Одежда из арамидной ткани: что это за материал и волокно

Как и из чего сделана арамидная ткань?

Материал состоит из арамидных волокон. Это полимерные образования, в которых мономеры, содержащие ароматические кольца, связаны между собой линейными и поперечными связями. Стойкость арамидной ткани обусловлена ​​именно поперечными связями, содержание которых достигает 85%. В ароматических структурах различают орто-, мет- и пара-положения. Арамидные волокна состоят из метаарамидов, параарамидов и сополимеров арамида.

• Параарамиды называются Тварон, Кевлар, СВМ, Терлон.
• Мета-арамиды называются номексом, арселоном.
• Сополимеры арамида называются кермелями.

Все арамидные волокна обладают улучшенными защитными свойствами. Мета-арамиды особенно устойчивы. Параарамиды обладают улучшенными теплозащитными свойствами.

Для изготовления арамидных тканей используются следующие виды ниток:

• белье;
• атлас;
• саржа;
• вафля.

Некоторые арамидные ткани относятся к трикотажным изделиям. Они связаны на специальных петлях из колец.

Баллистическая разновидность арамидной ткани состоит из нескольких слоев. Плетение ниток в каждом слое разное. Иногда верхний слой делают в виде флизелина.

История появления

В 1964 году арамидные ткани были впервые разработаны химиком американской компании DuPont. Изначально они назывались «Кевлар». И их использовали для усиления различных композитных составов. Также армировали кабельную продукцию, автомобильные шины. Сегодня компания, которая первой открыла арамидные волокна, является ведущим производителем этих материалов.

В нашей стране, в СССР, в 1970 году был изобретен аналогичный материал — СВМ.

Полученный у нас на родине прочный материал и американский аналог стоили дорого и имели очень небольшую область применения.

В 1985 году ситуация изменилась, в СССР было изобретено второе поколение волокон, имевшее мокрое-сухое прядение, что позволило получать ткани еще более высокого качества. В настоящее время ассортимент арамидных тканей очень широк, а область применения значительно расширилась.

Описание и производство спецткани

По своей химической структуре арамид представляет собой полипарафенилентерефталамид. В его основе бензольные кольца, соединенные амидными связями (-NH-CO-). Именно прочные ковалентные связи, а также сама ориентация молекул стали причиной высокой механической прочности полимерных нитей. Слабые водородные связи, возникающие между соседними цепочками молекул, не играют решающей роли.

Ароматические амиды образуются в результате реакции поликонденсации, продукт которой находится в виде крошек или геля. Когда он проходит через фильеры, образуются волокна. Технология получения ароматических амидов требует больших объемов серной кислоты и пресной воды.

Технология получения

Принцип получения по сути тот же и делится на два этапа:

• Синтез и выделение полимеров; Приготовление формовочного раствора;
• Формование волокон из формовочных растворов.

Полимер синтезируется в растворителе с осаждением воды. Затем полимер промывают водой и тщательно сушат. Для получения вязкого раствора полимер растворяют в серной кислоте.

Сами нити формируются через воздушный зазор с использованием так называемого «мокрого-сухого метода», что бы это ни значило. То есть прядильный раствор проталкивается через фильеры, и полученные волокна попадают в водяную баню. Затем их промывают от следов серной кислоты и сушат.

Технические характеристики

Ткань из арамида горит в чистом кислороде. В воздухе, где он составляет только 1/5 кислорода, он гаснет. Арамиды — идеальные диэлектрики. Они выдерживают высокие температуры, но разлагаются при 500 ° C.

Важно: к недостаткам арамидных тканей можно отнести старение. Производители гарантируют сохранение высоких прочностных характеристик материала в течение 5 лет. По истечении срока годности процессы деградации волокна становятся необратимыми. Долговечность полимеров повышается после обработки их специальными составами.

К недостаткам арамидной синтетики можно отнести плохую окраску. Изначально все волокна производятся желтого цвета, но при использовании материала в технических целях этот фактор не является решающим.

