Арамид – химическое волокно, отличающееся высокими показаниями прочности, стойкостью к высоким температурам, и упругостью. Также имеют повышенную стойкость к воздействию различных химических реагентов. Используется как добавка в композитные материалы и в производстве высокопрочных тканей. Название арамид они получили от английской аббревиатуры слов ароматический полиамид. Высокая прочность материала обеспечивается тем, что молекулы этого вещества имеют одинаковую направленность.
Современный рынок предлагает 3 основных типа арамидных волокон. Они представлены в таблице.
Тип волокна | Характерные представители | Исходное вещество |
Пара-арамиды | Тварон, кевлар, СВМ, терлон | парафенилендиамин и терефталоилхлорид |
Мета-арамиды | Номекс, арселон | метафенилендиамин и дихлорангидрид изофталевой кислоты |
Сополимеры арамидов | Кермель | Полиамид-имид мета-арамидов |
Для мета-арамидов особо характерны высокие прочностные показатели, а пара-арамиды обладают повышенной термостойкостью. Производители текстиля успешно используют эти качества арамидных волокон для выпуска тканей с уникальными защитными свойствами. Арамидное волокно может поставляться в виде порошка, пряжи и тканей.
Виды арамидных тканей
Кевлар
Впервые арамидное волокно стало производиться в Америке в 1964 году, фирмой DuPont. Называлось оно кевлар. Его использовали в качестве укрепляющей добавки в композитных материалах. Кевларом армировали кабеля, из него изготавливали кордовые нити в автомобильных шинах. Из смешанных тканей, имеющих в своем составе кевларовое волокно, шили рабочие перчатки, которые нельзя было порезать или проколоть. Военная промышленность нашла применение кевларовому волокну в производстве бронежилетов, касок.
Кевлар способен выдержать высокие температуры, от которых он не плавится. Прочность от воздействия высоких температур уменьшается в зависимости от длительности этого воздействия. Так, если кевларовая ткань будет в продолжении 70 часов подвергаться нагреву до 250 градусов, то она потеряет половину своей прочности. Кратковременные температурные нагрузки на нее не влияют.
Тварон
Тварон по своим свойствам и применению аналогичен кевлару. Производитель – компания Тейджин Арамид, заводы которой работают в Японии и Нидерландах. Отличные сочетания прочности и небольшого веса, уникальная упругость материала, отсутствие деформаций, химическая инертность, диэлектрические и термостойкие качества дают широкий ряд возможностей его применения.
СВМ
В 1970 году в СССР разработали новый синтетический материал, который по своим свойствам схож с кевларом, но отличается составом и превосходит кевлар по некоторым параметрам. Он получил название СВМ– синтетический высокопрочный материал. Российские разработки позволили получить нити второго поколения СВМ – Русар и Армос. Технология мокро-сухой формовки нитей изменила начальные механические показатели материала на несколько порядков. В таблице ниже указаны некоторые физические показатели, которые удалось улучшить.
Номекс
Из мета-арамидов самым известным является Номекс. Он был выпущен еще в 1961 году компанией DuPont. Эластичный, способный без деформаций выдерживать сверхтяжелые нагрузки, термо- и химически- стойкий материал выпускается в виде бумаги, ткани, нитей. По прочности он несколько уступает Кевлару, однако стойкость на изгиб у Номекса выше показателей Кевлара в 3 раза.
Номекс не плавится, при температуре выше 370 градусов обугливается. По рекомендациям производителей диапазон температуры эксплуатации Номекса не должен превышать 200 градусов.
Применяется для фильтрации горячих газов, в производстве фильтровальных мешков для асфальтовых 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/см 5 | Модуль деформации, ГПа | Прочность, сН/текс | Удлинение при разрыве, % | Сохранение прочности, % | Влажность при нормальных условиях, % | |
При 300 о С | После нагрева при 300 о С/100ч | ||||||
м-Арзмидные волокна (фенилом, «смете, конекс) | 1.37-1.38 | 8-20 | 40-50 | 15-30 | 40-50 | 60-70 | 4-5 |
Полиамидоимидные волокна (гермель) | 1.34-1.35 | 5-9 | 35-60 | 10-25 | — | — | 3-3.5 |
Полиимидныеволокио/нить (аримид кантон, Р-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 |
Полиамидобензимидазольные волокна | 1,43-1,45 | — | 30-45 | 20-30 | — | — | 12-15 |
Полиоксазольные волокно/нить (океаном) | 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 нити (ВВ8, лола) | 1.4-1.5 | 30-45 | 35-45 | 3-6 | 65-80 | 95-100 | 3-6 |
Дегидрированные полиакрилонитрильные волокна | 1.37-1.4 | 7-10 | 20-25 | 15-22 | — | — | — |
Российский аналог Номекса – Арселон – начали выпускать в СССР в г. Светлогорск в семидесятых годах прошлого века. После развала союза предприятие отошло к Беларуси, где производство сохранено до наших дней. Пряжа, техническая ткань, нити и волокна Арселон могут работать при +250 о С, а кратковременно способны выдержать +400 о С. По долговечности превышает брезентовую ткань. Эластичный, легкий, химически устойчивый, не плавится и не горит. Хороший диэлектрик. Используется в производстве спецодежды для металлургов, сварщиков, пожарных. Терморукавицы из арселона самые надежные. Из композитных материалов с арселоном выполняют обивку салонов самолетов и отделку вагонов в поездах.
