Sợi aramid, viết tắt của sợi polyamit thơm, nằm trong số bốn loại sợi hiệu năng cao được ưu tiên phát triển tại Trung Quốc, cùng với sợi carbon, sợi polyetylen siêu phân tử (UHMWPE) và sợi bazan. Giống như nylon thông thường, sợi aramid thuộc họ sợi polyamit, với các liên kết amit trong chuỗi phân tử chính. Sự khác biệt chính nằm ở liên kết: các liên kết amit của nylon được nối với các nhóm béo, trong khi các liên kết aramid được liên hợp với các vòng benzen. Cấu trúc phân tử đặc biệt này mang lại cho sợi aramid độ bền trục cực cao (>20cN/dtex) và mô đun đàn hồi (>500GPa), khiến nó trở thành vật liệu được ưa chuộng để gia cường các loại cáp cao cấp.
Các loại sợi Aramid
Sợi AramidChủ yếu bao gồm các sợi polyamit hoàn toàn thơm và các sợi polyamit thơm dị vòng, có thể được phân loại tiếp thành ortho-aramid, para-aramid (PPTA) và meta-aramid (PMTA). Trong số này, meta-aramid và para-aramid là những loại đã được công nghiệp hóa. Xét về cấu trúc phân tử, sự khác biệt chính giữa hai loại này nằm ở vị trí của nguyên tử carbon trong vòng benzen mà liên kết amit được gắn vào. Sự khác biệt về cấu trúc này dẫn đến những khác biệt đáng kể về tính chất cơ học và độ ổn định nhiệt.
Para-Aramid
Para-aramid, hay poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA), còn được biết đến ở Trung Quốc với tên gọi Aramid 1414, là một loại polymer mạch thẳng có hơn 85% liên kết amide liên kết trực tiếp với các vòng thơm. Các sản phẩm para-aramid thành công nhất về mặt thương mại là Kevlar® của DuPont và Twaron® của Teijin, chiếm lĩnh thị trường toàn cầu. Đây là loại sợi đầu tiên được sản xuất bằng dung dịch kéo sợi polymer tinh thể lỏng, mở ra một kỷ nguyên mới cho các loại sợi tổng hợp hiệu suất cao. Về tính chất cơ học, độ bền kéo của nó có thể đạt 3,0–3,6 GPa, mô đun đàn hồi 70–170 GPa và độ giãn dài khi đứt 2–4%. Những đặc tính vượt trội này mang lại cho nó những lợi thế không thể thay thế trong việc gia cường cáp quang, bảo vệ chống đạn và các lĩnh vực khác.
Meta-Aramid
Meta-aramid, hay poly(m-phenylene isophthalamide) (PMTA), còn được biết đến ở Trung Quốc với tên gọi Aramid 1313, là một loại sợi hữu cơ chịu nhiệt độ cao hàng đầu. Cấu trúc phân tử của nó bao gồm các nhóm amide liên kết các vòng meta-phenylene, tạo thành một chuỗi tuyến tính hình zigzag được ổn định bởi các liên kết hydro liên phân tử mạnh trong mạng lưới 3D. Cấu trúc này mang lại cho sợi khả năng chống cháy, ổn định nhiệt và khả năng chống bức xạ tuyệt vời. Một sản phẩm tiêu biểu là Nomex® của DuPont, với chỉ số oxy giới hạn (LOI) từ 28–32, nhiệt độ chuyển pha thủy tinh khoảng 275°C và nhiệt độ hoạt động liên tục trên 200°C, do đó được sử dụng rộng rãi trong cáp chống cháy và vật liệu cách điện chịu nhiệt độ cao.
