Aramidok
Az aramidok általános szerkezete |
Ismétlődő egységek aromás poliamid készült diamin és egy dikarbonsav-klorid. Ar 1 jelentése az alkalmazott dikarbonsav- klorid „ arilcsoportja ”, Ar 2 az alkalmazott diaminvegyület arilcsoportja. A karboxamid csoportok vannak jelölve kék . |
Az aramidok (egy szót összefoglalása Ar omatische poli -amid ) Az ISO egy általános kifejezés az ilyen poliamidok , amelyben a amidcsoportok , hogy az aromás csoportok kapcsolódnak. Az aramidok a folyadékkristályos polimerek (FKP) közé tartoznak. Elsősorban szálak (mind szálak, mind vágott szálak ) formájában, de szálak és pépek , fóliák , papírok és részecskék formájában is előállítják őket. Az Egyesült Államok Szövetségi Kereskedelmi Bizottságának meghatározása szerintA textilszálak esetében az aramidok a fő láncban aromás csoportokat tartalmazó poliamidok, amelyekben az amidcsoportok legalább 85% -a közvetlenül két aromás gyűrűhöz kapcsolódik. Az európai textilcímkézési rendelet is előírja ezt, de aromás poliamid-imideket is jelöl .
Különbséget tesznek meta- aramidok, para- aramidok és para- aramid kopolimerek között . A nagyteljesítményű szálak közül az m-aramid szálak a hagyományos textilszálak területén mechanikus tulajdonságokkal rendelkező infúziós, magas hőmérsékletű és lángálló szálak csoportjába tartoznak. Kivételes kémiai ellenálló képesség és magas hőállóság jellemzi őket. A p-aramid szálak, valamint a p-aramid kopolimer szálak a nagy szilárdságú, fokozott hőmérséklet-ellenállóságú szintetikus szálak csoportjába tartoznak. Az m-aramid szálak jól ismert márkanevei a Nomex a DuPont-tól és a Teijinconex a Teijin Aramid-tól, a p-aramid szálak Kevlar a DuPont-tól és a Twaron a Teijin Aramid-tól és a para-aramid kopolimerek a Technora- tól a Teijin Aramid-tól.
Poli ( p- fenilén-tereftalamid) |
Poli ( m- fenilén-izoftalamid) |
Az aramid története
A nagy szilárdságú és magas hőmérsékletnek ellenálló szálak keresését nagyrészt az űrutazás igénye váltotta ki. Már az 1940-es években a kémiai szálas kutatások felismerték, hogy az aromás magot tartalmazó poliamidok viszonylag magas olvadáspontúak, merevebbek és méretstabilabbak, mint az alifás csoportokat tartalmazó vegyületek. Ugyanakkor az is világos volt, hogy a magas olvadáspontú, teljesen aromás poliamidokat nem lehet fonni az olvadékból, és kevéssé oldódnak. Ezért teljesen technikai újításokra volt szükség a teljesen aromás, nagy molekulatömegű poliamidok előállításához.
1950-ben Emerson Wittbecker vegyész interfaciális polikondenzációt fejlesztett ki az USA-ban, a DuPont -nál . Erről a második világháború előtti német szintetikus szálkutatásról szóló szövetséges jelentésből kapott bizonyítékokat. A módszert tovább fejlesztették a DuPontnál, és Paul Morgan kibővítette az oldat polikondenzációjával. Ezen polikondenzációs módszerek alapján a DuPont kutatói kitalálták a hőálló HT-1 poli ( m- fenilén-tereftalamid) szálat az 1950-es évek végén / 1960-as évek elején , rövid hosszúságú vágott szálak keveréke, HT-1 fibridekkel. A szálat 1962-ben Nomex márkanéven dobták piacra .
További technikai előrelépés történt, amikor 1965-ben Stephanie Kwolek felfedezte az oldatban lévő p-aramidok folyadék-kristályos viselkedését, és a poli ( p- fenilén-tereftalamid) szintézisére is összpontosított, mivel ez a p-aramid olcsó kiindulási anyagokon és fejlesztésen alapult. egy teljesen új fonási folyamatot tett lehetővé Herbert Blades. Az első p-aramidból készült szálat Fiber B-nek hívták, és gyártási folyamatát 1971-ben bővítették, így az első termelő létesítmény kb. 2000 t éves kapacitással épülhetett meg. Kevlar márkanéven indult 1972-ben.