Кермель
Кермель уникальная арамидная ткань, которая используется преимущественно в армейском оснащении. Производство начато более полувека назад во Франции. Волокна материала имеют блеск, а поверхность гладкая. Высокий показатель удлинения при разрыве ткани, который составляет 19 процентов, выше показателей стали. Ткань мягкая, удобная для ношения на теле. Окрашивают в нитях, поэтому цвет ткани хорошо сохраняется и не теряет яркости. Огнестойкий. Используется для производства нательного трикотажа, защитной одежды для работников горячих цехов. Также из нее делают канаты особой прочности, изолируют кабели.
Строение арамидных тканей
От структуры полотна и физических характеристик материала зависит качество ткани. Важное значение имеет плотность переплетения, направление нитей, количество слоев. Из арамидных нитей ткани можно изготавливать на ткацких станках. В их производстве применяют следующие плетения нитей:
- полотняное
- атласное
- саржевое
- вафельное
- трикотажное
Для увеличения защитных свойств ткани, особенно баллистических, используют многослойное строение. При этом направление нитей в каждом слое разное, а верхние слои зачастую изготовлены нетканым способом.
Немного истории
Арамидное волокно впервые было создано химиком американской компании DuPont в 1964 году. Изначально полученный материал был назван кевлар. Теперь это одна из ведущих торговых марок. Схожий по свойствам материал был изготовлен и в СССР. Его название СВМ — сверхвысокопрочный материал. Спустя некоторое время появился продукт тварон.
Начиная с 1970 года кевларовая ткань стала производиться в промышленных масштабах.
Свойства материала
Арамидная ткань обладает уникальными свойствами. Молекулы данного материала представляют собой длинные цепочки. В ней большинство амидных связей скреплены одновременно с несколькими ароматическими кольцами. Это главное достоинство арамидной ткани. Ведь такие соединения имеют достаточно большую энергию диссоциации. При этом ароматические кольца обеспечивают высокие показатели термостабильности молекул.
Среди свойств такого материала стоит выделить:
Сферы применения ткани
Арамидная ткань сегодня используется для изготовления:
- Защитных приспособлений и одежды для металлургов, сварщиков и пожарных. Благодаря уникальным свойствам, полотно оберегает кожные покровы рабочих от воздействия высокой температуры, попадания расплавленного металла, искр, а также от открытого огня.
- Средства защиты и одежды для сотрудников многих силовых структур и военных.
- Взрывоукрывательных тентов и прочего оборудования.
Стоимость костюма из такой ткани зависит от конструкции и вида материала. Цена самого дешевого составляет 250 долларов. Однако, как показали исследования, лучше всего человека защищает костюм, в котором сочетаются слои пластика и арамидной ткани.
Как ухаживать за такой тканью
Изделия из арамидной ткани при необходимости можно постирать. Такой материал не дает усадки. Однако многочисленные исследования показали, что в результате многократных стирок, воздействия прямых солнечных и ультрафиолетовых лучей основные свойства ткани ухудшаются, она начинает терять свою прочность.
Специалисты не рекомендуют удалять пятна с поверхности такого материала при помощи отбеливателей, а также средств, предназначенных для химической чистки. Они ухудшают прочность арамидной ткани. Подобного недостатка лишен материал, который имеет водостойкое покрытие. В других же случаях стирать изделия из кевлара стоит с особой осторожностью.
Первые арамидные волокна появились в середине 60-х годов и сразу вызвали большой интерес среди производственников. Их уникальные свойства (высокая прочность при сравнительно низком весе, способность выдержать высокие температуры и т.п.) позволили создать такие уникальные продукты, как:
- подвесные диэлектрические оптические кабели (используются в основном высокомодульные арамидные нити);
- лёгкие бронежилеты и каски;
- безасбестные тормозные колодки;
- неметаллические ремни газораспределения в автомобилях (ГРМ);
- лёгкие шины для спортивных машин и т. п.
Арамидное волокно производят много стран: Южная Корея, США, Голландия, Япония, Китай, Франция и т. д. Однако важнейшим свойством производств, особенно высокомодульных нитей, является способность так построить свой технологический процесс, чтобы можно было достичь цены, приемлемой в кабельной индустрии.
Это достигается только применением специальных реакторных установок, которые в настоящее время есть только в трёх странах в трёх компаниях: в США, в Голландии (у компании, принадлежащей японскому владельцу) и в Южной Корее. Отличительная черта таких производителей — производство более 5 000 тонн арамидных нитей в год. Инвестиции в одну такую установку приближаются к одному миллиарду долларов.
Так, например, в России и Белоруссии есть несколько производственных площадок, выпускающих арамидные нити по 100-400 тонн в год фактически в условиях пилотных или лабораторных производств. Цена на эти нити начинается от 500 долларов за килограмм, но может достигать и 800 и 900 долларов. Цена же импортных высокомодульных нитей, используемых, например, в кабельной индустрии, не превышает 40 долларов за килограмм.
Кстати, именно из-за такой разницы в цене бронежилет российского производства (где запрещены к применению импортные арамидные нити) стоит 180 тысяч рублей (6 тысяч долларов), тогда как аналогичный по свойствам жилет американского производства стоит 500 долларов.
В настоящее время 50% арамидных волокон, производящихся в мире, используется в кабельной индустрии для создания подвесных диэлектрических кабелей, которые известны под английской аббревиатурой ADSS (All Dielectric Self Supporting).
