Sợi aramid, viết tắt của sợi polyamide thơm, được liệt kê trong số bốn loại sợi hiệu suất cao được ưu tiên phát triển tại Trung Quốc, cùng với sợi carbon, sợi polyethylene trọng lượng phân tử cực cao (UHMWPE) và sợi bazan. Giống như nylon thông thường, sợi aramid thuộc họ sợi polyamide, với liên kết amide trong chuỗi phân tử chính. Sự khác biệt chính nằm ở liên kết: liên kết amide của nylon được kết nối với các nhóm aliphatic, trong khi aramid được liên hợp với các vòng benzen. Cấu trúc phân tử đặc biệt này mang lại cho sợi aramid độ bền dọc cực cao (>20cN/dtex) và mô đun đàn hồi (>500GPa), khiến nó trở thành vật liệu được ưa chuộng để gia cố cáp cao cấp.
Các loại sợi Aramid
Sợi AramidChủ yếu bao gồm sợi polyamide thơm hoàn toàn và sợi polyamide thơm dị vòng, có thể được phân loại 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. Về mặt 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 sự 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 gọi ở Trung Quốc là Aramid 1414, là một polyme tuyến tính cao với hơn 85% liên kết amit 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, đang thống trị thị trường toàn cầu. Đây là sợi đầu tiên được sản xuất bằng dung dịch kéo sợi polyme tinh thể lỏng, mở ra một kỷ nguyên mới của 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 cố cáp quang, bảo vệ chống đạn và các lĩnh vực khác.
Meta-Aramid
Meta-aramid, hay poly(m-phenylene isophthalamide) (PMTA), còn được gọi là Aramid 1313 ở Trung Quốc, là một loại sợi hữu cơ hàng đầu có khả năng chịu nhiệt độ cao. Cấu trúc phân tử của nó bao gồm các nhóm amide liên kết các vòng meta-phenylene, tạo thành một chuỗi tuyến tính zigzag được ổn định bởi các liên kết hydro liên phân tử mạnh mẽ trong mạng lưới 3D. Cấu trúc này mang lại cho sợi khả năng chống cháy, ổn định nhiệt và 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 thủy tinh khoảng 275°C và nhiệt độ hoạt động liên tục trên 200°C, khiến nó được sử dụng rộng rãi trong cáp chống cháy và vật liệu cách điện chịu nhiệt độ cao.
Tính chất nổi bật của sợi Aramid
Sợi Aramid có độ bền cực cao, mô đun đàn hồi cao, khả năng chịu nhiệt, kháng axit và kiềm, trọng lượng nhẹ, cách điện, chống lão hóa, vòng đời dài, ổn định hóa học, không tạo giọt nóng chảy trong quá trình đốt cháy và không phát thải khí độc hại. Về khả năng chịu nhiệt, para-aramid vượt trội hơn meta-aramid, với dải 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 đáng chú ý nhất của Para-aramid bao gồm độ bền cực cao, mô đun đàn hồi cao, khả năng chịu nhiệt, kháng 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 sợi thủy tinh và gấp đôi sợi nylon công nghiệp có độ bền cao. Độ bền của nó gấp 2–3 lần thép hoặc sợi thủy tinh và gấp 10 lần nylon có độ bền cao. Nó cứng gấp đôi dây thép và chỉ nặng khoảng 1/5, do đó đặc biệt phù hợp để sử dụng làm vật liệu gia cố 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 linh hoạt có độ bền đứt cao hơn polyester, cotton hoặc nylon thông thường. Nó có độ giãn dài cao, cảm giác cầm tay mềm mại, khả năng kéo sợi tốt và có thể được sản xuất thành sợi ngắn hoặc sợi có độ denier 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 trang phục bảo hộ của nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Trong lĩnh vực cách điện, đặc tính chống cháy và chịu nhiệt của meta-aramid nổi bật. Với LOI lớn hơn 28, nó sẽ không tiếp tục cháy sau khi rời khỏi ngọn lửa. Khả năng chống cháy của nó là đặc tính vốn có trong cấu trúc hóa học của nó, khiến nó có khả năng chống cháy vĩnh viễn - chống mất hiệu suất do giặt hoặc sử dụng lâu dài. Meta-aramid có độ ổn định nhiệt tuyệt vời, với khả năng 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 không tan chảy hoặc nhỏ giọt ở nhiệt độ cao, chỉ bắt đầu cacbon hóa ở trên 370°C. Những đặc tính này làm cho nó trở nên lý tưởng để cách điện và gia cố trong cáp chịu nhiệt độ cao hoặc cáp chống cháy.