Отдельные виды материалов

Существует множество разновидностей арамидных тканей, которые различаются структурой волокон, типом плетения нитей, плотностью и дополнительными свойствами. Остановимся на самых распространенных.

Кевлар

Арамидные волокна используются для изготовления спецодежды.

Первый продукт из арамидного волокна был произведен в Америке в 1964 году. Разработчик — DuPont. Ткань получила название кевлар. Волокна использовались для производства покрышек, бронежилетов, тросов, шлемов. Из кевлара были сшиты очень прочные рабочие перчатки, которые нельзя было повредить. Ткань хорошо переносит кратковременные термические нагрузки.

Если кевлар нагревается непрерывно в течение длительного периода (более 60 часов), термическое сопротивление может уменьшиться вдвое.

Тварон

Twaron производится на предприятии Teijin Aramid, производство которого находится в Нидерландах, Японии. По качеству ткань аналогична кевлару. Легкость, высокая эластичность, прочность, инертность к химическим реагентам, диэлектрическая и термическая стабильность делают Twaron уникальным.

СВМ

В 1970 году в СССР был произведен высокопрочный синтетический материал, получивший название СВМ. Впоследствии идея получила развитие в России. Более совершенная форма SVM — русар и армос. Новая модификация технологии позволила повысить прочность тканей. Как следует из названия, они в основном используются для пошива одежды и униформы для военных.

Номекс

Из метаарамидов наиболее известен Номекс. Он был выпущен в 1961 году компанией DuPont. Эластичный, способный без деформации выдерживать сверхтяжелые нагрузки, термостойкий и химический материал выпускается в виде бумаги, ткани, ниток. По прочности он немного ниже, чем у кевлара, но прочность на изгиб Nomex в 3 раза выше, чем у кевлара.

Номекс не плавится, при температуре выше 370 градусов карбонизируется. Согласно рекомендациям производителей, диапазон рабочих температур Номекса не должен превышать 200 градусов.

Применяется для фильтрации горячего газа, в производстве рукавных фильтров для асфальтобетонных смесей, спецодежды для защиты от высоких температур, в изоляции электрических кабелей и двигателей, в авиации и судостроении.

Основные свойства термостойких волокон и нитей

Волокна (нити)	Плотность, г / см5	Модуль деформации, ГПа	Давай, cN / текс	Относительное удлинение при разрыве, %	Сохранение силы, %	Влажность при нормальных условиях, %
При 300 ° C	После нагрева до 300 ° C / 100ч
м-Арзмидные волокна (фенил, «эстим», конекс)	1,37–1,38	8-20	40-50	15-30	40-50	60-70	4-5
Полиамид имидные волокна (гермель)	1,34–1,35	5-9	35-60	10-25	—	—	3-3,5
Полиимидные волокна / пряжа (кантон аримид, П-84)	1,41–1,45	9-15	40–45 50–80	15–20 6–12	50-60	70–80 85–90	3–6
Полибензимидазольные волокна (P8I)	1,40–1,41	7-15	30-40	10-20	60-80	40-345	10-15
Полиамид-бензимидазольные волокна	1,43–1,45	—	30–45	20-30	—	—	12-15
Полиоксазольное волокно / нить (из океана)	1,42–1,44	5-25 30-40	25-40 40-60	6-10 4-8	40-60	75-95 60-85	6-10 3-5
Полулестничные резьбы (BB8, lola)	1,4–1,5	30–45	35–45	3-6	65-80	95–100	3-6
Обезвоженные полиакрилонитриловые волокна	1,37–1,4	7-10	20-25	15–22	—	—	—

Арселон

В советское время в 1970-х годах на территории Беларуси было налажено производство отечественного аналога Номекса — Арселона. Производство работает в Беларуси по сей день. Волокна выдерживают длительную нагрузку 250 ° С, кратковременную нагрузку 400 ° С. Арсенал — легкий, инертный и эластичный материал, из которого шьют одежду пожарных, металлургов, сварщиков. Арселон облачен в интерьеры самолетов и железнодорожных вагонов.

