الیاف آرامید و خواص آنها

الیاف آرامید و خواص آنها را در این مقاله به صورت کامل بررسی خواهیم کرد تا به با الیاف آرامید و خواص آن کاملا آشنا شوید. این نوع الیاف با توجه به طبقه بندی کامپوزیت ها در ساخت انواع کامپوزیت ها مورد استفاده می باشد.

آرامید از نظر شیمیایی

آرامید عبارتی کلی است که به پلی آمیدهای حلقوی یا آروماتیک (Aromatic Polyamides) اطلاق می‌شود تا از پلی آمیدهای آلیفاتیک یا خطی تمیز داده شوند. پلی آمیدهای حلقوی از مقاومت شیمیایی بیشتر، پایداری حرارتی بهتر، دمای انتقال شیشه‌ای و نقطه ذوب بالاتری نسبت به پلی آمیدهای خطی برخوردار می‌باشند. این پلیمرها حاوی گروه‌های آمید (-NH) و کرونیل (-CO-) به شکل واحدهای تکرار شونده زیر (AB یا AABB) می‌باشند:

– NH – Ar – CO –

– NH – Ar – HN – CO – Ar’ – CO –

که ممکن است Ar و Ar’ واحدهای آروماتیک یکسان و مختلفی باشند. واحدهای آروماتیک معمولا شامل حلقه‌های فنیلن (Phenylene) و نفتالین (Naphthalene) و یا هتروسیکلیک (Hetrocyclic) می‌باشند. در الیاف آرامیدی به جهت تکرار زیاد ساختار حلقوی با آرایش پارا، زنجیره پلیمر، سفت (stiff) و میله مانند می‌باشد. گروه آمیدی نیز به راحتی اجازه چرخش زنجیره را نمی‌دهد. زیرا پیوند C-N مثل یک پیوند دوگانه عمل می‌کند و انرژی بالایی (حدود kCal/mole 22) برای چرخش آن نیاز است. بیشتر آرامیدها حاوی ساختاری با آرایش پارا در زنجیره اصلی خود هستند. بعضی دیگر از ساختارهای شیمیایی که به طور جزئی در ساختار آن‌ها مشاهده شده است در شکل 1 آورده شده‌اند. این ساختار بدان جهت که می‌توانند در سختی زنجیر، حلالیت و خواص یک لیف آرامیدی تاثیر بگذارند اهمیت دارند.

شکل 1

پلیمرهای آرامیدی با خصوصیاتی چون نقطه ذوب بالا، پایداری حرارتی عالی مقاومت در برابر شعله، غیر قابل حل بودن در بسیاری از حلال‌های آلی شناخته شده‌اند. انواع استخلاف نشده آن‌ها چگالی بین g/cm³ 43/1 تا 46/1 و انواع استخلاف شده چگالی کمتری در حدود g/cm³ 2/1 تا 4/1 دارند.

شرکت های تولید کننده الیاف آرامید

در حال حاضر مهم‌ترین الیاف آرامیدی که به صورت تجاری در دسترس هستند کولار (Kevlar) از شرکت دوپونت (DuPoint) آمریکا، وارلون (Warlon) از شرکت آکزو (Akzo) هلند و تکنورا (Technora) از شرکت تیجین (Teijin) ژاپن و آرموس از روسیه هستند که معروف‌ترین آن‌ها کولار می‌باشد.

برای آشنا شدن با بافت های الیاف مورد استفاده در ساخت کامپوزیت‌ ها روی عنوان مقاله زیر کلیک کنید.

مقاله بافت های مختلف الیاف مورد استفاده در ساخت کامپوزیت‌ ها

ریز ساختار الیاف آرامید

الیاف PPTA خواصی ناهمسان دارند زیرا مولکول‌های آن در صفحاتی مسطح آرایش یافته‌اند به طوریکه مولکول‌ها در جهت الیاف پیوندهای کووالانسی و در جهت عمود بر جهت الیاف پیوند ضعیف‌تر هیدروژنی دارند (شکل 2). مطالعات نشان داده است که این صفحات مسطح به نوبه خود با قرار گرفتن در کنار هم و به صورت کم چین خورده (pleated) ساختار سه بعدی الیاف کولار را به وجود می‌آورند (شکل 3).

شکل 2: پیوندهای کوالانسی در زنجیر کولار 49 و پیوند هیدروژنی بین زنجیرها

شکل 3: ساختار آرایش یافته سه بعدی کولار 49

بررسی‌ها نشان داده است که الیاف آرامید ساختاری فیبریلا (fibrillar) نیز دارند و در اثر سایش به راحتی رشته رشته (fibrillate) می‌شوند (شکل 4). پانار (Panar) در مطالعات خودابعاد نواحی فیبریلار را را عرض حدود nm 600 و طول تا چند سانتیمتر ذکر کرده است. اعتقاد بر آن است که شکست کششی (tensile failure) از انتهای فیبریل‌ها شروع و از طریق شکست برشی (shear failure) بین فیبریل‌ها ادامه می‌یابد.

