Vải aramid chủ yếu được sử dụng để làm thiết bị bảo hộ như áo giáp, quần áo chống đâm, mũ bảo hiểm, v.v. Nó cũng có thể được sử dụng để làm các sản phẩm chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn như vật liệu lọc nhiệt độ cao, nắp van và gioăng kín.
Sợi Aramid là gì?
Tên đầy đủ của sợi aramid là "sợi polyamide thơm", dùng để chỉ sợi polyamide tổng hợp mạch dài có liên kết amide trực tiếp với vòng benzen. Liên kết amide được kết nối với vòng thơm hoặc các dẫn xuất của vòng thơm. Đây là một loại vật liệu polymer đặc biệt mới với các đặc tính vượt trội như khả năng chịu nhiệt độ cao, độ bền cao, mô đun đàn hồi cao và khả năng cách điện. Hiện nay, trên thị trường có hai loại sợi aramid đã đạt được nhiều ứng dụng thương mại và sản xuất, đó là meta-aramid và para-aramid.
Meta-aramid Sợi meta-aramid có độ ổn định nhiệt, khả năng chống cháy, cách điện, ổn định hóa học và khả năng chống bức xạ tuyệt vời. Tên đầy đủ của sợi meta-aramid là sợi "poly-m-phenylene isophthalamide" (MPIA), một loại sợi polymer hữu cơ được tổng hợp từ isophthaloyl chloride và m-phenylene diamine. Meta-aramid có độ ổn định nhiệt lâu dài, đây là đặc tính quan trọng nhất của nó. Nó có thể được sử dụng ở nhiệt độ cao 200°C trong thời gian dài mà không bị lão hóa và có độ ổn định kích thước tuyệt vời. Meta-aramid có khả năng chống cháy nội tại, chỉ số oxy giới hạn (LOI) của nó >28%, không tự bốc cháy, tan chảy hoặc tạo ra các giọt nóng chảy trong không khí và sẽ tự dập tắt khi rời khỏi ngọn lửa. Sợi meta-aramid có khả năng cách điện tuyệt vời, và điện áp đánh thủng của giấy cách điện làm từ nó có thể đạt tới 20kV/mm; sợi meta-aramid có khả năng chống ăn mòn và chống bức xạ tuyệt vời. Ngoài ra, sợi meta-aramid còn có độ cứng thấp và độ giãn dài cao, và có thể được gia công bằng máy móc dệt thông thường.
Para-aramid Sở hữu những đặc tính ưu việt như cường độ riêng cao, mô đun riêng cao, khả năng chịu nhiệt độ cao và chống cháy, cùng với sợi carbon và polyethylene mô đun cao cường độ cao, được mệnh danh là ba loại sợi hiệu suất cao hàng đầu thế giới. Độ bền kéo của Para-aramid gấp 6 lần dây thép, gấp 2-3 lần sợi thủy tinh và sợi nylon công nghiệp cường độ cao; mô đun kéo gấp 2-3 lần dây thép và sợi thủy tinh, và gấp 10 lần sợi nylon công nghiệp cường độ cao; mật độ của nó chỉ bằng khoảng 1/5 mật độ của dây thép. Para-aramid có khả năng chống va đập, chống ăn mòn và chống mỏi tốt, được mệnh danh là "sợi chống đạn". Khả năng chịu nhiệt của Para-aramid cao hơn meta-aramid. Sau hàng trăm giờ ở nhiệt độ cao 200°C, nó vẫn giữ được độ bền ban đầu và không bị phân hủy hay tan chảy ở nhiệt độ cao 560°C. Về mặt bảo vệ môi trường, para-aramid có cấu trúc ổn định và không dễ phân hủy, điều này cũng quyết định việc khó tái chế và xử lý cũng như ảnh hưởng đến môi trường ở giai đoạn sau.
Hàng không
Sợi aramid có mật độ thấp, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt. Nó có thể được sử dụng để sản xuất vỏ động cơ tên lửa, vật liệu truyền sóng băng thông rộng cho thân máy bay, cánh chính và đuôi máy bay và tàu vũ trụ, cũng như các thành phần cấu trúc chịu được lực va chạm. Sợi aramid cũng có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu cấu trúc thứ cấp cho máy bay lớn, chẳng hạn như cửa cabin, cửa sổ, cánh, bề mặt thân máy bay, v.v., và có thể được sử dụng để làm trần và tường kho trên máy bay để giảm trọng lượng.
