أراميد
ألياف الأراميد ، وهي اختصار للبولي أميد العطري ، هي فئة من الألياف الاصطناعية القوية والمقاومة للحرارة . تُستخدم في التطبيقات الفضائية والعسكرية، وفي نسيج الدروع الواقية من الرصاص والمركبات الباليستية، وفي حبال السفن البحرية ، وتعزيز هياكل السفن البحرية ، كبديل للأسبستوس ، [1] وفي العديد من العناصر الاستهلاكية خفيفة الوزن التي تتراوح من حافظات الهواتف إلى مضارب التنس .
تتجه جزيئات السلسلة في الألياف بشكل كبير على طول محور الألياف. ونتيجة لذلك، تساهم نسبة أعلى من الرابطة الكيميائية في قوة الألياف أكثر من العديد من الألياف الاصطناعية الأخرى. تتمتع الأراميدات بنقطة انصهار عالية جدًا (>500 درجة مئوية (932 درجة فهرنهايت)).
تشمل الأسماء التجارية الشائعة للأراميد Kevlar و Nomex و Twaron .
المصطلحات والبنية الكيميائية
مصطلح الأراميد هو اختصار لكلمة بولي أميد عطري . وقد تم تقديمه في عام 1972، [2] وتم قبوله في عام 1974 من قبل لجنة التجارة الفيدرالية في الولايات المتحدة الأمريكية كاسم لفئة عامة من الألياف المميزة عن النايلون ، [3] [4] وتم اعتماده من قبل منظمة المعايير الدولية في عام 1977. [ بحاجة لمصدر ]
يشير المصطلح الأطول إلى وجود حلقات عطرية مكونة من ست ذرات كربون. في الأراميدات، ترتبط هذه الحلقات عبر روابط أميدية ، كل منها يتألف من مجموعة CO مرتبطة بمجموعة NH.
من أجل تلبية تعريف لجنة التجارة الفيدرالية للأراميد، [4] يجب أن يكون ما لا يقل عن 85% من هذه الروابط متصلة بحلقتين عطريتين. [5] أقل من 85%، يتم تصنيف المادة بدلاً من ذلك على أنها نايلون. [4]
بارا-أراميدات وميتا-أراميدات
تنقسم الأراميدات إلى نوعين رئيسيين وفقًا لمكان ارتباط الروابط بالحلقات. وبترقيم ذرات الكربون بشكل تسلسلي حول الحلقة، فإن الأراميدات البارا-أراميدات لها ارتباطات في الموضعين 1 و4، بينما الأراميدات الميتا-أراميدات لها ارتباطات في الموضعين 1 و3. [6] وهذا يعني أن نقاط الارتباط تكون متقابلة قطريًا في الأراميدات البارا-أراميدات، ومتباعدة بمسافة ذرتين في الأراميدات الميتا-أراميدات. وبالتالي، يوضح الرسم التوضيحي الأراميدات البارا-أراميدات.
تاريخ
تم تقديم البولي أميدات العطرية لأول مرة في التطبيقات التجارية في أوائل الستينيات، مع ألياف ميتا أراميد التي أنتجتها شركة دوبونت باسم HT-1 ثم تحت الاسم التجاري نومكس . [7] تتميز هذه الألياف، التي يتم التعامل معها بشكل مشابه لألياف الملابس النسيجية العادية، بمقاومتها الممتازة للحرارة، حيث لا تذوب ولا تشتعل في مستويات طبيعية من الأكسجين. يتم استخدامه على نطاق واسع في إنتاج الملابس الواقية، وتنقية الهواء، والعزل الحراري والكهربائي، وكذلك كبديل للأسبستوس .
يتم إنتاج ميتا أراميد أيضًا في هولندا واليابان بواسطة Teijin Aramid تحت الاسم التجاري Teijinconex ، [7] وبواسطة Toray تحت الاسم التجاري Arawin ، وفي الصين بواسطة Yantai Tayho تحت الاسم التجاري New Star وبواسطة SRO Group تحت الاسم التجاري X-Fiper ، ومتغير من ميتا أراميد في فرنسا بواسطة Kermel تحت الاسم التجاري Kermel.
استنادًا إلى أبحاث سابقة أجرتها شركة مونسانتو وباير ، تم أيضًا تطوير ألياف البارا أراميد ذات المتانة ومعامل المرونة الأعلى بكثير في الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين بواسطة دوبونت وأكزونوبل ، وكلاهما استفاد من معرفتهما بمعالجة الرايون والبوليستر والنايلون. في عام 1973، كانت دوبونت أول شركة تقدم ألياف البارا أراميد، وأطلقت عليها اسم كيفلار ؛ لا تزال هذه الألياف واحدة من أشهر ألياف البارا أراميد و/أو الأراميد.