В России представлены все главнейшие производители арамидных нитей. Крупнейшим поставщиком нитей для оптических кабелей является южнокорейская компания Колон, с долей рынка более половины.
Индустрия высокомодульных арамидных нитей для оптических кабелей переживает подъём. Это связано с возрастающим спросом на во всем мире, а также на возрастающие потребности сетей доступа (FTTH).
Для того чтобы удовлетворить потребности заказчиков, концерны-производители разрабатывают и улучшают свои технологические процессы. Так компания Колон — ведущий поставщик арамидных нитей для ADSS кабелей в России — в 2013 году провела модернизацию производственных процессов по трём направлениям.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНТЕРЛЕЙСНИГА
При производстве тяжёлых нитей (плотностью более 6000 dtex) приходится использовать совмещение нитей более низких плотностей (1500 dtex и 3000 dtex) и совмещать их в последующем технологическом процессе
в более плотные нити. При таком процессе предполагается, что силы межмолекулярного сцепления будут удерживать параллельные пряди друг с другом.
Однако при совмещении параллельных прядей не всегда достаточно сил межмолекулярного сцепления. Это приводит к распадению тяжелых нитей на базовые (при сильных вибрациях, особенно на старых массивных серверах при разгоне их до 100 и более оборотов в минуту), что, в свою очередь, может приводить к обрыву нити.
Во избежание этого компания Колон внедрила процесс переплетения базовых нитей сжатым воздухом, называемый по-английски интерлейсингом (interlacing). Нить без интерлейсинга может распадаться на базовые нити. Нить с интерлейсингом производства Колона на базовые нити не распадается.
Применение процесса интерлейсинга позволяет существенно повысить скорость кабельного оборудования.
Свойства материала и сферы его применения
Название «арамид» – это аббревиатура английского термина «ароматический полиамид». Молекула этого вещества представляет собой длинную цепочку, в которой большинство амидных связей связаны с двумя ароматическими кольцами одновременно. Такие связи имеют очень большую энергию диссоциации, а ароматические кольца обеспечивают высокую термостабильность молекулы.
Данные свойства обуславливают два основных качества арамидной ткани:
- чрезвычайно высокую прочность (до 600 кг на квадратный миллиметр при разрыве, что в пять раз прочнее, чем сталь);
- высокую термическую стойкость. Этот материал не плавится, а разрушение его структуры начинается при температуре свыше 500°. Арамид выносит соприкосновение с открытым огнем до 50 сек, при этом он не загорается и не тлеет, хотя прочность его при этом уменьшается.
В дополнение ко всему этот замечательный полимер имеет небольшую плотность – его кубический дециметр весит менее полутора килограммов, а цена относительно невысока (около 20 долларов за стандартную бобину нити длиной в 3 км).
Впервые эти полиамидные волокна желтого цвета были получены в 1964 году знаменитой американской химической компанией DuPont и получили название «кевлар», которое до сих пор используется как торговая марка.
Аналогичный материал, разработанный в СССР, получил название «сверхвысокопрочный материал» (СВМ), выпускается также аналогичный материал под названием «тварон».
С 1970 года начался промышленный выпуск кевлара и его использование сразу по нескольким направлениям:
- Прежде всего, его применяли как армирующий материал для шин, волокно для сверхпрочных строп и тросов.
- Армирующие волокна входили в состав композитов для авиастроения и космической отрасли, элитных автомобилей и быстроходных яхт, оптоволоконной продукции, особо прочных деталей, высокоскоростных маховиков, камер внутреннего давления и т.д.
- Высокой прочностью кевлара заинтересовались военные. На его основе были созданы пуленепробиваемые каски и жилеты, высокая цена которых оправдывалась спасенными ими человеческими жизнями.
- Это волокно используют также для спортивного инвентаря, музыкальных инструментов, моделирования, бытовой техники и др.
Арамид как костюмная ткань: стоимость и характеристики
Особой областью использования арамидов является создание ткани на их основе:
- Эти волокна, в отличие от углеродных и стеклянных, обладают большим модулем упругости.
- Их можно ткать на обычном ткацком оборудовании в виде любого переплетения – полотняного, саржевого, сатинового — и красить в любой цвет.
- При этом арамидная ткань обладает повышенной стойкостью к разрыву, действию открытого огня и высоких температур, химических растворителей и нефтепродуктов.
Арамидные волокна не деформируются под нагрузкой, хотя их прочность может уменьшиться вследствие скручивания. Минимальная цена ткани составляет около 30 долларов за квадратный метр.
Сделанный из арамида костюм надежно защитит его владельца от агрессивных внешних воздействий, а покрытие из этого материала обеспечит изоляцию помещений и оборудования от огня и высоких температур. Из арамидной ткани изготавливают:
- одежду и защитные приспособления для пожарных, сварщиков, металлургов, защищающую от огня, искр, расплавленного металла, высоких температур;
- спецодежду для работников предприятий нефтехимической, стеклянной, керамической и других отраслей;
- одежду и средства защиты для военных и сотрудников силовых структур;
- взрывоукрывные тенты и другое оборудование.
В зависимости от вида ткани и конструкции, цена, которую придется уплатить за костюм из арамида, начинается от 250 долларов.
Для более экстремальных ситуаций предназначены ткани с использованием специализированных покрытий:
- Особым образом обработанная гладкая поверхность кевлара не загорается и не тлеет даже после длительного контакта с открытым пламенем. Металлизированное покрытие, нанесенное на костюм, обеспечивает дополнительное теплоотражение, защищает от инфракрасного излучения, обеспечивает скатывание с поверхности капель расплавленного металла.