Кермель

Кермель — уникальная арамидная ткань, которая в основном используется в военной технике. Производство началось более полувека назад во Франции. Волокна материала блестящие, а поверхность гладкая. Высокое удлинение при разрыве ткани, которое составляет 19%, выше, чем у стали. Ткань мягкая, удобная для ношения на теле. Они окрашены в пряжу, поэтому цвет ткани хорошо сохраняется и не теряет яркости. Огнестойкий. Применяется для производства нижнего белья, спецодежды рабочих горячих цехов. Кроме того, из него делают канаты особой прочности, тросы утеплены.

Терлон

Вид высокопрочных огнеупорных волокон, полученных в СССР.

Свойства чудо-ткани

Особо следует отметить параметры прочности и надежности арамидной ткани. Он имеет следующие уникальные особенности:

• предел прочности на разрыв составляет от 280 до 550 килограммов на квадратный миллиметр, что превосходит нейлон и сталь;
• плотность материала делает его намного легче стекловолокна;
• сохраняет свою целостность и форму, несмотря на механическое воздействие. Экспериментально продемонстрирована способность арамидной ткани противостоять ударам огнестрельного оружия;
• волокна устойчивы к температурам от 250 до 400 ° C;
• биостойкость гарантирует защиту от грибков, микробов и других микроорганизмов. Это убережет одежду от впитывания неприятных запахов и от гниения;
• неизменность размеров в течение срока полезного использования до 10 лет.

Небольшой недостаток арамидной ткани — ее стойкость к пятнам. Поэтому костюмы из арамида обычно желтого цвета. Этот незначительный оттенок меркнет на фоне огромного списка достоинств чудо-ткани.

Общие качества арамидных тканей

Из арамидных волокон изготавливают несколько различных типов продуктов. Целой группе материалов присуще множество преимуществ.

• Невероятная прочность, значительно превышающая прочностные характеристики стали.
• Маленький вес. Арамидные ткани намного легче стекловолокна.
• Способность сохранять защитные качества при очень высоких температурах. При температуре ниже 0 ° C защитная способность улучшается.
• Невозможность гореть и таять.
• Колоссальная стойкость к механическому воздействию. Ткань способна защитить от пуль.
• Абсолютная инерция к действию микробов.
• Возможность сохранять форму на весь период эксплуатации.

Арамидным тканям присущ ряд недостатков.

• При намокании в воде теряется прочность. Восстанавливайте после высыхания материала.
• Арамидные ткани состариваются. Для увеличения рабочей линии материал дополнительно пропитывается. Производители дают гарантию сохранения качества на 10 лет.
• Некоторые арамидные материалы чувствительны к воздействию солнца.

Разработчики продолжают совершенствовать технологии производства волокон и материалов. Это позволяет надеяться на сокращение дефицита в будущем.

Арамидные ткани незаменимы при производстве костюмов для солдат, спасателей, пожарных, металлургов. Из них шьют одежду, боевую форму, бронежилеты, шлемы и снаряжение. Благодаря этому материалу было спасено большое количество человеческих жизней.

Читайте также: Шлифовальная головка для дрели: резиновая насадка для шуруповерта

Плюсы и минусы

Уникальной особенностью этой ткани является ее прочность и термостойкость, а также способность к терморегуляции. Благодаря терморегулированию в изделиях из арамидной ткани всегда комфортно, ведь температура тела регулируется.

Профессионалы:

• сила;
• облегчение;
• устойчивость к высоким температурам;
• терморегуляция;
• огнеустойчивый;
• устойчивость к механическим воздействиям;
• удобство в использовании;
• многофункциональность;
• стабильность размеров;
• устойчивость к грязи.

Недостатки:

• высокая цена;
• арамидные волокна трудно поддаются окраске, поэтому изделия из этой ткани часто имеют желтоватый оттенок.

Арамид считается антибактериальным материалом, так как в его волокнах никогда не растут мелкие насекомые, паразиты или микробы. К тому же полотно не впитывает запахи и легко очищается от всех видов загрязнений.