في عام 1978، قدمت شركة أكزو أليافًا مماثلة بنفس التركيب الكيميائي تقريبًا وأطلقت عليها اسم توارون . وبسبب براءات الاختراع السابقة على عملية الإنتاج، دخلت شركة أكزو ودوبونت في نزاع بشأن براءات الاختراع في الثمانينيات. وبعد ذلك أصبحت توارون تحت ملكية شركة تيجين أراميد. في عام 2011، قدمت شركة يانتاي تايهو أليافًا مماثلة تسمى تاباران في الصين (انظر الإنتاج).
تُستخدم مادة البارا أراميد في العديد من التطبيقات عالية التقنية، مثل التطبيقات الفضائية والعسكرية، لصنع نسيج الدروع الواقية من الرصاص .
يمكن استخدام كل من ألياف ميتا أراميد وبارا أراميد في صناعة ورق الأراميد. يستخدم ورق الأراميد كمواد عزل كهربائية ومواد بناء لصنع قلب قرص العسل. صنعت شركة دوبونت ورق الأراميد خلال ستينيات القرن العشرين، وأطلقت عليه اسم ورق نومكس. قدمت شركة يانتاي ميتاستار سبيشال بيبر ورق الأراميد في عام 2007، والذي يسمى ورق ميتاستار . تصنع كل من شركتي دوبونت ويانتاي ميتاستار ورق ميتا أراميد وبارا أراميد. [ بحاجة لمصدر ]
صحة
خلال تسعينيات القرن العشرين، أظهر اختبار في المختبر لألياف الأراميد أنها أظهرت "العديد من التأثيرات نفسها على الخلايا الظهارية كما فعل الأسبستوس ، بما في ذلك زيادة دمج النوكليوتيدات المشعة في الحمض النووي وتحفيز نشاط إنزيم ODC ( أورنيثين ديكاربوكسيلاز )، مما يزيد من احتمالية حدوث آثار مسرطنة . [8] ومع ذلك، في عام 2009، تبين أن ألياف الأراميد المستنشقة تقصر ويتم إزالتها بسرعة من الجسم ولا تشكل مخاطر كبيرة. [9] قدم مؤلف الدراسة لاحقًا تصحيحًا لإعلان الفائدة ينص على أن "هذه المراجعة تم تكليفها وتمويلها من قبل دوبونت وتيجين أراميد، لكن المؤلف وحده كان مسؤولاً عن محتوى وكتابة الورقة". [10]
إنتاج
تم تقدير الطاقة الإنتاجية العالمية من البارا أراميد بنحو 41000 طن (40000 طن طويل؛ 45000 طن قصير) سنويًا في عام 2002 وتزداد كل عام بنسبة 5-10٪. [11] في عام 2007، يعني هذا إجمالي الطاقة الإنتاجية حوالي 55000 طن سنويًا. [ بحاجة لمصدر ]
إعداد البوليمر
يتم تحضير الأراميدات بشكل عام عن طريق التفاعل بين مجموعة أمين ومجموعة هاليد حمض الكربوكسيل . تتمتع البوليمرات المتجانسة البسيطة AB بالارتباط −(NH−C 6 H 4 −CO) n −.
يتم تحضير بوليمرات الأراميد المعروفة مثل كيفلر وتوارون ونومكس ونيو ستار وتيجينكونيكس من سلائف ثنائي الأمين وثنائي الحمض (أو ما يعادله). يمكن تصنيف هذه البوليمرات بشكل أكبر وفقًا للارتباطات الموجودة على الوحدات الفرعية العطرية. تحتوي نومكس وتيجينكونيكس ونيو ستار بشكل أساسي على ارتباط ميتا. يطلق عليها اسم بولي ميتافينيلين إيزوفتالاميدات (MPIAs). على النقيض من ذلك، يتميز كل من كيفلر وتوارون بروابط بارا. يطلق عليها اسم بارا فينيلين تيريفثالاميدات (PPTAs). PPTA هو نتاج بارا فينيلين ديامين (PPD) وكلوريد تيريفثالويل (TDC أو TCl) .
يعتمد إنتاج PPTA على مذيب مشترك مع مكون أيوني ( كلوريد الكالسيوم ، CaCl 2 ) لاحتلال الروابط الهيدروجينية للمجموعات الأميدية، ومكون عضوي ( N- ميثيل بيروليدون ، NMP) لإذابة البوليمر العطري . تم اختراع هذه العملية بواسطة ليو فولبراخت في أكزو. بصرف النظر عن HMPT المسرطن ، لا يزال لا يوجد بديل عملي لإذابة البوليمر معروفًا. أدى استخدام نظام NMP/CaCl 2 إلى نزاع ممتد على براءة الاختراع بين أكزو ودوبونت.
