimate omaduste hulka kuuluvad ülikõrge tugevus, kõrge moodul, kuumakindlus, keemiline vastupidavus ja madal tihedus. Selle tugevus ületab 25 g/dtex – 5–6 korda suurem kui kvaliteetsel terasel, 3 korda suurem kui klaaskiul ja kaks korda suurem kui ülitugeval nailonist tööstuslõngal. Selle moodul on 2–3 korda suurem kui terasel või klaaskiul ja 10 korda suurem kui ülitugeval nailonil. See on kaks korda tugevam kui terastraat ja kaalub vaid umbes 1/5 sellest, mistõttu sobib see eriti hästi kasutamiseks tugevdusena optilistes kaablites, allveekaablites ja muudes tipptasemel kaablitüüpides.
Aramiidkiudude mehaanilised omadused
Meta-aramiid on painduv polümeer, mille purunemistugevus on suurem kui tavalisel polüestril, puuvillal või nailonil. Sellel on suur venivus, pehme tunne, hea kedrutatavus ja seda saab toota lühikesteks kiududeks või erineva denjee arvuga niitideks. Seda saab kedrata kangasteks ja lausriieteks, kasutades standardseid tekstiilimasinaid, ning töödelda vastavalt erinevate tööstusharude kaitserõivaste vajadustele. Elektriisolatsioonis paistavad meta-aramiidi leegiaeglustavad ja kuumakindlad omadused silma. LOI-ga üle 28 ei põle see pärast leegist lahkumist edasi. Selle leegikindlus on omane keemilisele struktuurile, muutes selle püsivalt leegiaeglustavaks – vastupidavaks pesemise või pikaajalise kasutamise tõttu tekkivatele jõudluse kadudele. Meta-aramiidil on suurepärane termiline stabiilsus, pidev kasutamine temperatuuril 205 °C ja tugev tugevuse säilitamine isegi temperatuuril üle 205 °C. Selle lagunemistemperatuur on kõrge ja see ei sula ega tilgu kõrgel temperatuuril, alustades karboniseerumist alles üle 370 °C. Need omadused muudavad selle ideaalseks isolatsiooniks ja tugevdamiseks kõrge temperatuuri või tulekindlates kaablites.
Aramiidkiudude keemiline stabiilsus
Meta-aramiidil on suurepärane vastupidavus enamiku kemikaalide ja kontsentreeritud anorgaaniliste hapete suhtes, kuigi see on tundlik kontsentreeritud väävel- ja lämmastikhapete suhtes. Samuti on sellel toatemperatuuril hea leeliskindlus.
Aramiidkiudude kiirguskindlus
Meta-aramiid on erakordselt kiirguskindel. Näiteks pikaajalisel kokkupuutel 1,2×10⁻² W/cm² ultraviolettkiirguse ja 1,72×10⁸ rad gammakiirgusega jääb selle tugevus muutumatuks. See silmapaistev kiirguskindlus muudab selle eriti sobivaks tuumaelektrijaamades ja kosmoselaevades kasutatavate kaablite jaoks.
Aramiidkiudude vastupidavus
Meta-aramiid on suurepärase kulumis- ja keemilise vastupidavusega. Pärast 100 pesukorda säilitab kodumaal toodetud meta-aramiidist kangas üle 85% oma algsest rebenemistugevusest. Kaablirakendustes tagab see vastupidavus pikaajalise mehaanilise ja elektrilise jõudluse stabiilsuse.
Aramiidkiudude rakendused
Aramiidkiudu kasutatakse laialdaselt Hiina lennundus-, auto-, elektromehaanika-, ehitus- ja sporditööstuses tänu oma suurepärastele mehaanilistele omadustele, kõrgele temperatuurile vastupidavusele ja keemilisele stabiilsusele. Seda peetakse võtmematerjaliks kõrgjõudlusega tööstusharude edasiseks arenguks. Eelkõige mängib aramiid asendamatut rolli sideoptiliste kaablite, toitekaablite, kõrgele temperatuurile vastupidavate kaablite, allveekaablite ja erikaablite valdkonnas.