Đặc tính nổi bật của sợi Aramid
Sợi Aramid có độ bền cực cao, mô đun đàn hồi cao, khả năng chịu nhiệt, chịu axit và kiềm, trọng lượng nhẹ, khả năng cách điện, chống lão hóa, tuổi thọ cao, ổn định hóa học, không tạo giọt nóng chảy trong quá trình cháy và không phát thải khí độc hại. Từ góc độ ứng dụng cáp, para-aramid vượt trội hơn meta-aramid về khả năng chịu nhiệt, với phạm vi nhiệt độ hoạt động liên tục từ -196 đến 204°C và không bị phân hủy hoặc nóng chảy ở 500°C. Các đặc tính nổi bật nhất của para-aramid bao gồm độ bền cực cao, mô đun đàn hồi cao, khả năng chịu nhiệt, chịu hóa chất và mật độ thấp. Độ bền của nó vượt quá 25 g/dtex—gấp 5 đến 6 lần so với thép chất lượng cao, gấp 3 lần so với sợi thủy tinh và gấp đôi so với sợi nylon công nghiệp cường độ cao. Mô đun đàn hồi của nó gấp 2-3 lần so với thép hoặc sợi thủy tinh và gấp 10 lần so với nylon cường độ cao. Nó cứng gấp đôi dây thép và chỉ nặng bằng khoảng 1/5, do đó đặc biệt thích hợp để sử dụng làm vật liệu gia cường trong cáp quang, cáp ngầm và các loại cáp cao cấp khác.
Tính chất cơ học của sợi Aramid
Meta-aramid là một loại polymer dẻo có độ bền kéo đứt cao hơn so với polyester, cotton hoặc nylon thông thường. Nó có tỷ lệ giãn dài cao, cảm giác mềm mại, khả năng kéo sợi tốt và có thể được sản xuất thành các sợi ngắn hoặc sợi mảnh với độ mảnh khác nhau. Nó có thể được kéo thành vải và vải không dệt bằng máy móc dệt tiêu chuẩn và được xử lý để đáp ứng nhu cầu về quần áo bảo hộ của nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Trong vật liệu cách điện, đặc tính chống cháy và chịu nhiệt của meta-aramid rất nổi bật. Với chỉ số LOI lớn hơn 28, nó sẽ không tiếp tục cháy sau khi rời khỏi ngọn lửa. Khả năng chống cháy của nó vốn có trong cấu trúc hóa học, làm cho nó có khả năng chống cháy vĩnh viễn - chống lại sự suy giảm hiệu suất do giặt hoặc sử dụng lâu dài. Meta-aramid có độ ổn định nhiệt tuyệt vời, có thể sử dụng liên tục ở 205°C và duy trì độ bền mạnh ngay cả ở nhiệt độ trên 205°C. Nhiệt độ phân hủy của nó cao, và nó không tan chảy hoặc nhỏ giọt ở nhiệt độ cao, chỉ bắt đầu cacbon hóa trên 370°C. Những đặc tính này làm cho nó lý tưởng để cách điện và gia cường trong cáp chịu nhiệt độ cao hoặc chống cháy.
Tính ổn định hóa học của sợi aramid
Meta-aramid có khả năng chống chịu tuyệt vời với hầu hết các hóa chất và axit vô cơ đậm đặc, mặc dù nó nhạy cảm với axit sulfuric và axit nitric đậm đặc. Nó cũng có khả năng chống kiềm tốt ở nhiệt độ phòng.
Khả năng chống bức xạ của sợi Aramid
Meta-aramid thể hiện khả năng chống bức xạ vượt trội. Ví dụ, khi tiếp xúc lâu dài với tia cực tím 1,2×10⁻² W/cm² và tia gamma 1,72×10⁸ rad, độ bền của nó vẫn không thay đổi. Khả năng chống bức xạ xuất sắc này làm cho nó đặc biệt phù hợp cho các loại cáp được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân và tàu vũ trụ.
Độ bền của sợi Aramid
Meta-aramid cũng thể hiện khả năng chống mài mòn và kháng hóa chất tuyệt vời. Sau 100 lần giặt, vải làm từ meta-aramid sản xuất trong nước vẫn giữ được hơn 85% độ bền xé ban đầu. Trong các ứng dụng cáp, độ bền này đảm bảo sự ổn định về hiệu suất cơ học và điện lâu dài.
Ứng dụng của sợi Aramid
Sợi aramid được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, ô tô, điện cơ, xây dựng và thể thao của Trung Quốc nhờ các đặc tính cơ học tuyệt vời, khả năng chịu nhiệt cao và độ ổn định hóa học. Nó được coi là vật liệu chủ chốt cho sự phát triển tương lai của các ngành công nghiệp hiệu suất cao. Đặc biệt, aramid đóng vai trò không thể thiếu trong các lĩnh vực cáp quang truyền thông, cáp điện, cáp chịu nhiệt độ cao, cáp ngầm và các loại cáp chuyên dụng.