Ugyancsak az 1950-es évek végén kezdték meg az aramidok kutatását a volt Szovjetunióban , amelyet a katonaság támogatott. A rost, amely összehasonlítható volt a hőálló m-aramid rosttal, a Nomex- szel, a Fenilon márkanevet kapta . Először 1969-ben gyártották az Unió Szintetikus Szálkutatás Intézetének kísérleti üzemében, de csak 1985-ben kezdte meg működését az első ipari gyártó üzem. Nagy szilárdságú és nagy modulusú szálat is kifejlesztettek 1969-ben Vniivlon néven, amelynek nevét további fejlesztések után SVM- re változtatták, és 1972-től a további feldolgozási technológiák számára elérhető volt. Később Armos, egy aramid kopolimer szálat és egy p-aramid szálat állítottak elő.
A brit ICI az 1960-as évek közepén / végén kutatási programot is indított az aramidszálak előállítására, néhány szálat egy kisüzemben is előállított, de vezetői döntés miatt 1976-ban abbahagyta a munkát.
Az 1970-es évek elején az AKZO holland cég is megkezdte az aramidszálak fejlesztését. 1972 végén az AKZO kutatói egy aramid szálat fejlesztettek ki, amelynek tulajdonságai összehasonlíthatók a DuPont B szálával (Kevlar). Az AKZO ezt a szálat Fiber X néven fejlesztette ki, 1975-től Arenka néven . 1976-ban üzembe helyezték ennek a rostnak a kísérleti üzemét. 1978 azzal kezdődött, hogy előkészítettek egy nagy üzemet aramidpolimerekhez és egy fonóüzemet a szálakhoz. Arenkát 1982-ben Twaron névre keresztelték . A kereskedelmi termelés 1985-ben kezdődött. 1989-ben az AKZO aramid üzletágát külön üzletággá, a Twaron BV-be választották, amelyet 2000-ben a japán Teijin Group vett át. 2007-ben ennek az üzleti egységnek a neve Teijin Twaron BV- ről Teijin Aramid BV- re változott . Japánban Teijin már 1969-ben megkezdte a hőálló aramidszál gyártását, amely hasonló volt a Nomex-hez . Conex márkanevet kapott , ma Teijinconex néven . Ezenkívül egy nagy szilárdságú és nagy modulusú aramidszálat fejlesztett ki Teijin az 1970-es években, amelyet HM-50-nek neveztek el. 1987-ben megnyílt az első gyártóüzem. A rost Technora márkanevet kapta .
A 1979-Kolon Industries kezdte kifejleszteni p-aramid a Koreai Köztársaságban . Manapság az izzószálakat, a vágott szálakat és a pépet Heracron márkanév alatt állítják elő.
A Népköztársaság Kína , Yantai Tayho Advanced Materials Co., Ltd. gyárt m-aramid szálak márkanéven Newstar és p-aramid szálak alatt Taparan márka.
szintézis
Az aramidok szintézisében például aromás di- karbonsav-halogenidet és fenilén-diamint feltételezünk. B. parafenilén-diamin és tereftaloil-diklorid .
- Polikondenzáció a PPTA előállításában
A szintézis a Schotten-Baumann-módszer szerint, 0 és −40 ° C közötti hőmérsékleten történik, a mellékreakciók elkerülése érdekében. Oldószerként N- metil-pirrolidont , dimetil-acetamidot vagy tetrametil-karbamidot alkalmazunk , amelyekhez sókat, például kalcium-kloridot adunk.
Legyél őrült
A szálakká történő feldolgozás csak oldatokból történhet, mivel az olvadáspont általában jóval meghaladja a hőbomlási pontot. A fonóoldatban a magas polimer koncentráció előnyös az izzószálak előállításához, és nagy orientációkhoz vezethet. A koncentrált kénsav jó oldószer nagy koncentrációban és így anizotrop jellegű aramidok számára . A polimer oldatból történő közvetlen fonási út nem bizonyult megvalósíthatónak, a para-orientált, aromás dikarbonsavak és diaminok polimerei gazdaságosabbak . A szálak előállítása polikondenzációval és kénsav oldószerként történő felhasználásával a képen látható.
