Арамиды

Общая структура арамидов

Повторяющиеся звенья ароматических полиамидов, состоящих из диамина и хлорида дикарбоновой кислоты. Ar 1 обозначает « арильный радикал » используемого хлорангидрида дикарбоновой кислоты, Ar 2 обозначает арильный радикал используемого диаминового соединения. В группы КАРБОКСАМИДА будут отмечены синим .

Арамиды (слово Резюме Ар omatische поли амид ) по ISO является общим термином для таких полиамидов , в которых амидные группы к ароматическим группам , которые связаны. Арамиды относятся к жидкокристаллическим полимерам (ЖКП). В основном они производятся в виде волокон (как нитей, так и штапельных волокон ), но также в виде фибридов и пульпы , фольги , бумаги и частиц. Согласно определению Федеральной торговой комиссии СШАДля текстильных волокон арамиды представляют собой полиамиды с ароматическими группами в основной цепи, в которых по меньшей мере 85% амидных групп связаны непосредственно с двумя ароматическими кольцами. Европейский регламент по маркировке текстиля также требует этого, но также определяет ароматические полиамид-имиды как арамиды.

Различие между мета -aramids, пара -aramids и пара -aramid сополимеров . Среди высокоэффективных волокон м-арамидные волокна относятся к группе неплавких, жаропрочных или огнестойких волокон с механическими свойствами в области обычных текстильных волокон. Они отличаются исключительной химической стойкостью и высокой термостойкостью. Волокна п-арамида, а также волокна сополимера п-арамида относятся к группе высокопрочных синтетических волокон с повышенной термостойкостью. Хорошо известными торговыми марками м-арамидных волокон являются Nomex от DuPont и Teijinconex от Teijin Aramid, пара-арамидные волокна Kevlar от DuPont и Twaron от Teijin Aramid и пара-арамидный сополимер Technora от Teijin Aramid.

Поли ( п- фенилентерефталамид)

Поли ( м- фениленизофталамид)

История арамида

Поиск высокопрочных и устойчивых к высоким температурам волокон во многом был вызван необходимостью космических путешествий. Еще в 1940-х годах исследования химических волокон показали, что полиамиды, содержащие ароматическое ядро, имеют относительно высокие температуры плавления и более жесткие и стабильные по размерам, чем полиамиды с алифатическими группами. Однако было также ясно, что тугоплавкие полностью ароматические полиамиды нельзя формовать из расплава, и они также будут плохо растворимы. Поэтому потребовались некоторые технические инновации для производства полностью ароматических полиамидов с высокой молекулярной массой.

В 1950 году химик Эмерсон Виттбекер разработал межфазную поликонденсацию в компании DuPont в США . Он получил доказательства этого из отчета союзников об исследованиях в области синтетического волокна в Германии перед Второй мировой войной. Этот метод был далее развит в DuPont и расширен Полом Морганом, чтобы включить поликонденсацию раствора. На основе этих методов поликонденсации исследователи из DuPont изобрели термостойкое поли ( м- фенилентерефталамид) волокно HT-1 в конце 1950-х - начале 1960-х годов под руководством PW Morgan. Смесь коротких штапельных волокон с фибридами HT-1. Волокно было выпущено на рынок в 1962 году под торговой маркой Nomex .

Еще один технический прогресс был достигнут , когда в 1965 Кволек обнаружили жидкокристаллической поведение р-арамидов в растворе , а также сконцентрированы на синтезе поли ( п - фенилентерефталамида) , потому что это п-арамидных была основана на недорогих исходных материалов и разработки Компания Herbert Blades сделала возможными совершенно новые процессы прядения. Первое волокно, изготовленное из пара-арамида, называлось Fiber B, и в 1971 году его производственный процесс был расширен, так что первое производственное предприятие могло быть построено с годовой производительностью около 2000 тонн. Он был выпущен под торговой маркой Kevlar в 1972 году.

Также в конце 1950-х годов в бывшем Советском Союзе начались исследования арамидов , которые спонсировались военными. Волокно, которое было сопоставимо с термостойким м-арамидным волокном Номекс, было присвоено торговое название Фенилон . Впервые он был изготовлен в 1969 году на опытном предприятии Союзного института исследований синтетических волокон, но только в 1985 году первое промышленное предприятие было введено в эксплуатацию. Волокно с высокой прочностью и высоким модулем также было разработано в 1969 году под названием Vniivlon , название которого было изменено на SVM после дальнейших усовершенствований и было доступно для дальнейших технологий обработки с 1972 года. Позже были произведены армос, арамидное сополимерное волокно и п-арамидное волокно.