- Специализированное огнестойкое полимерное покрытие защищает не только от огня, но и от ультрафиолета.
- Особая конструкция применяется для индивидуальных баллистических защитных средств (жилеты и трусы).
Исследования показали, что наилучшую защиту обеспечивает костюм, в котором сочетаются слои арамидной ткани и пластика.
Более легкие защитные средства изготовляют на основе ткани, дополнительно армированной волокном.
Виды арамидных тканей
Кевлар
Впервые арамидное волокно стало производиться в Америке в 1964 году, фирмой DuPont. Называлось оно кевлар. Его использовали в качестве укрепляющей добавки в композитных материалах. Кевларом армировали кабеля, из него изготавливали кордовые нити в автомобильных шинах. Из смешанных тканей, имеющих в своем составе кевларовое волокно, шили рабочие перчатки, которые нельзя было порезать или проколоть. Военная промышленность нашла применение кевларовому волокну в производстве бронежилетов, касок.
Кевлар способен выдержать высокие температуры, от которых он не плавится. Прочность от воздействия высоких температур уменьшается в зависимости от длительности этого воздействия. Так, если кевларовая ткань будет в продолжении 70 часов подвергаться нагреву до 250 градусов, то она потеряет половину своей прочности. Кратковременные температурные нагрузки на нее не влияют.
Тварон
Тварон по своим свойствам и применению аналогичен кевлару. Производитель – компания Тейджин Арамид, заводы которой работают в Японии и Нидерландах. Отличные сочетания прочности и небольшого веса, уникальная упругость материала, отсутствие деформаций, химическая инертность, диэлектрические и термостойкие качества дают широкий ряд возможностей его применения.
СВМ
В 1970 году в СССР разработали новый синтетический материал, который по своим свойствам схож с кевларом, но отличается составом и превосходит кевлар по некоторым параметрам. Он получил название СВМ – синтетический высокопрочный материал. Российские разработки позволили получить нити второго поколения СВМ – Русар и Армос. Технология мокро-сухой формовки нитей изменила начальные механические показатели материала на несколько порядков. В таблице ниже указаны некоторые физические показатели, которые удалось улучшить.
Показатели | Значения |
Удельная нагрузка нити на разрыв, сн/текс | 240-290 |
Модуль упругости, ГПа | 140-180 |
Удлинение при разрыве, % | 2,6-2.0 |
Число кручений на 1 м нити | 50-100 |
Прочность нити ГПа | 4,5-5,5 |
Кислородный индекс, % | 28-40 |
Номекс
Из мета-арамидов самым известным является Номекс. Он был выпущен еще в 1961 году компанией DuPont. Эластичный, способный без деформаций выдерживать сверхтяжелые нагрузки, термо- и химически- стойкий материал выпускается в виде бумаги, ткани, нитей. По прочности он несколько уступает Кевлару, однако стойкость на изгиб у Номекса выше показателей Кевлара в 3 раза.
Номекс не плавится, при температуре выше 370 градусов обугливается. По рекомендациям производителей диапазон температуры эксплуатации Номекса не должен превышать 200 градусов.
Применяется для фильтрации горячих газов, в производстве фильтровальных мешков для асфальтовых 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 | Прочность, сН/текс | Удлинение при разрыве, % | Сохранение прочности, % | Влажность при нормальных условиях, % | |
При 300оС | После нагрева при 300оС/100ч | ||||||
м-Арзмидные волокна (фенилом, «смете, конекс) | 1.37—1.38 | 8-20 | 40-50 | 15—30 | 40-50 | 60-70 | 4—5 |
Полиамидоимидные волокна (гермель) | 1.34-1.35 | 5-9 | 35-60 | 10-25 | — | — | 3-3.5 |
Полиимидныеволокио/нить (аримид кантон, Р-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 |
Полиамидобензимидазольные волокна | 1,43—1,45 | — | 30-45 | 20—30 | — | — | 12—15 |
Полиоксазольные волокно/нить (океаном) | 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 нити (ВВ8, лола) | 1.4—1.5 | 30—45 | 35-45 | 3-6 | 65-80 | 95—100 | 3-6 |
Дегидрированные полиакрилонитрильные волокна | 1.37—1.4 | 7-10 | 20-25 | 15-22 | — | — | — |
Арселон
Российский аналог Номекса – Арселон – начали выпускать в СССР в г. Светлогорск в семидесятых годах прошлого века. После развала союза предприятие отошло к Беларуси, где производство сохранено до наших дней. Пряжа, техническая ткань , нити и волокна Арселон могут работать при +250оС, а кратковременно способны выдержать +400оС. По долговечности превышает брезентовую ткань. Эластичный, легкий, химически устойчивый, не плавится и не горит. Хороший диэлектрик. Используется в производстве спецодежды для металлургов, сварщиков, пожарных. Терморукавицы из арселона самые надежные. Из композитных материалов с арселоном выполняют обивку салонов самолетов и отделку вагонов в поездах.
Кермель
Кермель уникальная арамидная ткань, которая используется преимущественно в армейском оснащении. Производство начато более полувека назад во Франции. Волокна материала имеют блеск, а поверхность гладкая. Высокий показатель удлинения при разрыве ткани, который составляет 19 процентов, выше показателей стали. Ткань мягкая, удобная для ношения на теле. Окрашивают в нитях, поэтому цвет ткани хорошо сохраняется и не теряет яркости. Огнестойкий. Используется для производства нательного трикотажа, защитной одежды для работников горячих цехов. Также из нее делают канаты особой прочности, изолируют кабели.