شکل 4: سطح مقطع شکست الیاف؛ الف) کولار (رشته رشته شدن) و ب) شیشه

خواص الیاف آرامید

مهم‌ترین خواص الیاف آرامیدی عبارتند از:

• نسبت استحکام و مدول به وزن بسیار عالی.
• مقاومت ضربه عالی
• مقاومت در مقابل شکست ناشی از خزش (Creep rupture) بسیار برجسته.
• مقاومت خستگی خوب.
• عدم حساسیت به شکاف یا ترک (notch)
• مقاومت بالا در مقابل حلال‌های آلی، مواد سوختی و نرم کننده‌ها.
• مقاومت خوب در مقابل اسیدها و بازها.
• خواص خوب اتلاف انرژی ارتعاشی.
• خواص دی الکتریک عالی نسبت به شیشه.
• خواص خود خاموش‌کنی با نشر دود کم.
• امکان استفاده مداوم تا دمای حدود 180 C^◦

مثال با شکل عملی

همچنان که در شکل 5 نشان داده شده است، در کرنش فشار 3/0 تا 5/0% یک پدیده تسلیم (Yield) مشاهده می‌شود. این پدیده مربوط به تغیر مورفولوژی و پیدایش یک نقص ساختمانی معروف به ناحیه گره یا پیچش (kink band) است که ناشی از کمانش (buckling) مولکول های آرامید است. به همین جهت الیاف‌ آرامید در کاربردهایی که کرنش فشاری بالایی نیاز است، استفاده نمی‌شوند (شکل 5).

شکل 5: رفتار تنش- کرنش الیاف آرامید در حالت‌های کششی و فشاری

برای آشنا شدن با ساخت نمودار تنش کرنش برای مواد مختلف روی عنوان مقاله زیر کلیک کنید و مطالعه نمائید.

مقاله آموزش ساخت منحنی تنش کرنش برای مواد مختلف

اثر نور ماورای بنفش بر الیاف آرامیدی

نور ماورای بنفش بر الیاف آرامیدی اثر تخریبی دارد و میزان تخریب آن به ضخامت الیاف بستگی دارد. اما الیاف آرامید نقش خودمحافظ (self-screening) دارند و تخریب لایه‌های رویی مانع از تخریب لایه‌های زیرین می‌شود. این مشکل در سازه‌های کامپوزیتی کمتر اهمیت دارد؛ زیرا زمینه تا حدودی نقش محافظ را برای الیاف ایفا می‌کند. همچنین با افزودن مواد جاذب UV به رزین مشکل فوق بیشتر کاهش می‌یابد.

مقاومت شیمیایی بر الیاف

از نظر مقاومت شیمیایی، بیشتر حلال‌های آلی تاثیر کمی بر الیاف آرامیدی دارند و بیشتر محلول‌های آبی نمک‌ها بر آن تاثیر ندارند. اما اسیدهای قوی و بازها در دمای بالا و یا در غلظت‌های زیاد بر الیاف آرامیدی اثر می‌گذارند.

الیاف آرامیدی رنگ زرد ماتی دارند و مشابه دیگر الیاف مورد استفاده در کامپوزیت‌ها به اشکال مختلف مانند نخ (Yarn)، دسته الیاف نتابیده (roving)، پارچه و الیاف کوتاه و غیره به بازار عرضه می‌شوند (شکل 6).

شکل 6: اشکال مختلف الیاف آرامیدی

لازم به ذکر است که برش الیاف آرامید با وسایل برش معمولی به سختی انجام می‌شود و به وسایل برش مخصوص نیاز است. همچنین برش کامپوزیت‌های آن‌ها و نیز عملیات پرداخت کاری، نیازمند استفاده از ابزار مخصوص است.

---

مقاله قبلی سایت آگهی تخصصم اینه را می توانید اینجا بخوانید

همچنین شما دوست عزیز و متخصص نیز می توانید مقالات خود را با اسم خودتون (شرکت، اشخاص و مخترعان) به همراه تبلیغ تخصص، محصولات و خدمات خود در آخر آن در سایت تخصصم اینه به رایگان منتشر نمایید. البته به شرطی که مقاله کپی از سایت های دیگر و حتی خودتون نباشد. مقالات تا همیشه در سایت خواهند ماند.

اینجا کلیک کنید تا شرایط نوشتن و فرستادن مقاله را مشاهده نمایید.

برای تبلیغ خدمات و محصولات تخفیفدار خود در صفحه اول سایت با حداقل هزینه(با لینک فالو به سایت) اقدام نمایید(از اینجا بیشتر مطالعه کنید).

در فرم زیر نیز می توانید ایمیل خود را برای دریافت آخرین مقاله های سایت وارد نمایید.