Британская компания ICI также начала исследовательскую программу по производству арамидных волокон в середине / конце 1960-х годов, также производила некоторые волокна на небольшом заводе, но прекратила работу в 1976 году из-за решения руководства.

В начале 1970-х годов голландская компания AKZO также начала разработку арамидных волокон. В конце 1972 года исследователи AKZO разработали арамидное волокно со свойствами, сопоставимыми с волокном B (кевлар) от DuPont. AKZO разработало это волокно как Fiber X, с 1975 года как Arenka . В 1976 году была пущена в эксплуатацию опытная установка этого волокна. 1978 год начался с подготовки большого завода по производству арамидных полимеров и завода по прядению волокон. В 1982 году Аренка была переименована в Twaron . Коммерческое производство начато в 1985 году. В 1989 году арамидный бизнес AKZO был выделен в отдельное подразделение Twaron BV, которое в 2000 году перешло к японской Teijin Group. В 2007 году название бизнес-единицы было изменено с Teijin Twaron BV на Teijin Aramid BV . В Японии компания Teijin начала производство термостойкого арамидного волокна еще в 1969 году, аналогичного Nomex . Ему было присвоено название Conex , теперь известное как Teijinconex . Кроме того, Тейджин в 1970-х годах разработал арамидное волокно с высокой прочностью и высоким модулем, получившее обозначение HM-50. В 1987 году было открыто первое производство. Волокно получило торговую марку Technora .

В 1979 году компания Kolon Industries начала разработку параарамида в Республике Корея . Сегодня нити, штапельные волокна и целлюлоза производятся под торговой маркой Heracron .

В Китайской Народной Республике компания Yantai Tayho Advanced Materials Co., Ltd производит м-арамидные волокна под торговой маркой Newstar и пара-арамидные волокна под торговой маркой Taparan .

синтез

Арамидный процесс (отчеты Melliand Textile 1982) Блюмберг / Хиллермайер

Два «пара» арамидных полимера с водородными связями

При синтезе арамидов предполагаются, например, галогенид ароматической дикарбоновой кислоты и фенилендиамин . Б. парафенилендиамина и терефталоил дихлорида .

Поликонденсация при производстве ППТА

Синтез происходит по методу Шоттена-Баумана при температуре от 0 до -40 ° C, чтобы избежать побочных реакций. N- метилпирролидон , диметилацетамид или тетраметилмочевина, к которым добавлены соли, такие как хлорид кальция, используются в качестве растворителей .

быть сумасшедшим

Переработку волокон можно производить только из растворов, поскольку температура плавления обычно намного выше точки термического разложения. Высокая концентрация полимера в прядильном растворе выгодна для производства нитей и может привести к высокой ориентации. Хорошим растворителем для арамидов с высокой концентрацией и, следовательно, с анизотропным характером является концентрированная серная кислота . Непосредственный способ формования из раствора полимера не оказался практически применимым; полимеры пара-ориентированных ароматических дикарбоновых кислот и диаминов более экономичны . На рисунке показано производство волокна путем поликонденсации и использования серной кислоты в качестве растворителя.

Процесс отжима является обычным классическим процессом мокрого отжима. Использование воздушного зазора между фильерой и прядильной ванной, как показано, среди прочего. Известный акриловый прядение имеет преимущества. После высыхания пряжа имеет высокую прочность и высокий модуль упругости . На второй стадии процесса пряжу можно вытягивать при температуре от 300 ° C до 400 ° C. Это приводит к еще более высокому модулю с такой же прочностью и меньшим удлинением при разрыве. Этот тип арамидного волокна используется в самых разных областях.

характеристики

р -Арамидная ткань характерного золотисто-желтого цвета

Арамиды очень растяжение и очень жесткие, что приводит к высокой поглощающей способности энергии; их длина разрыва примерно в десять раз больше, чем у стали . Подобно углеродным волокнам, волокна имеют отрицательный коэффициент теплового расширения в направлении волокон, поэтому они становятся короче и толще при нагревании. Их удельная прочность и модуль упругости значительно ниже, чем у углеродных волокон. Благодаря положительному коэффициенту расширения матричной смолы можно изготавливать компоненты с высокой стабильностью размеров. По сравнению с пластиками, армированными углеродным волокном, прочность на сжатие композитов из арамидного волокна значительно ниже; но ударная вязкость намного выше.

