FIBRE ARAMIDICE

Sfârşitul secolului XX este considerat de către numeroşi specialişti ca fiind epoca materialelor compozite. Aceste materiale cu proprietăţi programabile superioare materialelor tradiţionale au pătruns în domeniile tehnicii de vârf, cum ar fi: tehnologii aerospaţiale, microelectronica, tehnica nucleară, tehnica de construcţie medicală a implanturilor, dar şi în industria de automobile, de nave, industria chimică, a mobilei, în construcţii, în industria materialelor sportive.

Materialele compozite sunt realizate din doi sau mai mulţi componenţi care formează faze distincte, fiecare componentă păstrându-şi caracteristicile individuale şi a căror combinare conduce la obţinerea unor efecte sinergetice, care se concretizează prin performanţe ridicate, ceea ce permite lărgirea domeniului de utilizare a acestora. Materialele compozite pot include toate tipurile de materiale constituite din două sau mai multe componente. Materialele compozite sunt alcătuite, în general, din materialul de rigidizare sau materialul de umplutură şi din matricea de legătură compatibilă.

Materialul de rigidizare (de armare sau de ranforsare) prezintă rezistenţă mecanică mare

şi modul înalt, reprezintă componenta principală de preluare a sarcinii.

Materialul de umplutură reduce costul de producţie, dar poate să conducă şi la îmbunătăţirea unor caracteristici electrice, mecanice, termice etc.

Matricea constituie componenta de legătură, care serveşte şi ca mediu de transfer de sarcină între fibre.

În calitate de material de ramforsare, se folosesc:

* fire sau fibre continue, discontinue şi „whiskers” din materiale polimerice (fibre aramidice – poliamide aromatice, poliamidice – khevler etc.), metalice (din oţeluri inoxidabile, titan, aluminiu, wolfram, molibden etc.), fibre de sticlă, fibre carbon, alte tipuri de fibre: bor, carbură de siliciu, azbest, bazalt sau fibre ceramice;

* pulberi şi particule cu forme diferite (microsfere, fulgi, cilindrice sau neregulate) şi de dimensiuni diferite (de la pulbere de ordinul micronilor, la particule de câţiva milimetri), de natură anorganică (oxid de aluminiu, oxid de zirconiu, carbură de siliciu sau de titan, nitruri de siliciu sau de aluminiu etc.) sau organică.

Pentru realizarea materialelor compozite performante, se folosesc fibre cu rezistenţe specifice mari (rezistenţă / greutate specifică) şi module specifice înalte (modul de elasticitate greutate specifică) cum sunt fibrele de bor, fibrele de sticlă, în special sticla E, S sau R, fibrele de carbon (cu rezistenţă înaltă, cu modul înalt sau cu modul ultraînalt) şi fibrele aramidice de tip kevlar.

Fibrele de aramide sunt adesea denumite KEVLAR după marca de origine a firmei DUPONT DE NEMOURS - USA care a fost primul producător (dar astăzi au apărut pe piaţă diverse mărci).

ARAMIDA

Drept materii prime se pleacă de la monomeri aromatici care formează legături amidice similare poliamidelor curente tip PA 6-6 „nylon" de unde şi numele de aramide. La temperaturi joase (-10° C) se comportă în soluţie ca cristalele lichide (au proprietăţi liotrope) ceea ce creează molecule autoorientate, deci o bună rezistenţă mecanică. Se produc două tipuri de fibre: de modul scăzut şi de modul înalt (HM), acesta din urmă este utilizat în compozite.

Aramidele au cunoscut o dezvoltare spectaculoasă în fabricarea compozitelor deoarece se recomandă prin proprietăţi remarcabile:

• rezistenţă specifică la tracţiune bună;

• densitate scăzută (1,45);

• dilataţie termică nulă;

• absoarbe vibraţiile, deci amortizează şocurile;

• excelentă rezistenţă la şoc şi la oboseală;

• bună rezistenţă chimică faţă de carburanţi.

Fibre/fire aramidice: fibre para – aramidice: KEVLAR, Kevlar HT, Kevlar HM, Kevlar HC, (Du Pont), Twaron (AKZO) cu principalele caracteristici fizico-mecanice: rezistenta ridicata la tractiune;

• rezistenta ridicata la soc, solicitari ridicate si la obosire;

• caracteristici foarte bune de amortizare a vibratiilor;

• conservarea caracteristicilor la expunere la temperaturi cuprinse intre –700 C si + 1800 C;

• rezistenta la flacara (se autostinge, nu se topeste);

• degajare redusa de fum;

• stabilitate la coroziune;

• foarte bune caracteristici electrice, conductibilitate redusa si constanta dielectrica mica.