Преимущества арамидных композитов

Высокая стойкость к ударам и разрушению

Арамид — это материал с чрезвычайно высокой ударопрочностью, он не ломается при ударе: он поглощает удары. Он обычно используется при производстве бронежилетов, корпусов лодок, байдарок и в качестве противоосколочных покрытий для военных транспортных средств.

Композитный материал, состоящий из 100% арамида, имеет примерно в 5 раз большую ударопрочность, чем композит из углеродного волокна (испытание на падение). Ударопрочность или огнестойкость пуль из арамидного оружия обусловлена ​​длинными цепочками атомов, из которых они состоят.

Эти свойства используются, в частности, в военной промышленности для производства бронежилетов и баллистических танков.

Доспех состоит из нескольких десятков слоев арамида, обычно разделенных керамической пластиной. Баллистические гильзы, используемые в бронетехнике, такой как танк US M1, изготовлены из стальных — арамидных — стальных конструкций, устойчивых к противотанковым ударам диаметром до 700 мм. Что важно, как для солдата в бронежилете, так и для танкиста, арамид значительно поглощает удары, возникающие при попадании пули.

Примером использования кевлара является также американский боевой вертолет Apache Boeing AH-64. Главный и стабилизирующий винты изготовлены из кевлара. Кевлар защищает винты вертолетов от пуль диаметром до 23 мм.

Высокая ударопрочность также широко используется в лодках и каяках. Все лодки, участвующие в ежегодной гонке Volvo Ocean Race по всему миру, имеют корпуса из арамида, и почти все высокопроизводительные каяки для водных видов спорта имеют корпуса из арамидной или углеродно-арамидной ткани.

Еще одно практическое применение кевлара — это раллийные автомобили, где из этого материала изготовлены внутренние колесные арки и пластина под двигателем. Кевлар защищает ключевые механические элементы раллийного автомобиля от ударов, например камней.

Присущая низкая плотность / легкий вес

Арамидные волокна — одни из самых легких волокон, используемых в композитах. Использование арамидных тканей в композитах позволяет не только повысить стойкость композита к ударам и трению, но и значительно снизить вес композитного элемента.

Композиты из арамида примерно на 20% легче композитов из углеродного волокна, которые считаются очень легкими.

Арамидные волокна имеют плотность ~ 1,45 г / см 3, а соединение арамидной смолы и эпоксидной смолы имеет плотность ~ 1,3 г / см 3

В расчетах использовалась плотность эпоксидной смолы с отвердителем ~ 1,1 г / см 3 и передовая технология производства композитов: метод автоклавного препрега.

Для сравнения, углеродные волокна, считающиеся одними из самых легких материалов, имеют плотность 1,55 г / см 3 для углеродных композитов и эпоксидных смол.

Другими словами, арамидный композит примерно на 20% легче, чем композит из углеродного волокна.

Умеренная жесткость — устраняет разрыв между стекловолокном и углеродным волокном.

Композит из арамида — прочный материал, который по жесткости превосходит композит из стекловолокна, но значительно уступает композитам из углеродного волокна.

Существует много типов углеродных и арамидных волокон, таких как стандартный модуль, средний модуль или высокий модуль, которые значительно различаются по жесткости, стоимости и устойчивости композитов к повреждениям.

Следующие данные показывают жесткость различных волокон для стекла, углерода и арамида. Модуль Юнга измеряется вдоль волокна.

Жесткость различных композитных волокон:

• Стеклоткани — от 72 ГПа (стандартные стеклоткани E) до 87 ГПа (ткани с большей прочностью, чем стекло S).
• Ткани из углеродного волокна — от 230 ГПа (стандартные волокна, используемые в композитах, например Toray T300) до 590 ГПа (сверхвысокомодульные волокна HM, такие как Toray M60J).
• Арамид — от 96 ГПа (стандартные арамидные ткани, используемые в композитах, такие как кевлар 129) до — 186 ГПа (арамидные ткани, используемые в аэрокосмической промышленности, такие как кевлар 149).