Строение арамидных тканей
От структуры полотна и физических характеристик материала зависит качество ткани. Важное значение имеет плотность переплетения, направление нитей, количество слоев. Из арамидных нитей ткани можно изготавливать на ткацких станках. В их производстве применяют следующие плетения нитей:
- полотняное
- атласное
- саржевое
- вафельное
- трикотажное
Для увеличения защитных свойств ткани, особенно баллистических, используют многослойное строение. При этом направление нитей в каждом слое разное, а верхние слои зачастую изготовлены нетканым способом.
Особенности материала
По свойствам разные виды асбеста могут отличаться, это также касается толщины и длины волокон, но в целом материалу присущи следующие особенности:
- Высокий предел прочности на разрыв, эластичность. У него поразительная прочность при растяжении, показатель превышает даже уровень стали — до 30000 кгс/см2.
- Низкая теплопроводность. Асбест также устойчив к воздействию высоких температур и плавится только при воздействии выше 1550 градусов.
- Устойчивость к влиянию химических веществ. Хорошо сопротивляется щелочам, кислотам и другим разъедающим составам.
Асбестовые минералы по классификации относятся к водным силикатам, а волокнистое строение наиболее выражено у хризотилового асбеста – за эти свойства он получил наибольшее распространение.
По структуре хризотиловый асбест выглядит как скрученные узелковые волокна, которые расположены волнообразно. Короткие волокна не настолько прочные, как длинные.
Сфера применения
Поскольку асбест обладает большим количеством незаменимых свойств, ему нашлось применение в самых разных сферах:
- Этот материал входит в состав защитных костюмов для представителей профессий, сопряженных с риском, например, пожарных. Также можно найти волокна в составе специальных бумажных изделий, в том числе производится особый асбокартон, который отличается своей прочностью. Он предназначается для фильтрации жидких сред.
- Многие строительные материалы имеют асбест в составе, без его применения никак не обойтись на производстве шифера, различных труб.
- В автомобильной промышленности этот минерал тоже отметился — его используют для создания тормозных колодок, уплотнительных прокладок, муфт сцепления, дисков и других запчастей.
- Производство асфальта также не обходится без асбеста – он необходим при закладке асфальтового полотна.
- Благодаря низкой теплопроводности, асбест может обеспечить хорошую защиту от высоких температур, поэтому с его помощью выполняют теплоизоляцию различных нагревательных приборов.
- Помимо применения в промышленности, изделия из асбеста нередко используются в качестве принадлежностей для огненного шоу — эффектного представления с использованием огня.
Особенности
Синтетические полимеры имеют в своей основе низкомолекулярные органические соединения (мономеры), которые в результате реакций полимеризации или поликонденсации образуют длинные цепочки. Расположение и конфигурация молекулярный цепей, тип их связи во многом определяют механические характеристики полимеров.
Искусственные и синтетические полимеры обладают радом специфических особенностей. На первом месте следует отметить их высокую эластичность и упругость – способность противостоять деформациям и восстанавливать первоначальную форму. Пример – полиамид, резина. Полиуретановая нить – эластан, способна без разрыва изменять свою длину на 800 % и затем восстанавливать первоначальный размер. Наличие длинных молекулярных цепочек в структуре синтетических материалов обусловило низкую хрупкость пластиковых изделий. В большинстве случаев увеличение хрупкости у некоторых типов пластмасс происходит при понижении температуры. Органические материалы практически полностью лишены этого недостатка.
Отдельные типы пластиков, наоборот, имеют высокую жесткость и твердость. Стеклотекстолит по прочности мало уступает стали, а такой полимер, как кевлар, даже превосходит ее.
Указанные свойства дополняются высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью. Большинство известных полимеров имеют высокое электрическое сопротивление, низкую теплопроводность.
Отмечая высокие эксплуатационные и технологические качества, нельзя забывать и про отрицательные стороны:
- Сложность утилизации. Вторичное использование допускает только термопластичный материал и только в случае правильной сортировки. Смесь полимеров с различным химическим составом вторичной переработке не подлежит. В природе пластики разлагаются чрезвычайно медленно – вплоть до десятков и сотен лет. При сжигании некоторых типов пластмасс в атмосферу выделяется большое количество высокотоксичных веществ и соединений. Особенно это касается пластиков, содержащих галогены. Наиболее известный материал такого типа – поливинилхлорид (ПВХ).
- Слабая устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Под действием ультрафиолетовых лучей длинные полимерные цепочки разрушаются, увеличивается хрупкость изделий, снижается прочность, холодостойкость.
- Трудность или невозможность соединения отдельных типов синтетических материалов.
Химические свойства полимеров показывают их высокую стойкость к агрессивным веществам, но в ряде случаев затрудняет использование клеевых составов. Поэтому для термопластичных полимеров используют метод сварки – соединение разогретых элементов. Некоторые вещества, например, фторопласты, вообще не подлежат соединениям, кроме механических.
Классификация синтетических полимеров
Существует несколько классификационных групп полимеров, в зависимости от определяющего признака. В первую очередь, это:
- Искусственные полимеры, созданные на основе природных органических полимеров (целлюлоза – целлулоид, каучук – резина);
- Синтетические полимеры, в основе которых синтез из низкомолекулярных соединений (стирол – полистирол, этилен – полиэтилен).
