الیاف آرامید AFRP(کولار)

آرامید یا الیاف کولار چیست؟
آرامید اصطلاحی کلی برای پلی آمیدهای حلقوی است، به طور کلی میتوان گفت آرامیدها دارای مقاومت شیمیایی بیشتر، پایداری حرارتی بهتر، دمای انتقال شیشه و نقطه ذوب بالاتری نسبت به پلی آمیدهای آلیفاتیک هستند، بعلاوه استحکام کششی و مدول بالاتری را نیز نسبت به پلی آمیدهای آلیفاتیک دارا میباشند.
نوی از الیاف آرامید با نام پارا آرامید که نوعی آرامید قوی و سبک است با عنوان تجاری کِولار (KEVLAR) شناخته می شوند. نومکس نیز محصول دیگری از خانواده آرامید می باشد که مقاومت حرارتی بسیار بالایی دارد. در ادامه با کِولار بیشتر آشنا خواهید شد….
پلیمرهای آرامیدی با خصوصیاتی چون نقطه ذوب بالا، پایداری حرارتی عالی، مقاومت در برابر شعله، غیر قابل حل بودن در بسیاری از حلالهای آلی و غیر آلی شناخته می شوند.
مجموع پلیمرهای استخلاف نشده (آروماتیک) دانسیته ای بین ۱.۴۳ تا ۱.۴۶ دارند در حالیکه انواع دیگر دارای دانسیته کمتر در حدود ۱.۴ تا ۱.۲ می باشند. دلیل آنکه از میان الیاف آرامید تاکنون تعداد کمی به تولید تجاری رسیده اند بخاطر دلایل تکنولوژیک و اقتصادی می باشد.
از بُعد تکنیکی، مهمترین فاکتور میزان خواص لیف است که بوسیله پارامترهایی چون نوع پلیمر مصرفی، جرم ملکولی پلیمر، روش تولید لیف و غیره کنترل می شود. از بعد اقتصادی نیز مسائلی چون تهیه منومر، مخارج سرمایه گذاری برای تولید و غیره مطرح است.
در حال حاضر مهمترین الیاف آرامیدی که به صورت تجاری در دسترس هستند Kevlar از شرکت Du pont امریکا، ،،Twaron از شرکت Akzo هلند و Technora از شرکت Teijin ژاپن هستند که معروفترین آنها kevlar می باشد.
تاریخچه آرامید
آروماتیک پلیآمید (که به اختصار آرامید نامیده میشود) اولین بار در اوایل دهه 1960 میلادی توسط شرکت دوپونت و با نام تجاری نومکس معرفی شد. مشخصه اصلی این محصول مقاومت بالا در مقابل گرما بسیار بود. از این محصول در تهیه پوشاک حفاظتی(لباس ضد حرق آتش نشانی)، تصفیه هوا، عایق حرارتی و الکتریکی و به عنوان جایگزینی برای پنبه نسوز استفاده میشد. مدیر تحقیق و توسعه وقت شرکت دوپونت بر روی نومکس، دکتر ویلفرد سوینی، دانشمند اسکاتلندی، بودند.
تحقیقات بیشتر بر روی آرامیدها در شرکت دوپونت توسط شیمیدان آمریکایی لهستانی، استفانی کولک، منجر به ساخت پاراآرامید کولار در سال 1973 میلادی شد. در حال حاضر الیاف آرامید با نام تجاری کولار در صنعت شناخته میشود. همچنین به نام الیاف AFRP نیز شناخته میشود.
به طور کلی تعریف تجاری آرامید به شرح زیر است: محصولی که در آن ماده فیبری شکل میگیرد که زنجیره بلندی از پلیآمید سینتتیک که حداقل 85% پیوندهای آرامید مستقیماً به دو حلقه آروماتیک، متصل شده باشند.
الیاف آرامید در انواع گوناگونی وجود دارند که عبارتند از :
- فیبر
- فیبر خرد شده
- پودر
- خمیر

فیبر خرد شده یا چاپد آرامید (کولار)
چاپد کولار مصارف بسیار زیادی دارد. به عنوان مثال برای مقاوم سازی بتن نیز استفاده میشود.
انواع الیاف آرامید(کولار)
امروزه الیاف کولار مختلفی در صنعت مورد استفاده قرار میگیرند. به عنوان نمونه کولار49 جهت تقویت و تسلیح بتن استفاده میشود .
کولار 29 نیز که مدول یانگ نصف کولار 49 دارد و در عوض ازدیاد طول دو برابر آن دارد، برای کاربردهایی که نیاز است در مقابل ضربه مقاومت بسیار بالایی داشته باشند (مثل جلیقه ضد گلوله)، مورد استفاده قرار میگیرند.
الیاف کولار سبکتر از الیاف کربن و الیاف شیشه بوده و بیشترین مقدار مقاومت کششی نسبت به وزن را در میان آنها داراست. فیبر این الیاف تقریبا 43 درصد سبکتر از الیاف شیشه و 20 درصد سبکتر از الیاف کربن میباشد. وزن مخصوص کم و مقاومت کششی بالای این الیاف، سبب تشکیل یک ساختار چقرمه و مقاوم به ضربه با سفتی حدود نصف الیاف کربن میشود. جلیقه ضد گلوله از موفقیت آمیزترین کاربردهای الیاف آرامید میباشد.
مقاومت کششی الیاف کولار تقریبا 55 درصد مقاومت کششی الیاف شیشه ای و مقاومت برشی آن 180 درصد الیاف شیشه ای میباشد. مقاومت کششی الیاف کولار، همچنین 10 درصد از مقاومت فیبر کربنی کمتر است .الیاف آرامید اگرچه رفتاری الاستیک تحت نیروهای کششی دارند، اما تحت بارهایی فشاری رفتاری غیرخطی دارند و در کرنش فشاری 3 تا 0.55 درصد، به نقطه تسلیم میرسند.
خصوصیات الیاف آرامید(کولار)
پلیمر کولار خصوصیاتی نظیر نقطه ذوب بالا، پایداری حرارتی عالی، مقاومت در برابر شعله و غیر قابل حل بودن در بسیاری ازحلالهای آلی دارند.
نور ماورای بنفش UV سبب تخریب الیاف آرامید میگردد. میزان این تخریب بستگی به ضخامت فیبر کولار دارد، زیرا الیاف کولار نقش خود حفاظ داشته و تخریب لایه های رویی از تخریب لایه های زیرین جلوگیری میکند. این مشکل در سازه های کامپوزیتی هائز اهمیت کمتری است. زیرا ماتریس یا رزین کامپوزیت تا حدودی نقشش محافظت از الیاف را ایفا میکند. همچنین با افزودن مواد جاذبUV به رزین، مشکل فوق تا حد زیادی کاهش مییابد.
از نقطه نظر مقاومت شیمیایی نیز بیشتر حلال های آلی تاثیر کمی بر الیاف کولار داشته و اکثر محلولهای آبی نمکها بر آن تاثیر ندارند. اما اسیدهای قوی و بازها در دمای بالا و یا در غلظتهای زیاد بر الیاف کولار اثر میگذارند.