A fonási eljárás a szokásos, nedves fonási eljárás. Légrés alkalmazása a fonógép és a fonófürdő között, amint azt többek között bemutatjuk. akril fonásból ismert, előnyei vannak. Szárítás után a fonal nagy szilárdsággal és nagy rugalmassági modulussal rendelkezik . A folyamat második szakaszában a fonalat 300 ° C és 400 ° C közötti hőmérsékleten lehet meghúzni. Ez még magasabb modulhoz vezet, azonos szilárdsággal és kisebb szakadási nyúlással. Ezt a fajta aramidszálat sokféle alkalmazásban használják.
tulajdonságait
Az aramidok nagyon húzóak és nagyon szívósak, ami nagy energiaelnyelési képességet eredményez; a szakadás hossza kb tízszerese acél . A szénszálakhoz hasonlóan a szálak negatív hőtágulási együtthatóval rendelkeznek a szálak irányában, ezért melegítve rövidebbé és vastagabbá válnak. Fajlagos szilárdságuk és rugalmassági modulusuk lényegesen alacsonyabb, mint a szénszálaké. A mátrixgyanta pozitív tágulási együtthatójával összefüggésben nagymértékben stabil alkatrészek állíthatók elő. A szénszálerősítésű műanyagokhoz képest az aramidszálas kompozitok nyomószilárdsága lényegesen alacsonyabb; de az ütésszilárdság sokkal nagyobb.
Az aramidok rendkívül hőállóak, olvadás nélkül könnyen ellenállnak a 370 ° C feletti hőmérsékletnek.
A kezelés és a feldolgozás során figyelembe kell venni az enyhe nedvességfelvételt és az alacsony UV-ellenállást. A rostok UV-sugárzásnak (napfény) hatására elveszítik erejüket. Tárolásuk módjától függően a rostok akár 7% vizet is képesek felszívni. A túl sok nedvességet tartalmazó rostok száríthatók. Az aramidszálak vágásához speciális mikrohúzású szerszámokra van szükség. A kész szálas kompozit alkatrészek mechanikai feldolgozását szintén kiváló minőségű feldolgozó eszközökkel vagy vízsugaras vágással hajtják végre . A rost kompozit alkatrészeket általában epoxigyantákkal készítik .
használat
- Poli ( p- fenilén-tereftalamid): para-aramid szálakat használnak rost-műanyag kompozitokban . A biztonsági területen szilánkos védelemként, golyóálló mellényként , védősisakként , járművek páncéljaként és vágott védőkesztyűként szolgálnak. Szálerősítésű műanyagokban is használják őket repülőgépgyártásban, különösen vitorlázógépek építésénél . Szinte az összes modern sugárhajtómű aramid szövetekkel rendelkezik a motor burkolatában. Az aramidszálakat az azbeszt helyettesítésére használják a fék- és tengelykapcsoló-bélésekben és -tömítésekben, valamint megerősítő anyagként, például száloptikai kábelekhez vagy gumihoz . Az aramid szöveteket az építőiparban is használják, ideértve a stadiontetőket is.
- Az aramid szálakat gyakran használják a sportfelszerelésekben is szívósságuk és szakítószilárdságuk, valamint alacsony tömegük miatt, például kiegészítő zsinórokhoz , függőleges vezetékek siklóernyőkhöz , vitorlás vitorlákhoz .
- Bizonyos kerékpárabroncsok tetemét aramidbetétekkel védik az üvegtörések és hasonlók behatolása ellen. Két acélhuzal vagy kötélgyűrű helyett az összecsukható gumiabroncsok tartalmaznak Kevlar fonalból vagy szálakból álló tekercsből készült gyűrűket.
- A zuhanás elégtelen rugalmassága miatt dinamikus mászókötelek nem készülhetnek aramidból.
- Poli ( m- fenilén-izoftalamid): A meta-aramid szálakat kifejezetten tűzvédelemre használják. Ők lettek ismertek tűzbiztos ruházat (mint például a védőruhák a tűzoltóság , az autóversenyző ruhák , stb.) Az aramid másik alkalmazási területe a rostkompozitok feldolgozása szendvicses méhsejtmagokká . Az aramidpapírok (papírrétegek) másik alkalmazási területe az elektromos szigetelés. A termékeket csúszó burkolatként , résszigetelésként és fázisszigetelésként használják az elektromos motorokban, valamint rétegek közötti szigetelésként a transzformátorokban.
irodalom
- Philip G. Rose és Karlheinz Hillermeier: Szénnel és aramidszállal erősített műanyagok. VDI-Gesellschaft Kunststoffe (szerk.), VDI-Verlag, Düsseldorf 1977, ISBN 3-18-404027-5 .
- Blumberg, Hillermeier, Krüger: Aramid folyamat. In: Melliand textiljelentések. 1982.
- Karlheinz Hillermeier, Ulrich Stöcker, Werner Damerau, Joachim Granal: Azbeszt helyettesítése aramidszálakkal ... Fachinformationszentrum Karlsruhe, Szövetségi Kutatási és Technológiai Minisztérium. ISSN 0340-7608 .