По химическому составу деление таково:
- Органические, имеющие в составе преимущественно углеводородные цепочки;
- Элементоорганические, включающие в органические цепочки неорганические атомы (кремний, алюминий). Наиболее яркий пример – кремнийорганические композиции.
В зависимости от типов цепочек молекулярного состава, можно указать следующие виды структуры полимеров:
- Линейные, у которых мономеры соединены в длинные прямые цепочки;
- Разветвленные;
- С сеточной структурой.
Все полимерные соединения по-разному характеризуются по отношению к температуре. Таким образом, их делят на две группы:
- Термопластичные, для которых воздействие температуры оказывает обратимые изменения – нагрев, плавление;
- Термореактивные, необратимо изменяющие свою структуру при нагреве. В большинстве случаев этот процесс происходит без стадии плавления.
Существует еще несколько типов классификации полимеров, к примеру, по полярности молекулярных цепочек. Но данная квалификация необходима только узким специалистам.
Многие типы полимеров используются в самостоятельном виде (полиэтилен, полиамид), но значительное количество применяется в качестве композиционных материалов, где выполняет роль связующего элемента между органической и неорганической основой – пластики на основе стеклянных или углеродных волокон. Часто можно встретить комбинацию полимер – полимер (текстолит, у которого полимерная ткань пропитана полимерным связующим).
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Понятие и состав фибробетона
Фибробетон – это мелкозернистый материал, одним из составляющих которого является армирующий наполнитель. В прошлом с расчетом на снижение хрупкости и количества появления трещин, предпринимались меры по повышению прочности бетона. Так, строители добавляли дисперсные волокна и распределяли их равномерно по всей бетонной массе. В результате этих работ характеристики полученного бетона улучшались:
- прочность повышалась до 30%;
- стойкость к физическим нагрузкам возросла;
- трещины образовывались реже.
Различают две группы фибры:
- металлическая – исходным веществом является сталь, которая имеет различную форму и размеры;
- неметаллическая – производится из таких материалов, как стекло, акрил, хлопок, базальт, полиэтилен, карбон, углевод и другие.
Самыми популярными волокнами являются стеклянные и металлические. Однако с каждым днем все большую популярность приобретает полипропиленовая фибра. Что касается материалов из базальта и углерода, то они применяются крайне редко в связи с высокой стоимостью.
Волокна хлопка, вискозы и нейлона предают специфические особенности бетону, армированному фиброй из стали. Структура фибробетона являет собой однородную конструкцию, которая со всех сторон пронизана волокнами из различных материалов. Именно они определяют технические характеристики бетона, создают эффект армирования.
Технические характеристики
Свойства бетона зависят в первую очередь от используемого стройматериала в производстве. Рассмотрим характеристики основных видов фибробетона. Стальная фибра – самый распространенный наполнитель. Он обладает повышенной прочностью к нагрузкам, не усаживается и не образует трещин во время службы. Наиболее примечательные его качества – длительный срок эксплуатации, плотность и стойкость к износу. Кроме того, данный фибробетон не теряет свойства под действием низких температур, влаги и огня.
Следующее в рейтинге популярности волокно из стекла. Бетон этого типа обладает высокими качествами упругости, что наделяет его пластичностью. Однако щелочная среда вредна этому материалу. Стойкость к химическому влиянию обеспечивается полимерной пропиткой, путем добавления в бетон добавок на основе глиноземистого раствора. Именно он связывает щелочи и препятствует повреждению фибробетона. В конечном варианте вы получаете раствор с высокой прочностью, устойчивостью к высоким температурам, гидроизоляцией, стойкостью к воздействию химических средств и истиранию.
Асбестовая фибра характеризуется долговечностью, стойкостью к щелочной среде, нагрузкам и термозащитными качествами. Бетон на основе базальта имеет повышенную прочность. Больше всего он подходит для конструкций, которые подвержены постоянным нагрузкам, деформации и вокруг которых существуют факторы для появления трещин.
Общие характеристики остальных типов волокон – это защита от воздействия химических веществ, прочность на деформацию, стойкость к перепадам температур и неспособность проводить электричество. Благодаря синтетичной природе материалов вес бетона снижается.
Преимущества и недостатки
Каждый материал имеет плюсы и минусы. Фибробетон не является исключением.
Преимущества
Выделяют следующие достоинства фибробетона:
- снижение затрат на строительство при использовании фибры для армирования вместо армирующей сетки или каркаса;
- высокая продуктивность работы по фибробетону;
- расход бетона с применением фибры значительно меньше;
- в отличие от остальных видов бетона фибробетон не теряет своих технических характеристик даже после окончания срока службы, поскольку благодаря фибре материал становится вязким;
- фибробетон обладает хорошими адгезионными качествами;
- фибра может применяться как в газо-, так и в пенобетонных конструкциях;
- в ходе армирования в газобетоне происходит процесс поризации и как следствие наблюдается его устойчивость;
- фибра в пенобетоне повышает его прочность.
Недостатки
На удивление, минус у этого бетона только один, а именно, высокая стоимость, если сравнивать с обычным бетонным раствором. Однако этот недостаток легко компенсируется долговечностью стройматериала и его стойкостью к износу.
