Aramidfiber, förkortning för aromatisk polyamidfiber, listas bland de fyra högpresterande fibrer som prioriteras för utveckling i Kina, tillsammans med kolfiber, ultrahögmolekylär polyetenfiber (UHMWPE) och basaltfiber. Liksom vanlig nylon tillhör aramidfiber familjen av polyamidfibrer, med amidbindningar i den huvudsakliga molekylkedjan. Den viktigaste skillnaden ligger i bindningen: nylons amidbindningar är kopplade till alifatiska grupper, medan aramiders är konjugerade med bensenringar. Denna speciella molekylstruktur ger aramidfiber extremt hög axiell hållfasthet (>20cN/dtex) och modul (>500GPa), vilket gör den till det föredragna materialet för att förstärka avancerade kablar.
Typer av aramidfiber
Aramidfiberomfattar huvudsakligen helt aromatiska polyamidfibrer och heterocykliska aromatiska polyamidfibrer, vilka kan delas in ytterligare i orto-aramid, para-aramid (PPTA) och meta-aramid (PMTA). Bland dessa är meta-aramid och para-aramid de som har industrialiserats. Ur ett molekylärt strukturperspektiv ligger den största skillnaden mellan dessa två i kolatomens position i bensenringen till vilken amidbindningen är fäst. Denna strukturella skillnad leder till betydande skillnader i mekaniska egenskaper och termisk stabilitet.
Para-aramid
Para-aramid, eller poly(p-fenylentereftalamid) (PPTA), även känt i Kina som Aramid 1414, är en linjär högpolymer med mer än 85 % av dess amidbindningar direkt kopplade till aromatiska ringar. De kommersiellt mest framgångsrika para-aramidprodukterna är DuPonts Kevlar® och Teijins Twaron®, vilka dominerar den globala marknaden. Det var den första fibern som någonsin producerats med en flytande kristallin polymerspinningslösning, vilket inledde en ny era av högpresterande syntetiska fibrer. När det gäller mekaniska egenskaper kan dess draghållfasthet nå 3,0–3,6 GPa, elasticitetsmodul 70–170 GPa och brottöjning 2–4 %. Dessa exceptionella egenskaper ger den oersättliga fördelar inom optisk kabelförstärkning, ballistiskt skydd och andra områden.
Meta-Aramid
Meta-aramid, eller poly(m-fenylenisoftalamid) (PMTA), även känd i Kina som Aramid 1313, är en ledande högtemperaturbeständig organisk fiber. Dess molekylära struktur består av amidgrupper som länkar samman meta-fenylenringar och bildar en sicksackformad linjär kedja stabiliserad av starka intermolekylära vätebindningar i ett 3D-nätverk. Denna struktur ger fibern utmärkt flamskyddsförmåga, termisk stabilitet och strålningsbeständighet. En typisk produkt är DuPonts Nomex®, med ett begränsande syreindex (LOI) på 28–32, en glasövergångstemperatur på cirka 275 °C och kontinuerlig driftstemperatur över 200 °C, vilket gör den till en flitigt använd fiber i brandbeständiga kablar och högtemperaturisoleringsmaterial.
Enastående egenskaper hos aramidfiber
Aramidfiber erbjuder ultrahög hållfasthet, hög modul, värmebeständighet, syra- och alkalibeständighet, låg vikt, isolering, åldringsbeständighet, lång livscykel, kemisk stabilitet, inga smälta droppar under förbränning och giftfria gasutsläpp. Ur ett kabeltillämpningsperspektiv överträffar para-aramid meta-aramid i termisk resistans, med ett kontinuerligt driftstemperaturområde på -196 till 204 °C och ingen nedbrytning eller smältning vid 500 °C. Para-aramids mest anmärkningsvärda egenskaper inkluderar ultrahög hållfasthet, hög modul, värmebeständighet, kemisk resistens och låg densitet. Dess hållfasthet överstiger 25 g/dtex – 5 till 6 gånger så högkvalitativt stål, 3 gånger så högt som glasfiber och dubbelt så högt som höghållfast nylonindustrigarn. Dess modul är 2–3 gånger så högt som stål eller glasfiber och 10 gånger så högt som höghållfast nylon. Den är dubbelt så stark som ståltråd och väger bara cirka 1/5 så mycket, vilket gör den särskilt väl lämpad för användning som förstärkning i optiska kablar, sjökablar och andra avancerade kabeltyper.
Mekaniska egenskaper hos aramidfiber
Meta-aramid är en flexibel polymer med högre brottstyrka än vanlig polyester, bomull eller nylon. Den har en hög töjningshastighet, mjuk känsla, god spinnbarhet och kan produceras till korta fibrer eller filament med varierande denier. Den kan spinnas till tyger och nonwovens med hjälp av vanliga textilmaskiner och bearbetas för att möta behoven hos olika industrier för skyddskläder. Inom elektrisk isolering utmärker sig meta-aramids flamskyddande och värmebeständiga egenskaper. Med ett LOI större än 28 fortsätter den inte att brinna efter att den lämnat lågan. Dess flamskydd är inneboende i dess kemiska struktur, vilket gör den permanent flamskyddad – resistent mot prestandaförlust på grund av tvätt eller långvarig användning. Meta-aramid har utmärkt termisk stabilitet, med kontinuerlig användning vid 205 °C och stark bibehållen styrka även vid temperaturer över 205 °C. Dess sönderdelningstemperatur är hög och den smälter eller droppar inte vid höga temperaturer, utan börjar bara karbonisera över 370 °C. Dessa egenskaper gör den idealisk för isolering och förstärkning i högtemperatur- eller brandbeständiga kablar.