Для простоты можно предположить, что арамидные композиты, изготовленные из стандартных тканей, примерно на 30-40% жестче, чем композиты из стекла, но значительно ниже, чем углеродные композиты, и имеют примерно половину жесткости, чем углеродные композиты.

Низкое тепловое расширение.

Арамиды очень термостойкие, с почти нулевым или слегка отрицательным коэффициентом теплового расширения. Тепловое расширение арамида составляет (-2,4 x 10-6 / ° C).

Не проводит электричество.

Арамид является изолятором и не проводит электричество.

Хорошая стойкость к истиранию и порезам

Композиты из кевлара (арамида) обычно используются во фрикционных деталях, таких как крышки двигателей раллийных автомобилей.

В горнодобывающей промышленности, например в угольной, арамид используется для усиления резиновых конвейерных лент путем добавления рыхлых арамидных волокон. По словам производителя кевлара, это увеличивает сопротивление трения несущих ремней примерно на 50-70%. Эти свойства используются не только в композитах, но и в рабочей одежде, такой как перчатки, которые обладают большей устойчивостью к порезам благодаря использованию арамидных тканей, таких как Twaron или Kevlar.

Гашение вибрации.

Ценные свойства арамидных композитов — их высокая демпфирующая способность и устойчивость к вибрации, которые используются в компонентах, подверженных вибрации, таких как компоненты самолетов.

Низкая относительная электрическая проницаемость

Композит арамид имеет низкую относительную электрическую проницаемость — ~ 3,85 (10 ГГц). Это обеспечивает хорошую передачу сигнала антенн через защитные крышки / купола из кевлара (арамида). Обычно эти экраны используются для защиты военных антенн, установленных на самолетах. Оба они обеспечивают хорошую передачу антенного сигнала и защищают антенны от повреждений.

Для сравнения: защитные купола из E-стекла имеют относительную электрическую проницаемость 6,1 (10 ГГц), что примерно на 60% ниже передачи антенного сигнала, чем у арамидных экранов.

Помимо арамида, для изготовления антенных экранов также используются кремнеземные волокна, которые также имеют низкую относительную диэлектрическую проницаемость 3,78 (10 ГГц).

Его можно использовать одновременно с другими типами тканей.

Арамидные волокна могут использоваться в углеродных и стеклянных композитах, изменяя их параметры по желанию, что открывает большие возможности для производителей композитов.

В случае композитов из углеродного волокна добавляется больше слоев арамида для увеличения их прочности, или используются гибридные ткани, в которых 50% волокон арамидные, а 50% углеродные.

Недостатки

Наиболее серьезные недостатки этих тканей — высокая стоимость, быстрое старение и зависимость от намокания в воде, что приводит к потере механической прочности. Последние разработки производителей и новые технологии позволяют повысить долговечность и зависимость от воды.

Арамиды разрушаются под воздействием солнечных лучей, ультрафиолет снижает их прочность. Поэтому предприятия, производящие арамидные полотна, пропитывают их специальными составами, помогающими устранить эти недостатки.

Отдельные нюансы

Материал, обладающий такими уникальными свойствами, также требует особых условий для работы с ними. Из-за своей прочности ткани нелегко раскроить и сшить. Как ты с ними работаешь?

Если вам нужно разрезать особо прочную ткань или пластик, содержащие арамидные добавки, используйте инструменты для лазерной или алмазной резки, например дисковые пилы, сверла со специальным покрытием. Также существуют специальные ножницы для арамидных тканей.

Эти «чудо-ножницы» отличаются от обычных специальным покрытием лезвий, наличием микрозубов. Покрытие лезвия обеспечивает легкое скольжение, а также защиту от износа и царапин. С помощью такого специализированного инструмента можно легко разрезать прочные ткани.

Так открылось, как кроить супер-ткани, а как их теперь «сшить»?

Для соединения тканей используются специальные кевларовые нити. Они прочные, огнестойкие. Иглы изготовлены из закаленной стали. Чтобы избежать осыпания обрезных краев ткани, используйте малярный скотч, запекание края, которое в основном используется в других полимерных тканях, здесь не решит проблему, так как арамидный материал не плавится.