Арамиды чрезвычайно термостойкие, они легко выдерживают температуру выше 370 ° C, не плавясь.

При обращении и переработке необходимо учитывать небольшое влагопоглощение и низкую стойкость к ультрафиолетовому излучению. Волокна теряют прочность при воздействии УФ-излучения (солнечного света). В зависимости от того, как они хранятся, волокна могут поглощать до 7% воды. Волокна с слишком большим количеством влаги можно сушить. Для резки арамидных волокон требуются специальные режущие инструменты с микрозубцами. Механическая обработка готовых компонентов из волокнистого композитного материала также осуществляется с помощью высококачественного обрабатывающего инструмента или путем гидроабразивной резки . Детали из волокнистого композита обычно изготавливаются из эпоксидных смол .

использовать

• Поли ( п- фенилентерефталамид): пара-арамидные волокна используются в композитах из волокнистого пластика . В зоне безопасности они служат в качестве защиты от осколков, бронежилетов , защитных шлемов , брони для транспортных средств и перчаток для защиты от порезов. Они также используются в армированных волокнами пластиках в авиастроении, особенно в конструкции планеров . Практически во всех современных реактивных двигателях в кожухе двигателя используется арамидная ткань. Арамидные волокна используются в качестве заменителя асбеста в накладках и уплотнениях тормозов и сцеплений, а также в качестве армирующего материала, например, для волоконно-оптических кабелей или резиновых материалов. Арамидные ткани также используются в строительстве, в том числе для крыш стадионов.

Арамидные волокна также часто используются в спортивном оборудовании из-за их прочности и прочности на разрыв, а также их малой массы, например, для вспомогательных шнуров , строп подвески для парапланов , парусов парусных лодок .

Каркас некоторых велосипедных шин защищен от проникновения осколков стекла и т.п. арамидными вставками. Вместо двух колец из стальной проволоки или каната складные шины содержат кольца, сделанные из намотки из кевларовой пряжи или волокон.

Из-за недостаточной эластичности при падении из арамида нельзя делать динамические альпинистские веревки .

• Поли ( м- фениленизофталамид): Мета-арамидные волокна используются специально для противопожарной защиты. Они стали известны в огнестойкой одежде (например, защитные костюмы для пожарных , костюмы гонщиков и т. Д.). Еще одно применение арамида - переработка волокнистых композитов для получения многослойных сотовых заполнителей . Другой областью применения арамидной бумаги (ламината с бумагой) является электроизоляция. Эти изделия используются в качестве покровных планок , изоляции пазов и фаз в электродвигателях, а также в качестве слоистой изоляции в трансформаторах.

литература

• Филип Г. Роуз и Карлхайнц Хиллермайер: пластмассы, армированные углеродным и арамидным волокном. VDI-Gesellschaft Kunststoffe (Ed.), VDI-Verlag, Düsseldorf 1977, ISBN 3-18-404027-5 .
• Блумберг, Хиллермайер, Крюгер: Арамидный процесс. В: Отчет о текстиле Melliand. 1982 г.
• Карлхайнц Хиллермайер, Ульрих Штёкер, Вернер Дамерау, Иоахим Граналь: Замена асбеста арамидными волокнами ... Fachinformationszentrum Karlsruhe, Федеральное министерство исследований и технологий. ISSN  0340-7608 .
• Х. Роренс, К. Хиллермайер: Арамидные волокна как заменитель асбеста в уплотнениях, набивках и компенсаторах. В: Журнал: Резиновые волокна и пластмассы. (ГАК) 1984.