Lennundus- ja sõjandusvaldkonnad
Aramiidkiud on madala tihedusega, suure tugevusega ja suurepärase korrosioonikindlusega. Seda kasutatakse laialdaselt kosmosesõidukite konstruktsioonielementides, näiteks rakettmootorite korpustes ja lairiba radoomis. Selle komposiitmaterjalidel on suurepärane löögikindlus ja elektromagnetiliste lainete läbipaistvus, mis vähendab oluliselt õhusõidukite kaalu ja suurendab ohutust. Kaitsesektoris kasutatakse aramiidi kuulikindlates vestides, kiivrites ja plahvatuskindlates konteinerites, muutes selle järgmise põlvkonna kerge sõjalise kaitse juhtivaks materjaliks.
Ehitus- ja transpordivaldkonnad
Ehitustööstuses kasutatakse aramiidkiudu konstruktsioonide tugevduseks ja sillakaablisüsteemideks tänu oma kergele kaalule, paindlikkusele ja korrosioonikindlusele. See on eriti efektiivne ebakorrapäraste konstruktsioonide tugevdamisel. Transpordis kasutatakse aramiidi autode ja lennukite rehvikoortriie kangastes. Aramiidiga tugevdatud rehvid pakuvad suurt tugevust, torkekindlust, kuumakindlust ja pikka kasutusiga, vastates tänapäevaste kiirsõidukite ja lennukite jõudlusnõuetele.
Elektri-, elektroonika- ja kaablitööstus
Aramiidkiul on eriti silmapaistvad rakendused elektri-, elektroonika- ning juhtmete ja kaablite tootmise sektorites, eriti järgmistes valdkondades:
Tõmbetugevuselemendid optilistes kaablites: Suure tõmbetugevuse ja elastsusmooduliga aramiidkiud toimib sideoptilistes kaablites tõmbetugevuselemendina, kaitstes õrnu optilisi kiude pinge all oleva deformatsiooni eest ja tagades stabiilse signaaliülekande.
Kaablite tugevdused: Spetsiaalsetes kaablites, allveelaevakaablites, jõukaablites ja kõrge temperatuuri taluvates kaablites kasutatakse aramiidi tavaliselt keskse tugevduselemendi või soomuskihina. Võrreldes metalltugevdustega pakub aramiid paremat tugevust väiksema kaalu juures, suurendades oluliselt kaabli tõmbetugevust ja mehaanilist stabiilsust.
Isolatsioon ja leegiaeglustus: Aramiidkomposiitidel on suurepärane dielektriline ja termiline stabiilsus. Neid kasutatakse laialdaselt kaabliisolatsioonikihtides, leegiaeglustavates ümbristes ja halogeenivabades madala suitsuga ümbristes. Pärast isoleeriva lakiga immutamist kombineeritakse aramiidpaber loodusliku vilguga, et seda saaks kasutada kõrge temperatuuriga mootorites ja trafodes.
Tulekindlad ja raudteetranspordikaablid: Aramiidkiudude loomupärane leegikindlus ja kuumakindlus muudavad selle ideaalseks kasutamiseks laevakaablites, raudteetranspordikaablites ja tuumakvaliteediga tulekindlates kaablites, kus ohutusstandardid on ranged.
Elektromagnetiline ühilduvus ja kerge kaal: Aramiidi suurepärane elektromagnetiline läbipaistvus ja madal dielektriline konstant muudavad selle sobivaks elektromagnetiliste häirete varjestuskihtide, radari radoome ja optoelektrooniliste integratsioonikomponentide jaoks, aidates parandada elektromagnetilist ühilduvust ja vähendada süsteemi kaalu.
Muud rakendused
Tänu oma suurele aromaatsete tsüklite sisaldusele pakub aramiidkiud suurepärast keemilist stabiilsust ja korrosioonikindlust, mistõttu sobib see mereköite, naftapuurimiskaablite ja õhuliinide ülekandekaablite jaoks karmides tingimustes. Seda kasutatakse laialdaselt ka esmaklassilistes spordivarustuses, kaitsevahendites ja autopiduriklotsides ning seda kasutatakse üha enam keskkonnasõbraliku alternatiivina asbestile tihendus- ja isolatsioonirakendustes, soojusisolatsioonipaneelides ja muudes tihenduskomponentides, tagades nii jõudluse kui ka keskkonnaohutuse.
Postituse aeg: 31. juuli 2025