Độ ổn định hóa học của sợi Aramid
Meta-aramid có khả năng chống chịu tuyệt vời với hầu hết các loại 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 kháng kiềm tốt ở nhiệt độ phòng.
Khả năng chống bức xạ của sợi Aramid
Meta-aramid sở hữu 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 vượt trội này khiến nó đặc biệt phù hợp để sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân và tàu vũ trụ.
Độ bền của sợi Aramid
Meta-aramid còn cho thấy khả năng chống mài mòn và 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 lâu dài về hiệu suất cơ học và điện.
Ứng dụng của sợi Aramid
Sợi aramid được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, ô tô, cơ điện, xây dựng và thể thao của Trung Quốc nhờ các đặc tính cơ học tuyệt vời, khả năng chịu nhiệt độ 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 thay thế trong các lĩnh vực cáp quang truyền thông, cáp điện, cáp chịu nhiệt độ cao, cáp ngầm và cáp chuyên dụng.
Hàng không vũ trụ và lĩnh vực 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 thành phần kết cấu của phương tiện hàng không vũ trụ, chẳng hạn như vỏ động cơ tên lửa và cấu trúc mái vòm radar băng thông rộng. Vật liệu composite của nó có 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 container chống nổ, biến nó thành vật liệu hàng đầu cho thế hệ bảo vệ quân sự nhẹ tiếp theo.
Lĩnh vực xây dựng và vận tải
Trong ngành xây dựng, sợi aramid được sử dụng để gia cố kết cấu và hệ thống cáp cầu nhờ trọng lượng nhẹ, tính linh hoạt và khả năng chống ăn mòn. Nó đặc biệt hiệu quả trong việc gia cố các kết cấu không bằng phẳng. Trong vận tải, aramid được ứng dụng trong vải sợi lốp ô tô và máy bay. Lốp xe gia cường aramid có độ bền cao, khả năng chống thủng, khả năng chịu nhiệt và tuổi thọ cao, đáp ứng nhu cầu hiệu suất của các phương tiện và máy bay tốc độ cao hiện đại.
Ngành 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 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 khi chịu lực kéo và đảm bảo truyền tín hiệu ổn định.
Gia cường trong cáp: Trong 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 giáp. So với gia cường 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 sở hữu khả năng cách điện và ổn định nhiệt tuyệt vời. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các lớp cách điện cáp, vỏ chống cháy và vỏ 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 trên tàu, cáp vận chuyển đường sắt và cáp chống cháy cấp hạt nhân, nơi có tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt.
EMC và giảm trọng lượng: Độ trong suốt điện từ tuyệt vời và hằng số điện môi thấp của Aramid khiến nó phù hợp với các lớp che chắn EMI, mái che 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, phù hợp cho dây thừng hàng hải, cáp khoan dầu và cáp quang truyền dẫn trên cao trong môi trường khắc nghiệt. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị thể thao cao cấp, đồ bảo hộ và má phanh ô tô, và ngày càng được ưa chuộng như một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường cho amiăng trong các ứng dụng bịt kín và cách nhiệt, tấm cách nhiệt và các thành phần bịt kín khác, đảm bảo cả hiệu suất và an toàn môi trường.
Thời gian đăng: 31-07-2025