Области применения
Учитывая вышеперечисленные технические характеристики фибробетона, этот материал стал популярным на рынке. Он применяется в конструкциях, на которые оказывается сильное давление со стороны окружающей среды. Эти конструкции могут быть как промышленного, так и бытового характера. Каждый исходный материал имеет свою сферу применения. Стальной фибробетон чаще всего применяется:
- шпалы, фундамент, мостовое покрытие, берегозащитные полосы;
- полы, тоннели;
- дороги, полосы для взлета и посадки на аэродромах, тротуары;
- тротуарная плитка, бордюрный материал;
- каркас конструкции, монолитные сооружения;
- каналы для водоотвода, шахты колодцев под канализацию, плотины, водоочистные системы;
- фибробетонные полы.
Бетон со стекловолокном используется при устройстве:
- щитов для шумозащиты;
- гидроизоляции для очистительных сооружений;
- декоративных изделий небольшого веса для отделки покрытий;
- фасадной отделки фибробетоном жилых конструкций;
- промышленных помещений, покрытия в которых подвержены загрязнению;
- заборов, скамеек, цветочных клумб и других объектов.
Базальтовый бетон является незаменимым при строительстве:
- перекрытий, фундамента, дорог;
- резервуаров, дамб, конструкций железнодорожного характера.
Фибробетон из полипропилена необходим для создания:
- конструкций из пеноблоков;
- ячеистого бетона;
- объектов небольшого веса.
Хлопковые и вискозные материалы используются при замешивании текстильбетона.
Фибробетонные полы
Фибробетон часто применяется для устройства фибробетонных полов. На практике этот бетон обрел большую популярность благодаря низкому показателю хрупкости. Напольная стяжка из фибробетона и ее вид зависит напрямую от требований и марки применяемого цемента. В процессе заливки полов наибольший перепад в 2 метра равен 2 мм. Благодаря этому затраты на строительство снижаются, как и последующие работы по готовому материалу. Кроме того, процесс заливки происходит быстро, что обеспечивается благодаря пневмооборудованию.
Фибробетонные полы устраиваются в следующих типах помещений:
- промышленные и производственные;
- склады;
- автомастерские, паркинги, гаражи;
- залы для выставок и торговли;
- аэродромные и грузовые ангары;
- конструкции под офисы.
Что такое кевлар?
Кевлар представляет собой высокопрочное полимерное волокно на основе полипарафенилен-терефталамида, которое впервые было произведено в середине 70-х годов прошлого века американским химическим концерном DuPont. Первоначально такое волокно предназначалось для военных целей в качестве сырья для производства касок и защитных бронежилетов (и действительно там широко применяется). Однако эксплуатационные возможности кевлара (и модификации ассортимента этого волокна) позволяют существенно расширять область его применения. В частности, кевларовый трос для лебёдки (и не только автомобильной) может решить множество проблем, которые возникают при повседневной эксплуатации разнообразных подъёмно-транспортных механизмов.
Физико-механические свойства кевлара следующие:
- Предел прочности в условиях одноосного растяжения — до 3500 МПа (что в 2,5…3 раза превышает аналогичный показатель для средне- и высокоуглеродистых сталей).
- Относительное удлинение до момента появления шейки в поперечном сечении — не более 1…1,5%.
- Температуростойкость материала — до 320ºС.
- Водопроницаемость – не более 1%.
- Плотность – 0,97…2,52 г/см3 (зависит от состава армирующего волокна; максимальный показатель соответствует стекловолокну, а минимальный – полиэтиленовому).
Впечатляют и эксплатационные свойства кевларовых волокон (в дальнейшем под этим будем понимать синтетик с любым видом наполнителя). Так, кевларовый трос для лебёдки может сплетаться как с использованием сердечника, так и без него. При этом такие тросы существенно легче и безопаснее металлических. Используя такие тросы, можно работать без перчаток, а в случае разрыва подобного кевларового изделия его остатки не будут, разлетаясь во все стороны, травмировать окружающих.
Для увеличения допустимого значения разрывного усилия кевларовый трос для лебёдки изготавливается методами многорядного плетения (обычное число прядей — 12). При прочностных испытаниях усилие разрыва зависит от диаметра троса, и составляет:
- При диаметре 9 мм – не менее 47 кН;
- При диаметре 10 мм – не менее 58 кН;
- При диаметре 11 мм – не менее 78 кН;
- При диаметре 12 мм – не менее 98 кН.
По условиям безопасной эксплуатации грузоподъёмных устройств коэффициент запаса по усилию должен составлять не менее 3,5 (а при использовании лебёдок для подъёма людей – до 9). Таким образом, предельные усилия для безопасного нагружения кевларовых тросов составляют от 52…108 кг – при использовании на работах, связанных с подъёмом людей, до 130…280 кг – для иных видов грузоподъёмных операций в строительстве.
Кевларовый трос или стальной?
Квадроциклы Stels atv китайского производства комплектуются тросами из кевлара с 2007 года. Его надёжность, в сравнении с обычными стальными тросами такова, что в последнее время к участию в соревнованиях по экстремальному вождению допускаются техника, укомплектованная исключительно кевларовыми тросами.
Преимущества такой синтетики перед стальными тросами очевидны:
- Поскольку кевлар легче стали, то нагрузка на переднюю ось машины существенно снижается.
- Кевларовый трос не утонет в водной преграде.
- Применение синтетики не связано с обязательным использованием рукавиц или перчаток.
- Остаточная деформация кевларового троса меньше, что повышает безопасность при его длительном применении (текучесть стали гораздо менее заметна, поэтому длину стального троса б/у перед каждыми соревнованиями необходимо тщательно измерять).