- H. Rohrens, K. Hillermeier: Aramidszálak az azbeszt helyettesítőjeként a tömítésekben, a csomagolásokban és a kompenzátorokban. In: Magazin: Gumi rostok műanyagok. (GAK) 1984.
Egyéni bizonyíték
- ↑ Menachem Lewin (Szerk.): A rostkémia kézikönyve. Harmadik kiadás. Taylor & Francis Group, Boca Raton 2007, ISBN 978-0-8247-2565-5 , 977f.
- ↑ Kereskedelmi gyakorlatok, 303. rész, 303.7. § A gyártott szálak általános megnevezései és meghatározása.
- ↑ Európai textilcímkézési rendelet , 1007/2011 / EU rendelet (PDF) I. melléklet
- ↑ Walter Loy: Vegyi szálak műszaki textiltermékekhez. 2., alapvetően átdolgozott és kibővített kiadás. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main, 2008, ISBN 978-3-86641-197-5 , 107/108.
- ↑ SL Kwolek, HH Yang: Az aramid rostok története. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (szerk.): Manmade Fibers: Eredetük és fejlődésük. Elsevier Applied Science, London és New York 1993, ISBN 1-85166-888-8 316. o.
- ↑ Walter Loy: Vegyi szálak műszaki textiltermékekhez. 2., alapvetően átdolgozott és kibővített kiadás. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main, 2008, ISBN 978-3-86641-197-5 , 77. o.
- ↑ Stefan Mecheels, Herbert Vogler, Josef Kurz: A textilek kultúrája és ipari története . Wachter GmbH, Bönnigheim 2009, ISBN 978-3-9812485-3-1 , 445. o.
- ↑ Hermann Klare: A kémiai rostkutatás története. Akademie-Verlag, Berlin 1985, 311. o.
- ↑ Hermann Klare: A kémiai rostkutatás története. Akademie-Verlag, Berlin 1985, 310/311.
- ^ Sanford L. Moskowitz: Haladó anyaginnováció - A globális technológia menedzselése a 21. században. John Wiley & Sons, Hoboken 2016, ISBN 978-0-470-50892-3 , 75. o.
- ↑ LeRoy K. McCune: HT-1 magas hőmérsékletnek ellenálló poliamid szálak és papír. Papír a Textilkutató Intézet harminckettedik éves találkozóján, New York-ban, 1962. március 21-én.
- ↑ Paul Winthrop Morgan. Szintetikus polimer fibrid papír. 2999788 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom
- ↑ Karel F. Mulder: A többi aramid rost. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (szerk.): Manmade Fibers: Eredetük és fejlődésük. Elsevier Applied Science, London és New York, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , 337. o.
- ^ Herbert Blades: DRY-JET WET SPINNES FOLYAMAT. 3 767 756 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom .
- ↑ SL Kwolek, HH Yang: Az aramid rostok története. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (szerk.): Manmade Fibers: Eredetük és fejlődésük. Elsevier Applied Science, London és New York, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , 317. o.
- ↑ Karel F. Mulder: A többi aramid rost. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (szerk.): Manmade Fibers: Eredetük és fejlődésük. Elsevier Applied Science, London és New York, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , 346. o.
- ↑ SL Kwolek, HH Yang: Az aramid rostok története. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (szerk.): Manmade Fibers: Eredetük és fejlődésük. Elsevier Applied Science, London és New York, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , 336. o.
- ↑ Anthony R. Bunsell (Szerk.): Handbook Terlon of Textile and Technical Rostok tulajdonságai. 2. kiadás. Elsevier Ltd. 2018, ISBN 978-0-08-101272-7 , 626. o.
- ↑ Karel F. Mulder: A többi aramid rost. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (szerk.): Manmade Fibers: Eredetük és fejlődésük. Elsevier Applied Science, London és New York, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , 351/352.
- ↑ Karel F. Mulder: A többi aramid rost. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (szerk.): Manmade Fibers: Eredetük és fejlődésük. Elsevier Applied Science, London és New York, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , 353-356.
- ↑ SL Kwolek, HH Yang: Az aramid rostok története. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (szerk.): Manmade Fibers: Eredetük és fejlődésük. Elsevier Applied Science, London és New York, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , 336. o.
- ↑ Kolon Industries - p-Aramid Heracron
- ↑ Tayho Advanced Materials
- ↑ Bernd Tieke: Makromolekuláris kémia. 3. kiadás, Wiley-VCH, Weinheim 2014, ISBN 978-3-527-66227-2 , 31. o.
- ↑ Fabian A. Scherschele: Google: Az internetet cápák támadják meg. In: heise.de. 2014. augusztus 16., hozzáférés: 2019. február 5 .
- ^ Nomex típusok