الغزل
بعد إنتاج البوليمر، يتم إنتاج ألياف الأراميد عن طريق غزل البوليمر المذاب إلى ألياف صلبة من مزيج كيميائي سائل. المذيب البوليمري لغزل PPTA هو عمومًا حمض الكبريتيك اللامائي بنسبة 100% (H 2 SO 4 ).
المظاهر
أنواع أخرى من الأراميد
بالإضافة إلى الميتا أراميدات مثل نومكس، تنتمي أنواع أخرى إلى مجموعة ألياف الأراميد. وهي في الأساس من نوع كوبولي أميد ، المعروف باسم العلامة التجارية تكنورا ، كما طورتها تيجين وقدمتها في عام 1976. تتفاعل عملية تصنيع تكنورا مع PPD و3,4'- ثنائي أمينو ثنائي فينيل إيثر (3,4'-ODA) مع كلوريد تيريفثاليل (TCl) . [12] تستخدم هذه العملية البسيطة نسبيًا مذيب أميد واحد فقط، وبالتالي يمكن إجراء الغزل مباشرة بعد إنتاج البوليمر.
خصائص ألياف الأراميد
تتقاسم الأراميدات درجة عالية من التوجه مع الألياف الأخرى مثل البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي ، وهي سمة تهيمن على خصائصها.
عام
- مقاومة جيدة للتآكل
- مقاومة جيدة للمذيبات العضوية
- غير موصل [ غامض ]
- نقطة انصهار عالية جدًا (>500 درجة مئوية (932 درجة فهرنهايت))
- قابلية الاشتعال منخفضة
- سلامة النسيج جيدة في درجات الحرارة المرتفعة
- حساسة للأحماض والأملاح [ كيف؟ ]
- حساسة للأشعة فوق البنفسجية [ كيف؟ ]
- عرضة لتراكم الشحنات الكهروستاتيكية ما لم يتم الانتهاء منها [13]
بارا أراميدات
- توفر ألياف البارا أراميد، مثل كيفلر وتوارون، خصائص قوة إلى وزن رائعة
- معامل الوتر العالي
- قوة تحمل عالية
- زحف منخفض
- استطالة منخفضة عند الكسر (~3.5%)
- من الصعب صبغها - عادة ما يتم صبغها بالمحلول [13]
الاستخدامات
- ملابس مقاومة للهب
- الملابس والخوذات الواقية من الحرارة
- دروع الجسم ، [14] تتنافس مع منتجات الألياف القائمة على البولي إيثيلين مثل Dyneema و Spectra
- المواد المركبة
- استبدال الأسبستوس (على سبيل المثال بطانات الفرامل )
- أقمشة ترشيح الهواء الساخن
- الإطارات ، الجديدة مثل Sulfron ( Twaron المعدلة بالكبريت )
- تعزيز المنتجات المطاطية الميكانيكية
- الحبال والكابلات [15 ]
- أحزمة V (السيارات والآلات والمعدات والمزيد)
- فتائل للرقص الناري
- أنظمة كابلات الألياف الضوئية
- قماش الشراع (ليس بالضرورة أشرعة قوارب السباق )
- أدوات رياضية
- رؤوس الطبول
- قصبات آلات النفخ ، مثل العلامة التجارية Fibracell
- أغشية مكبر الصوت
- مادة هيكل القارب
- الخرسانة المسلحة بالألياف
- أنابيب بلاستيكية حرارية مقواة
- أوتار التنس ، على سبيل المثال من إنتاج شركتي Ashaway وPrince للتنس
- عصي الهوكي (عادة ما تكون مكونة من مواد مثل الخشب والكربون)
- ألواح التزلج على الجليد
- أغطية المحرك النفاث
- أنظمة سحب بكرة الصيد
- تقوية الأسفلت
- حبال بروسيك لمتسلقي الصخور (والتي تنزلق على طول الحبل الرئيسي ويمكن أن تذوب بسبب الاحتكاك).
- تقوية قلب ألواح التزلج على الجليد
انظر أيضا
بارا أراميد
ميتا أراميد
- نومكس
- تيجينكونيكس
آحرون
الملاحظات والمراجع
- ^ هيلرماير، كارلهاينز (1984). "آفاق الأراميد كبديل للأسبستوس". مجلة أبحاث النسيج . 54 (9): 575-580. doi :10.1177/004051758405400903. S2CID 136433442.
- ^ Gooch, JW, ed. (2006). "Aramid". القاموس الموسوعي للبوليمرات. نيويورك: سبرينغر. ص. 64-65. doi :10.1007/978-0-387-30160-0_760. ISBN 978-0-387-31021-3تم الاسترجاع بتاريخ 16 سبتمبر 2021 .