- На поверхности кевлара никогда не образуются заусенцы, появление которых на стальном, часто эксплуатируемом тросе происходит часто. Такие заусенцы перекашивают трос при его намотке, и повреждают пользователю руки.
- В случае разрыва оплётки повреждённую часть кевларового троса для лебёдки можно вновь сплести, при этом показатели разрывной прочности не снижаются.
- Процесс наматывания синтетического троса на барабан, в сравнении со стальным, происходит значительно легче, поскольку меньшая гибкость стали вынуждает время от времени поправлять наматываемое изделие (для того, чтобы избежать нежелательного перехлёста витков). Правда, в этом имеется и ограничение: намотку кевлара всегда необходимо выполнять с некоторым преднатяжением.
Все перечисленные преимущества применимы также и для строительной грузоподъёмной техники. В любом случае за приспособлением нужен постоянный уход, а крепление скоб отличаться надёжностью, обычной для такого рода устройств.
Ограничивает широкое применение кевлара в строительных лебёдках высокая стоимость данного синтетического материала. Например, цена кевларовых тросов от торговой марки Warn колеблется в пределах 6000…10000 руб., в то время как стальной трос для тех же целей эксплуатации можно приобрести за 4000…6500 руб. Отечественные тросы производства ОАО «Канат» (г. Коломна) дешевле на 35…40%.
Впрочем, у кевлара есть и другие ограничения, речь о которых пойдёт далее.
Кевлар: что это такое?
Прочные кевларовые волокна давно вплелись в структуру разработок в автомобильной, строительной, военной отраслях промышленности, частично вытеснив менее прочную и практичную сталь. «Сотканный» из органических нитей материал стал просто незаменимым благодаря своим уникальным характеристикам. Итак, теперь подробно рассмотрим вопрос о том, кевлар — что это, и узнаем историю его появления.
Тизерная сеть
Вкратце о возникновении
Новый полимер в каком-то смысле стал «ребенком» его величества Случая, родившись в лабораториях компании Dupont, которая уже на тот момент имела в своем активе изобретение такого материала, как нейлон. Тогда, в 1964-м, исследовательская группа искала решение, как заменить стальной корд в автомобильных шинах на значительно более легкие полимерные нити, например полиарамидные. Соответственно, занятие было не из простых, поскольку полиарамиды предварительно необходимо растворить (что само по себе нелегкое дело), а уже затем из получившейся массы «прясть» нити. Положительного результата удалось достичь Стефани Кволек. Она сумела получить волокна исключительной прочности, которые после тестирования показали ошеломляющие результаты — новая нить оказалась прочнее стали.
Но это было лишь начало блестящей истории этого материала. Ткань кевлар появилась на рынке в 1975 году, и с того времени на недостаток спроса жаловаться не приходится. А он рождает производство, так что Dupont не останавливается на достигнутом. Компания осуществляет заметные финансовые вливания, направленные на то, чтобы модернизировать запатентованный материал кевлар и наделить его улучшенными характеристиками.
Тизерная сеть
Сферы применения
Свое применение кевлар находит в тех отраслях, где крайне важны стойкость к износу и термическая стабильность, низкая структурная жесткость и максимальная легкость, а также отличная прочность при низком весе. Поэтому неудивительно, что этот материал пришелся «ко двору» при изготовлении средств индивидуальной защиты, в частности бронежилетов, шлемов.
Защита на руки
Тактические перчатки с кевларом в виде защитных вставок на ладонях и костяшках позволяют не только защитить руку от повреждений при столкновении, например, с зубами противника, но и значительно усилить удар, сделав его сокрушающим. Такой своеобразный современный аналог кастета. Если учитывать прочность, теплоту и устойчивость к влаге и повреждениям, такие аксессуары в последнее время популярны не только у сотрудников специализированных подразделений, но и у экстремалов, уличных бойцов, любителей активного образа жизни. Также они пользуются спросом у тех, у кого темные улицы родного населенного пункта вызывают вполне обоснованные опасения.
У всех свои минусы
К недостаткам кевлара можно отнести светочувствительность — при длительном пребывании под солнечными лучами чудо-материал начинает разрушаться, хоть и очень-очень медленно. Оптимальным средством предохранения стало вшивание элементов с кевларовыми нитями в более плотную ткань.
Цена на изделия с параамидными нитями достаточно высока, и именно это препятствует всеобщей «кевларизации». Оснащать армию тактическими изделиями из данного материала могут себе позволить только развитые в экономическом плане страны.
Тизерная сеть
В завершение
На сегодняшний день крайне сложно представить пассивную защиту без кевларовых волокон, а выполненные из такой ткани бронежилеты и шлемы, каски спасли множество жизней. Поэтому создателям есть чем гордиться. А изготовителям нужно расширять производство кевлара и постоянно улучшать характеристики его качества.
Тизерная сеть
Похожий материал:
- Новые возможности со щеткой Window Wizard
- «Мейбелин», тушь «Пуш-ап Драма» (Maybelline Push-Up DRAMA): описание, цены, отзывы
- Натуральные волокна: происхождение и свойства
- Общие свойства синтетических волокон
- Растение рами
- Акриловые краски — что это такое? Виды акриловых красок и их применение
- Что представляет собой полотняное переплетение?
- Жаккард – что за ткань?
- Что такое слинг? Виды, достоинства и недостатки
- Что такое кевлар?