Tấm cấu trúc tổ ong nhiều lớp được chế tạo bằng cách tẩm vải aramid với nhựa epoxy để tạo thành lớp phủ aramid prepreg và liên kết trực tiếp với cấu trúc tổ ong hoặc bọt có khả năng chống va đập và khả năng thấm sóng điện từ vượt trội. Tấm composite siêu lai được tạo thành từ sợi aramid, tấm nhôm mỏng và vải không dệt epoxy chồng lên nhau và ép nóng, có mô đun riêng và cường độ riêng cực cao, tuổi thọ chống mỏi gấp 100 đến 1000 lần so với tấm hợp kim nhôm. Nó có thể được sử dụng trong thân máy bay và các bộ phận khác. Vật liệu composite gia cường gốc nhựa được chế tạo từ sợi aramid được ứng dụng vào thân máy bay, giúp giảm đáng kể tổng trọng lượng của máy bay.
Ưu điểm chính của chúng là rất bền và nhẹ, giúp giảm tổng trọng lượng của máy bay, tăng độ an toàn, cải thiện hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu và giảm ô nhiễm không khí. Ngoài ra, aramid và vật liệu composite của nó có khả năng chống ăn mòn, đảm bảo an toàn cho máy bay trong môi trường khắc nghiệt mà không gặp các vấn đề như tích tụ nước, đóng băng hoặc ăn mòn.
Xu hướng phát triển tương lai của sợi aramid và vật liệu composite của nó trong thiết kế kết cấu hàng không cũng rất ấn tượng. Nhờ nhiều ưu điểm của aramid và vật liệu composite trong thiết kế kết cấu hàng không, chúng gần như có thể thay thế vật liệu thép và nhôm về hiệu quả và độ an toàn, đồng thời có thể đạt được tính linh hoạt cao hơn trong thiết kế kết cấu và quy trình sản xuất. Ngoài ra, trọng lượng của aramid và vật liệu composite của nó cũng đang giảm dần, giúp máy bay nhẹ hơn và cơ động hơn trên không.
Lĩnh vực quân sự
Vật liệu composite aramid có thể được sử dụng để sản xuất vỏ động cơ tên lửa rắn, bình chịu áp suất, buồng lái tàu vũ trụ, tàu ngầm, xe bọc thép chống đạn, xe vận chuyển tiền mặt chống đạn, tấm chống đạn, mũ chống đạn, áo giáp, v.v.
Sợi aramid, sợi carbon và sợi polyethylene trọng lượng phân tử siêu cao được gọi là ba loại sợi hiệu suất cao. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp quốc phòng và dân dụng, là vật liệu chiến lược cho một quốc gia hùng mạnh và một quân đội hùng mạnh. Các sản phẩm chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực cáp quang và cáp quang, dây cáp, vật liệu khung, vật liệu composite, vật liệu bịt kín ma sát, vải và bảo vệ chống đạn, và cấu hình tiêu chuẩn là áo chống đạn.
Áo chống đạn và mũ chống đạn làm từ sợi aramid có thể thay thế áo chống đạn nylon và mũ bảo hiểm xe tăng kiểu cũ. Việc bổ sung một lượng aramid thích hợp vào áo chống đạn và mũ bảo hiểm không chỉ có thể làm cho chúng nhỏ gọn và nhẹ hơn mà còn tăng hiệu suất chống đạn lên 40%. Áo chống đạn mềm làm từ vải không dệt aramid chống đạn cao cấp và màng polyethylene hiệu suất cao có hiệu suất chống đạn và khả năng chịu nhiệt tốt hơn so với sợi polyethylene có trọng lượng phân tử cực cao. Sợi aramid cũng có thể được kết hợp với các vật liệu khác (như kim loại, gốm sứ, v.v.) để chế tạo nhiều loại xe tăng chống nổ có khả năng chống va đập, chịu lực cao, tấm chắn chống đạn và tấm giáp chống đạn, v.v. Ngoài ra, vải sợi aramid được liên kết với thành bên trong của cấu trúc, có thể hấp thụ hiệu quả sóng nổ và ngăn ngừa thiệt hại của mảnh đạn đối với cơ thể con người.
Trường điện tử và điện
Do việc nghiên cứu vật liệu aramid ở nước tôi bắt đầu tương đối muộn nên công nghệ này đã phát triển nhanh chóng. Vệ tinh APSTAR-2R hiện đang được phát triển sử dụng lớp xen kẽ dạng tổ ong làm bề mặt phản xạ của ăng-ten. Lớp vỏ bên trong và bên ngoài của ăng-ten sử dụng vật liệu para-aramid, và lớp xen kẽ sử dụng aramid dạng tổ ong. Trong quá trình chế tạo mái che radar máy bay, para-aramid được sử dụng để tận dụng hiệu suất truyền sóng tốt của vật liệu này và hệ số giãn nở thấp, do đó tần số của bộ phản xạ có thể đáp ứng các yêu cầu kép về cấu trúc và chức năng riêng của nó. ESA đã phát triển một bộ phản xạ loại phụ hai màu có đường kính 1,1m. Nó sử dụng cấu trúc meta-honeycomb trong cấu trúc bánh sandwich và sử dụng vật liệu aramid làm lớp vỏ. Nhiệt độ nhựa epoxy của cấu trúc này có thể đạt tới 25°C và hằng số điện môi là 3,46. Hệ số suy hao là 0,013, suy hao phản xạ của liên kết truyền dẫn của loại phản xạ này chỉ là 0,3dB và suy hao tín hiệu truyền dẫn là 0,5dB.