- ^ وينجيت، إيزابيل بارنوم (1979). قاموس فيرتشايلد للمنسوجات. أرشيف الإنترنت. نيويورك: دار نشر فيرتشايلد. ص 25. رقم ISBN 978-0-87005-198-2.
- ^ abc الممارسات التجارية، الجزء 303، §303.7 الأسماء العامة والتعريفات للألياف المصنعة.
- ^ التعريف الكامل للألياف الأراميدية هو "ألياف مصنعة تكون فيها المادة المكونة للألياف عبارة عن بولي أميد صناعي طويل السلسلة حيث تكون نسبة 85% على الأقل من الروابط الأميدية، ( ) متصلة مباشرة بحلقتين عطريتين"، مع رسم بياني بين قوسين يوضح مجموعة CO موجهة رأسياً متصلة أفقياً بمجموعة NH. هناك رابطة واردة إلى ذرة C ورابطة صادرة من مجموعة NH.
- ^ يتم اختيار الموضع 1 ببساطة كنقطة يتم فيها ربط إحدى السلسلتين. ثم نقوم بعد ذلك بالعد حول الحلقة في أقصر اتجاه حتى نصل إلى الحلقة الأخرى.
- ^ ab James A. Kent, ed. (2006). Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology . Springer. p. 483. ISBN 978-0-387-27842-1.
- ^ Marsh, JP; Mossman, BT; Driscoll, KE; Schins, RF; Borm, PJA (1 يناير 1994). "تأثيرات الأراميد، الألياف الاصطناعية عالية القوة، على الخلايا التنفسية في المختبر". علم السموم الدوائية والكيميائية . 17 (2): 75-92. doi :10.3109/01480549409014303. PMID 8062644.
- ^ دونالدسون، ك. (1 يوليو 2009). "سمية استنشاق ألياف البارا أراميد". المراجعات النقدية في علم السموم . 39 (6): 487-500. CiteSeerX 10.1.1.468.7557 . doi :10.1080/10408440902911861. PMID 19545198. S2CID 6508943.
- ^ دونالدسون، كين (22 يوليو 2009). "التصحيح: علم السموم الاستنشاقي لألياف الأراميد". المراجعات النقدية في علم السموم . 39 (6): 540. doi : 10.1080/10408440903083066 . S2CID 218987849.
- ^ لجنة الألياف البنيوية عالية الأداء للمركبات البوليمرية المتقدمة، المجلس الوطني للبحوث (2005). الألياف البنيوية عالية الأداء للمركبات البوليمرية المتقدمة. مطبعة الأكاديميات الوطنية . ص. 34. ISBN 978-0-309-09614-0.
- ^ Ozawa S (1987). "نهج جديد للألياف عالية المرونة والمتانة". مجلة البوليمر . 19 : 199. doi : 10.1295/polymj.19.119 .
- ^ ab Kadolph, Sara J. Anna L. Langford (2002). "المنسوجات". Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, NJ .
- ^ Reisch, Marc S (2005). "منتجو الألياف عالية الأداء يستجيبون للطلب من المستخدمين العسكريين والأمنيين". أخبار الكيمياء والهندسة . 83 (31): 18–22. doi :10.1021/cen-v083n050.p018.
- ^ "كابلات الأراميد". FibreMax . مؤرشف من الأصل في 2021-12-01.
قراءة إضافية
- جيه ايه ريجليرو رويز؛ إم تريجو لوبيز؛ إف سي جارسيا؛ جي إم جارسيا (2017). “البولي أميدات العطرية الوظيفية”. البوليمرات . 9 (12): 414. دوى : 10.3390 / بوليم9090414 . بمك 6419023 . بميد 30965723.
- JWS Hearle (2000). ألياف عالية الأداء . Woodhead Publishing LTD.، Abington، المملكة المتحدة – معهد النسيج. ISBN 978-1-85573-539-2.
- دوتز جيه سيكما (2002). "الألياف المصنعة منذ مائة عام: البوليمرات وتصميم البوليمرات". مجلة علوم البوليمرات التطبيقية (83): 484-488.
- خ. هيليرماير و إتش جي ويجلاند (1977). "خيوط الأراميد لتقوية البلاستيك". مجلة بلاستيكا (11): 374-380.
- دوبونت وتيجين تعتزمان توسيع إنتاج الأراميد – سبتمبر 2004
أنواع الدروع | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| أنواع الدروع التاريخية |
| ||||||||
| أنواع الدروع الحديثة |
| ||||||||
| عناصر | |||||||||
| أنواع الدروع الخيالية | |||||||||
| |||||||||