Применение в различных сферах

Ранние арамидные ткани использовались в качестве усиливающих элементов в автомобильных шинах, ремнях безопасности и кабелях для тяжелых условий эксплуатации. Сегодня сфера их применения охватывает широкий спектр отраслей. Из них делают оплетки для оптических кабелей и другой продукции, композиты для космической и авиационной промышленности, камеры внутреннего давления, высокоскоростные маховики, высокоскоростные яхты и роскошные автомобили.

Защитные костюмы

Комбинезоны из арамидных тканей необходимы рабочим на производстве керамики, стекла, нефтехимии. Арамиды используются для изготовления униформы и защитного снаряжения, используемых в вооруженных силах и правоохранительных органах. Лучшие образцы получаются в сочетании с пластиком. Покрытие на той же полимерной основе изолирует окружающую среду и оборудование от высоких температур.

Броня

Важно: для создания пуленепробиваемых жилетов и шлемов используются высокопрочные арамидные ткани, такие как кевлар. Спасенные жизни оправдали высокую стоимость защитных материалов.

Спортивная одежда и инвентарь

Арамидное волокно используется при производстве мотоциклетных джинсов, экипировки представителей различных видов спорта, особенно лыж и сноубордов.

Динамики и музыкальные инструменты

Арамиды обладают прекрасными акустическими свойствами. Из них делают диффузоры для динамиков. Кевлар служит основой канатов, придавая им особую прочность, гибкость и устойчивость к перепадам температур.

Как работать с арамидными тканями

Для работы с таким прочным материалом требуется специальный инструмент. Композитный пластик на основе арамидных добавок и плотных и утолщенных тканей вырезается с помощью лазерных или алмазных режущих инструментов — дисковых пил и пульверизаторов с напылением. При пошиве одежды из арамидных тканей крой можно производить ножницами. Только эти ножницы должны быть специальными, специально для работы с арамидными волокнами.

Эти ножницы отличаются от обычных ножниц специальным армирующим покрытием лезвий и наличием на одном из них микрозубцов. Покрытие устойчиво к воздействию химикатов, не реагирует на ультрафиолетовое излучение и защищает лезвия от истирания. Состав покрытия обеспечивает хорошее скольжение, а ножницы легко и равномерно разрезают прочный материал.

Арамидные ткани шьют с использованием кевларовых ниток, которые обладают характеристиками высокой прочности и огнестойкости. Для машинного шитья выбираются иглы размером 140-160, но не обычные, а те, которые используются для шитья трикотажа, кожи или джинсов. Для ручного шитья используйте иглы из закаленной стали. Чтобы края не осыпались, их можно защитить малярным скотчем — обжечь их не получится, так как материал не плавится.

Свойства арамидных волокон поражают воображение. Но природа нас удивляет еще больше. Так, например, нить, которую плетет золотой паук, превышает прочность арамидных нитей. А в Израиле ученые разработали наноматериал органического происхождения, который по своей структуре напоминает налет в головном мозге пациентов с болезнью Альцгеймера.

Невероятные возможности нового материала открывают безграничные возможности применения.

Эксплуатация и уход

Ткани арамид боятся воды. Влажные волокна менее устойчивы, но после высыхания их свойства восстанавливаются. Такие ткани еще можно стирать и не дают усадки. Правда, многократная стирка, а также воздействие прямого ультрафиолета сказываются на прочности арамидов. Благодаря водонепроницаемому покрытию срок службы материалов увеличивается.

Отбеливающие средства и составы, используемые при химической чистке изделий, отрицательно влияют на их свойства.

Арамиды успешно решают сегодняшние проблемы, стоящие перед человеком. Но они могут стать тормозом для окружающей среды, поскольку будут «слишком жесткими» для любого живого существа, живущего на Земле. Поэтому наряду с созданием полимерных материалов необходимо решать проблемы, связанные с их утилизацией.