ساختار الیاف متا آرامید
این ماده بطور گسترده قابل تبدیل به هسته های لانه زنبوری (Honey Comb Core) برای کاربرد در سازه های. ساندویچی هواپیما، پانل های کف هواپیما و در آشپزخانه های داخل هواپیما (Galleys) می باشد.
مشخصات:
الیاف آرامید یا کولار رنگ زرد مات داشته و مشابه الیاف کربن و شیشه مورد استفاده در کامپوزیتها در اشکال مختلف مانند نخ، رشته الیاف نتابیده، پارچه، الیاف کوتاه و غیره وجود دارند. لازم به ذکر است که برش الیاف آرامید با وسایل برش معمولی به سختی انجام می شودد و به وسایل برشی مخصوصی احتیاج است.
در مورد بازار فروش الیاف کولار و قیمت الیاف کولار نیز در کشور ایران میتوان به این نکته اشاره کرد که قیمت الیاف آرامید بالا بوده و ترجیحا در ساخت مصالحی نظیر جلیقه ضد گلوله بجای عملیات مقاوم سازی ساختمان استفاده میگردد.
الیاف آرامید در چه مواردی استفاده می شود؟
- لباس مقاوم در برابر آتش (برای مثال، لباس MIL-G-181188B نظامی)
- لباس محافظ حرارتی و کلاه ایمنی(لباس آتش نشانی)
- جلیقه ضد گلوله
- مواد کامپوزیت
- جایگزینی آزبست (برای مثال لنتهای ترمز)
- پارچه فیلتر هوای گرم
- تایر
- کائوچو
- کابل و طناب
- فتیله رقص آتش
- سیستمهای کابل فیبر نوری
- پارچه بادبان قایق
- محصولات ورزشی
- نی ساز بادی
- دیافراگم بلندگو
- بتن الیافی
- رشته تنیس
- چوب هاکی (به طور معمول در ترکیب با مواد مانند چوب و کربن)
- اسنوبرد
- نرده موتور جت
پیج اینستاگرام فایبرگلاس نوین
فایبرگلاس نوین را در فضای مجازی دنبال کنید و به دوستانتان معرفی کنید.(روی آیکون کلیک کنید)
مزایای الیاف آرامید
- دارا بون مقاومت کششی ویژه عالی
- دارا بودن دانسیته پایین
- ضریب انبساط حرارتی منفی و یا نداشتن ضریب انبساط حرارتی
- به خوبی ارتعاشات را جذب می کند.
- در مقابل ضربه (Impact) و خستگی مقاومت خیلی خوب از خود نشان می دهد.
- مقاومت در برابر عوامل شیمیایی
- ارزانتر از کربن است.
معایب الیاف آرامید
- برش این الیاف بسیار مشکل بوده و نیاز به ابزار مخصوص به هنگام کار با این ها دارد.
- خصوصیات فشاری ضعیفی دارد یعنی مقاومت فشاری (Compressive – Strength) آن پایین است.
- به مقدار زیاد رطوبت جذب می کند حدودا ۴% که باعث کاهش خصوصیات ماده مرکب می گردد.
- میزان چسبندگی آن با رزین کم است. با این حال اپوکسی رزین ها پیشنهاد می گردد.
- حساسیت داشتن نسبت به اشعه ماوراء بنفش: این اشعه باعث تغییر رنگ آن از زرد روشن به رنگ قهوه ای برنزی می شود. اگر این الیاف به مدت طولانی در معرض اشعه قرار بگیرند. ۵۰% مقاومت خودشان را از دست می دهند و شل می شوند. لایه های کامپوزیتی باید با ژل کت (Gel Coat) سفید رنگ و به ضخامت ۲ میلی متر پوشانده شوند تا مقاومت لازم را در برابر اشعه داشته باشند.
- ذوب نمی شوند ولی در درجه حرارت ۴۰۰ درجه سانتی گراد مجددا ترکیب می گردد. تا هیچگونه تغییری در مقاومت آن انجام نمی گردد.
- این الیاف در مقابل آتش شعله ور می شود ولی اگر آتش از آن دور شود خودبخود خاموش می شود.
با توجه به اینکه الیاف آرامید، با افزایش درجه حرارت مقاومت کششی یا استحکام کششی خود را تا حدی حفظ می نماید نمودار ۱ زیر نشانگر این تحول الیاف آرامید با درجه حرارت می باشد.
دیدگاهتان را بنویسید