Kemisk stabilitet hos aramidfiber
Meta-aramid har utmärkt resistens mot de flesta kemikalier och koncentrerade oorganiska syror, även om den är känslig för koncentrerad svavelsyra och salpetersyra. Den har också god alkaliresistens vid rumstemperatur.
Strålningsbeständighet hos aramidfiber
Meta-aramid uppvisar exceptionell strålningsbeständighet. Till exempel, vid långvarig exponering för ultraviolett ljus på 1,2×10⁻² W/cm² och gammastrålar på 1,72×10⁸ rad, förblir dess styrka oförändrad. Denna enastående strålningsbeständighet gör den särskilt lämplig för kablar som används i kärnkraftverk och rymdfarkoster.
Aramidfiberns hållbarhet
Meta-aramid uppvisar även utmärkt nötnings- och kemikaliebeständighet. Efter 100 tvättar behåller tyg tillverkat av inhemskt producerad meta-aramid över 85 % av sin ursprungliga rivhållfasthet. I kabelapplikationer säkerställer denna hållbarhet långsiktig mekanisk och elektrisk prestandastabilitet.
Tillämpningar av aramidfiber
Aramidfiber används flitigt inom Kinas flyg-, fordons-, elektromekaniska, bygg- och sportindustri tack vare dess utmärkta mekaniska egenskaper, högtemperaturbeständighet och kemiska stabilitet. Det anses vara ett viktigt material för den framtida utvecklingen av högpresterande industrier. Aramid spelar särskilt en oersättlig roll inom områdena kommunikationskablar, kraftkablar, högtemperaturbeständiga kablar, sjökablar och specialkablar.
Flyg- och militära områden
Aramidfiber har låg densitet, hög hållfasthet och utmärkt korrosionsbeständighet. Den används ofta i strukturella komponenter i flyg- och rymdfarkoster, såsom raketmotorhöljen och bredbandsradomstrukturer. Dess kompositmaterial uppvisar utmärkt slagtålighet och transparens för elektromagnetiska vågor, vilket avsevärt minskar flygplanens vikt och förbättrar säkerheten. Inom försvarssektorn används aramid i skottsäkra västar, hjälmar och explosionssäkra behållare, vilket gör det till ett ledande material för nästa generations lättvikts militära skydd.
Bygg- och transportområden
Inom byggbranschen används aramidfiber för strukturell förstärkning och brokabelsystem på grund av dess låga vikt, flexibilitet och korrosionsbeständighet. Den är särskilt effektiv för att förstärka oregelbundna strukturer. Inom transport används aramid i däckkordtyger för bilar och flygplan. Aramidförstärkta däck erbjuder hög hållfasthet, punkteringsmotstånd, värmebeständighet och lång livslängd, vilket uppfyller prestandakraven hos moderna höghastighetsfordon och flygplan.
El-, elektronik- och kabelindustrin
Aramidfiber har särskilt framträdande tillämpningar inom el-, elektronik- och tråd- och kabeltillverkningssektorerna, särskilt inom följande områden:
Draghållfasthet i optiska kablar: Med hög draghållfasthet och modul fungerar aramidfiber som draghållfasthet i optiska kommunikationskablar, vilket skyddar känsliga optiska fibrer från deformation under spänning och säkerställer stabil signalöverföring.
Armering i kablar: I specialkablar, sjökablar, kraftkablar och högtemperaturbeständiga kablar används aramid ofta som ett centralt armeringselement eller armeringslager. Jämfört med metallförstärkningar erbjuder aramid överlägsen styrka till lägre vikt, vilket avsevärt förbättrar kabelns draghållfasthet och mekaniska stabilitet.
Isolering och flamskydd: Aramidkompositer har utmärkt dielektrisk och termisk stabilitet. De används ofta i kabelisoleringsskikt, flamskyddsmantlar och halogenfria rökfattiga mantlar. Aramidpapper, efter att ha impregnerats med isolerande lack, kombineras med naturlig glimmer för användning i högtemperaturbeständiga motorer och transformatorer.
Brandsäkra kablar och kablar för järnvägstransport: Aramidfibers inneboende flamskydd och värmetålighet gör den idealisk för användning i fartygskablar, järnvägskablar och brandsäkra kablar av kärnkraftskvalitet, där säkerhetsstandarderna är stränga.
EMC och lättvikt: Aramids utmärkta elektromagnetiska transparens och låga dielektriska konstant gör den lämplig för EMI-skärmningslager, radarradomer och optoelektroniska integrationskomponenter, vilket bidrar till att förbättra elektromagnetisk kompatibilitet och minska systemvikten.
Andra applikationer
Tack vare sitt höga innehåll av aromatiska ringar erbjuder aramidfiber enastående kemisk stabilitet och korrosionsbeständighet, vilket gör den lämplig för marina rep, oljeborrningskablar och optiska transmissionskablar i tuffa miljöer. Den används också ofta i premium sportutrustning, skyddsutrustning och bromsbelägg för bilar, och används alltmer som ett miljövänligt alternativ till asbest i tätnings- och isoleringsapplikationer, värmeisoleringspaneler och andra tätningskomponenter, vilket säkerställer både prestanda och miljösäkerhet.
Publiceringstid: 31 juli 2025