Lĩnh vực hàng không vũ trụ và quân sự
Sợi aramid có mật độ thấp, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Nó được ứng dụng rộng rãi trong các cấu kiện kết cấu của phương tiện hàng không vũ trụ, chẳng hạn như vỏ động cơ tên lửa và cấu trúc vòm radar băng thông rộng. Vật liệu composite của nó thể hiện khả năng chống va đập và độ trong suốt sóng điện từ tuyệt vời, giúp giảm đáng kể trọng lượng máy bay và tăng cường an toàn. Trong lĩnh vực quốc phòng, aramid được sử dụng trong áo chống đạn, mũ bảo hiểm và thùng chứa chống nổ, trở thành vật liệu hàng đầu cho thế hệ thiết bị bảo vệ quân sự hạng nhẹ tiếp theo.
Lĩnh vực Xây dựng và Giao thông vận tải
Trong ngành xây dựng, sợi aramid được sử dụng để gia cường kết cấu và hệ thống cáp cầu nhờ đặc tính nhẹ, dẻo và chống ăn mòn. Nó đặc biệt hiệu quả trong việc gia cường các cấu trúc không đều. Trong ngành vận tải, aramid được ứng dụng trong vải bố lốp xe ô tô và máy bay. Lốp xe gia cường bằng aramid có độ bền cao, khả năng chống thủng, chịu nhiệt và tuổi thọ dài, đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất của các phương tiện và máy bay tốc độ cao hiện đại.
Ngành công nghiệp điện, điện tử và cáp
Sợi Aramid có ứng dụng đặc biệt nổi bật trong các ngành điện, điện tử và sản xuất dây & cáp, đặc biệt là trong các lĩnh vực sau:
Các thành phần chịu kéo trong cáp quang: Với độ bền kéo và mô đun đàn hồi cao, sợi aramid đóng vai trò là thành phần chịu kéo trong cáp quang truyền thông, bảo vệ các sợi quang mỏng manh khỏi bị biến dạng dưới tác động của lực căng và đảm bảo truyền tín hiệu ổn định.
Gia cường trong cáp: Trong các loại cáp chuyên dụng, cáp ngầm, cáp điện và cáp chịu nhiệt độ cao, aramid thường được sử dụng làm thành phần gia cường trung tâm hoặc lớp bảo vệ. So với các vật liệu gia cường bằng kim loại, aramid có độ bền vượt trội với trọng lượng nhẹ hơn, giúp tăng cường đáng kể độ bền kéo và độ ổn định cơ học của cáp.
Cách điện và chống cháy: Vật liệu composite aramid có độ ổn định nhiệt và điện môi tuyệt vời. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các lớp cách điện cáp, lớp vỏ chống cháy và lớp bọc ít khói không chứa halogen. Giấy aramid, sau khi được tẩm vecni cách điện, được kết hợp với mica tự nhiên để sử dụng trong động cơ và máy biến áp chịu nhiệt độ cao.
Cáp chống cháy và cáp vận chuyển đường sắt: Khả năng chống cháy và chịu nhiệt vốn có của sợi aramid khiến nó trở nên lý tưởng để sử dụng trong cáp tàu thủy, cáp vận chuyển đường sắt và cáp chống cháy cấp hạt nhân, nơi các tiêu chuẩn an toàn rất nghiêm ngặt.
Khả năng tương thích điện từ và giảm trọng lượng: Tính trong suốt điện từ tuyệt vời và hằng số điện môi thấp của Aramid làm cho nó phù hợp với các lớp chắn nhiễu điện từ, vỏ bọc radar và các thành phần tích hợp quang điện tử, giúp cải thiện khả năng tương thích điện từ và giảm trọng lượng hệ thống.
Các ứng dụng khác
Nhờ hàm lượng vòng thơm cao, sợi aramid có độ ổn định hóa học và khả năng chống ăn mòn vượt trội, thích hợp cho dây thừng hàng hải, cáp khoan dầu và cáp quang truyền tải trên không trong môi trường khắc nghiệt. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong thiết bị thể thao cao cấp, thiết bị bảo hộ và má phanh ô tô, và ngày càng được sử dụng như một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường cho amiăng trong các ứng dụng làm kín và cách nhiệt, tấm cách nhiệt và các bộ phận làm kín khác, đảm bảo cả hiệu suất và an toàn môi trường.
Thời gian đăng bài: 31/7/2025