Tấm nền nhiều lớp làm từ sợi aramid và nhựa epoxy, phenolic, polyimide và các loại nhựa khác có hệ số giãn nở tuyến tính cao phù hợp với gốm, không gây nứt vỡ dưới tác động của sự giãn nở và co ngót do nhiệt, và có thể được sử dụng để chế tạo công nghệ gắn bề mặt. Bảng mạch in đặc biệt bên trong có lợi cho việc thu nhỏ và giảm trọng lượng của thiết bị điện tử. Tận dụng đặc tính chịu lực và chịu nhiệt cao của sợi aramid, nó được sử dụng làm "thành phần chịu lực" trong sợi quang, có thể bảo vệ sợi quang nhỏ và dễ vỡ khỏi bị giãn dài và biến dạng khi chịu lực kéo, đồng thời không ảnh hưởng đến khả năng truyền dẫn ánh sáng. Sản phẩm composite sợi aramid và sợi carbon có khả năng gia công và tính chất bán dẫn tốt, có thể chịu được nhiệt độ cao. Nó chủ yếu được sử dụng để chế tạo vật liệu giảm điện trường trong các thiết bị điện áp cao. Sau khi được tẩm vecni cách điện, giấy aramid có đặc tính cách điện tốt, và kết hợp với tấm mica tự nhiên, nó được sử dụng làm vật liệu cách điện cho động cơ chịu nhiệt.
Các lĩnh vực khác
Sợi aramid chứa một lượng lớn vòng benzen trong phân tử của chúng, có độ ổn định hóa học tốt, khả năng chống ăn mòn, cường độ riêng cao, nhẹ và bền, và có thể được sử dụng để sản xuất cáp cho tàu biển và giếng dầu sâu. Tận dụng khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chống mỏi của sợi aramid để sản xuất vợt cao cấp, cần câu, xe trượt tuyết, ván trượt tuyết, gậy trượt tuyết, cung tên, thuyền chèo, gậy đánh gôn, v.v. và cũng có thể được sử dụng để sản xuất giày leo núi trong điều kiện thể thao khắc nghiệt Giày, găng tay đấm bốc, mũ bảo hiểm đua xe, thân xe đua, v.v. Vì amiăng là mối nguy hiểm nghiêm trọng đối với đường hô hấp của con người, nên sợi aramid có thể được sử dụng thay cho amiăng để làm tấm đệm cao su gia cố và các loại gioăng khác, được sử dụng cho lớp lót và vòng đệm của phanh ô tô.
Với sự phát triển ngày càng đa dạng của các loại thiết bị dệt may, công nghệ sản xuất của ngành dệt may cũng ngày càng được cải tiến. Vải Aramid là loại sợi được phát triển sớm, được sử dụng rộng rãi, sản xuất với số lượng lớn và phát triển nhanh chóng. Vải Aramid là loại vải sợi hiệu suất cao với các đặc tính chịu nhiệt, chống ăn mòn hóa học, chống bức xạ, chống cháy và độ bền cao. Do đó, nó có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, quân sự, phòng cháy chữa cháy, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác.
Ngành công nghiệp: Vải aramid có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn như vật liệu lọc chịu nhiệt độ cao, nắp van và gioăng kín. Ngoài ra, vải aramid cũng là một vật liệu được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp dệt may, hóa dầu, điện tử, đóng tàu và các ngành công nghiệp khác.
Các khía cạnh quân sự: Vải aramid chủ yếu được sử dụng trong sản xuất các thiết bị bảo hộ như áo chống đạn, áo chống đâm và mũ bảo hiểm. Nhờ độ bền và khả năng chịu nhiệt tuyệt vời, vải aramid có thể bảo vệ binh lính hiệu quả khỏi đạn, đạn pháo và các loại tấn công khác.
Về khả năng chống cháy: Vải aramid có thể được sử dụng làm đai chống cháy, rèm chống cháy và các vật liệu khác. Do bản thân vải aramid có đặc tính chống cháy, nó có thể ngăn ngừa cháy hiệu quả sau khi xảy ra hỏa hoạn.
Hàng không vũ trụ: Vải aramid có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm có độ bền cao, chịu nhiệt độ cao như ghế máy bay, bộ đồ du hành vũ trụ và dù. Vải aramid cũng có thể được sử dụng làm vật liệu che nắng cho vệ tinh, vật liệu cách nhiệt tên lửa, v.v.