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Менахем Левин (Ред.): Справочник по химии волокон. Третье издание. Группа Тейлор и Фрэнсис, Бока-Ратон 2007, ISBN 978-0-8247-2565-5 , стр. 977f.
2. ↑ Коммерческая практика, Часть 303, §303.7 Общие названия и определения промышленных волокон.
3. ↑ Европейский регламент по маркировке текстиля, Регламент (ЕС) № 1007/2011 (PDF) Приложение I
4. ↑ Вальтер Лой: Химические волокна для технических текстильных изделий. 2-е, принципиально переработанное и дополненное издание. Deutscher Fachverlag, Франкфурт-на-Майне, 2008 г., ISBN 978-3-86641-197-5 , стр. 107/108.
5. ↑ SL Kwolek, HH Yang: History of Aramid Fibers. В: Б. Сеймур, Роджерс С. Портерс (ред.): Искусственные волокна: их происхождение и развитие. Elsevier Applied Science, Лондон и Нью-Йорк, 1993, ISBN 1-85166-888-8, стр. 316.
6. ↑ Вальтер Лой: Химические волокна для технических текстильных изделий. 2-е, принципиально переработанное и дополненное издание. Deutscher Fachverlag, Франкфурт-на-Майне, 2008 г., ISBN 978-3-86641-197-5 , стр. 77.
7. ↑ Стефан Мехилс, Герберт Фоглер, Йозеф Курц: Культура и индустриальная история текстиля . Wachter GmbH, Бённигхайм 2009, ISBN 978-3-9812485-3-1 , стр. 445.
8. ↑ Герман Кларе: История исследования химических волокон. Akademie-Verlag, Берлин, 1985, с. 311.
9. ↑ Герман Кларе: История исследования химических волокон. Akademie-Verlag, Берлин, 1985, с. 310/311.
10. ^ Сэнфорд Л. Московиц: Передовые инновации в материалах - Управление глобальными технологиями в 21 веке. John Wiley & Sons, Хобокен, 2016 г., ISBN 978-0-470-50892-3 , стр. 75.
11. ↑ Лерой К. МакКьюн: Термостойкие полиамидные волокна и бумага HT-1. Доклад на тридцать втором ежегодном собрании Исследовательского института текстиля, Нью-Йорк, 21 марта 1962 г.
12. ↑ Пол Уинтроп Морган. Синтетическая полимерная фибридная бумага. Патент США 2999788
13. ↑ Карел Ф. Малдер: Другие арамидные волокна. В: Б. Сеймур, Роджерс С. Портерс (ред.): Искусственные волокна: их происхождение и развитие. Elsevier Applied Science, Лондон и Нью-Йорк, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , стр. 337 f.
14. ^ Herbert Blades: ПРОЦЕСС ВЛАЖНОГО ОТЖИМА СУХОЙ СТРУЙКОЙ. Патент США 3767756 .
15. ↑ SL Kwolek, HH Yang: History of Aramid Fibers. В: Б. Сеймур, Роджерс С. Портерс (ред.): Искусственные волокна: их происхождение и развитие. Elsevier Applied Science, Лондон и Нью-Йорк, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , стр. 317.
16. ↑ Карел Ф. Малдер: Другие арамидные волокна. В: Б. Сеймур, Роджерс С. Портерс (ред.): Искусственные волокна: их происхождение и развитие. Elsevier Applied Science, Лондон и Нью-Йорк, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , стр. 346.
17. ↑ SL Kwolek, HH Yang: History of Aramid Fibers. В: Б. Сеймур, Роджерс С. Портерс (ред.): Искусственные волокна: их происхождение и развитие. Elsevier Applied Science, Лондон и Нью-Йорк, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , стр. 336.
18. ↑ Энтони Р. Бунселл (Ред.): Справочник Терлон по свойствам текстильных и технических волокон. 2-е издание. Elsevier Ltd. 2018, ISBN 978-0-08-101272-7 , стр. 626.
19. ↑ Карел Ф. Малдер: Другие арамидные волокна. В: Б. Сеймур, Роджерс С. Портерс (ред.): Искусственные волокна: их происхождение и развитие. Elsevier Applied Science, Лондон и Нью-Йорк, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , стр. 351/352.
20. ↑ Карел Ф. Малдер: Другие арамидные волокна. В: Б. Сеймур, Роджерс С. Портерс (ред.): Искусственные волокна: их происхождение и развитие. Elsevier Applied Science, Лондон и Нью-Йорк, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , стр. 353-356.
21. ↑ SL Kwolek, HH Yang: History of Aramid Fibers. В: Б. Сеймур, Роджерс С. Портерс (ред.): Искусственные волокна: их происхождение и развитие. Elsevier Applied Science, Лондон и Нью-Йорк, 1993, ISBN 1-85166-888-8 , стр. 336.
22. ^ Колон Industries - р-Арамидного Heracron
23. ↑ Расширенные материалы Тайхо
24. ↑ Бернд Тике: Макромолекулярная химия. 3-е издание, Wiley-VCH, Weinheim 2014, ISBN 978-3-527-66227-2 , стр. 31 и далее.
25. ↑ Фабиан А. Шершеле: Google: Интернет атакуют акулы. В: heise.de. 16 августа 2014, доступ к 5 февраля 2019 . 
26. ^ Типы Номекс

веб ссылки