Fibre meta- aramidice NOMEX , Nomex Delta A, Nomex Delta T, Nomex Delta K, Nomex Delta T Rip Stop ( Du Pont), Kermel (Rhodia Kermel), Apyeil, Unitika, Japonia cu principalele caracteristici fizico-mecanice:

• foarte buna rezistenta termica: nu se topesc, dar se carbonizeaza si se degradeaza treptat la temperaturi de peste 370o C;

• rezista perfect la expuneri prelungite la 2500 C, temperatura la care prezinta inca 60% din valoarea initiala a rezistentei la rupere;

• nu se aprinde;• modulul de elasticitate este de 4 ori mai mare fata de cel al poliamidei 6.6;• rezistenta buna la agenti chimici.

Dintre principalele domenii de utilizare ale firelor aramidice se evidentiaza: imbracaminte speciala rezistenta la taiere si temperaturi inalte;

• elemente componente pentru materiale compozite;• franghii, cabluri, parame.• echipamente de protectie pentru fortele armate, politie, aviatie, pompieri- Nomex

III si Nomex Delta C ;• echipamente de protectie pentru lucratorii de pe platformele marine, piloti de

curse ;• ţesătura exterioară pentru combinezoane multistrat de înaltă performanţă - Nomex

Delta C. Gama de produse a fibrelor si firelor aramidice oferita de producatori este prezentata in tabelul urmator :

Tipul de fibra Para-aramidă Para-aramidă Para-aramidă Meta-aramidă Meta-aramidaDenumire comercială Kevlar 129 Kevlar 149 Twaron Nomex KermelProducător Du Pont Du Pont Akzo Du Pont RhodiaCompoziţie chimică Poliparafenilen

tereftalamidaPoliparafenilen tereftalamida

Poliparafenilen tereftalamida

Poliparafenilen isoftalamida

Poliamid-imidă

Greutate specifică, g/cm3 1,44 1,47 1,44 1,38 1,34PROPRIETATI MECANICETenacitate, N/tex 2,35 1,7 1,95 0,4 0,36Contractie la rupere, MPa 3320 2400 2740 552 482Modul de elasticitate, GPa 75 160 95 17 4,2Alungirea la rupere, % 3,6 1,5 3,3 35 16

PROPRIETATI TERMICETemperatura de tranziţie vitroasă, °C

280 - 290 285

Temperatura de degradare, °C 500 500 500 370 420Indice limită de oxigen LOI, %

29-32 29-32 29 29 32

Capacitate calorică, J/Kg/°K 1400 1420 1420 1214 1250Conductivitate termică W/m/°K

0,04 0,04 0,04 0,13 0,075

Rezistenta termomecanică 90% dupa 48 de ore la 200°C 65% după 1000 de ore la 250°C

67% după 500 de ore la 250°C

PROPRIETATI ELECTRICERezistivitatea, Ω cm 5x1015 5x1015 5x1015 6x1012

PROPRIETATI CHIMICERezistenţa la acizi Slaba Slaba Slaba buna BunaRezistenta la baze Medie Medie Medie buna BunaRezistenta la solvenţi Buna Buna Buna Foarte buna BunaRezistenţa la UV si intemperii Slaba Slaba Slaba slaba SlabaRezistenţa la microorganisme Buna Buna Buna buna BunaRepriza (la 20°C, 65% HR), %

7 1,2 6 4,5 4,5

Obtinerea fibrelor aramidice:

n H2N NH2 + n Cl

O O

ClCC

O O

CCHN NH

n

+ 2n HCl

Structura fibrelor:

CN

O H

NC

H O OHC

N

HON

C

Dintre principalele domenii de utilizare ale firelor aramidice se evidentiaza:

• imbracaminte speciala rezistenta la taiere si temperaturi inalte; • elemente componente pentru materiale compozite; • franghii, cabluri, parame;• echipamente de protectie pentru fortele armate, politie, aviatie, pompieri- Nomex III

si Nomex Delta C ; • echipamente de protectie pentru lucratorii de pe platformele marine, piloti de curse ; • ţesătura exterioară pentru combinezoane multistrat de înaltă performanţă - Nomex

Delta C.

Biblioografie :

1. Cretu S., Visan, S., „Bazele tehnologiei industriale”, Ed.ASE, Bucuresti, 19972. Popescu, M., Tehnici de îmbinarea materialelor plastice, Editura Politehnica

Timişoara, 2004.