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Aramide
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para-Aramid (Kevlar, Twaron)
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Meta-Aramid (Nomex, Teijinconex)

Das Aramide sind eine Gruppe Polymere (bestimmtes Polyamide mit aromatisch Charakter) das hitzebeständig sein und/oder ein großes Zugfestigkeit haben. Die einzelnen Polymere sind eine Verkettung von Benzolringe und Amidgruppen. Der Name setzt sich daher aus „aromatisch“ und „amid“ zusammen. Es gibt zwei Haupttypen von Aramiden, die kommerziell hergestellt werden: para-Aramide und Meta-Aramide.

Die ersten Formen Ballaststoff die sich relativ leicht „ausrichten“ und die auch deshalb eine hohe Zugfestigkeit aufweisen. Diese Aramide werden unter anderem verwendet für Kugel- und Flakwesten. Sie sind besser bekannt unter den Markennamen Kevlar (DuPont) und Twaron (Teijin, vorher AKZO). Seit Jahren laufen Klagen zwischen AKZO und Dupont, weil beide Firmen Patente zur Herstellung von Aramidfasern besaßen. Endlich gestartet Die Neunziger ein Siedlung betroffen.

Das Meta-Aramide reihen sich nicht aneinander. Sie bilden Fasern, die leichter und geschmeidiger sind. Diese sind weniger stark als die para-Aramidfasern, aber sie sind etwas Besonderes flammhemmend und hitzebeständig. Sie werden unter anderem in schwer entflammbarer Kleidung verwendet. Es ist auch möglich, eine elektrisch isolierende Papiersorte herzustellen. Bekannte Markennamen sind Nomex (DuPont) und Teijinconex (Teijin). Außerdem gibt es noch ein weiteres para-Aramid-Copolymer, gehandelt von Teijin unter dem Namen Technora.

Chemisch ist Aramid verwandt mit Nylon, das ebenfalls ein Polyamid ist. Spezifisch ist das Vorhandensein einer aromatischen Gruppe (Benzolring) in der Kette, wo Nylon einen einzigen Satz von Kohlenstoffatomen hat.

Para-Aramid

para-Aramid
.... = die Wasserstoffbrücken zwischen den Ketten selbst

Ballaststoff ausgesponnen para-Aramid haben einen besonders großen Zugfestigkeit, geringes Gewicht und klein Gestell und sie können relativ hohen Temperaturen standhalten. Die Zugfestigkeit von paraAramidfaser ist etwa 5- bis 8-mal höher als die von Stahl bei gleichem Gewicht.[Quelle?]

Die Strukturformel von para-Aramid ist rechts dargestellt. Auch der Wasserstoffbrücken zwischen den Ketten angezeigt. Diese sind mitverantwortlich für die hohe Festigkeit der Faser.

ParaAramide werden dort eingesetzt, wo hohe Zugfestigkeit eine wesentliche Eigenschaft ist. Die bekannteste Anwendung sind kugel- und splittersichere Westen, aber auch Kevlar oder Twaron werden bei Hubseilen eingesetzt. Drähte aus Para-Aramid korrodieren nicht und ihre Festigkeit wird durch Eintauchen in Wasser nicht beeinträchtigt. Die Schusskraft nimmt jedoch ab, wenn das Aramid nass ist, es sei denn, es wurde speziell wasserdicht gemacht.

Wenn das Polymer gesponnen wird, ergibt sich a para-Aramid mit enormer Zugfestigkeit, das hitze- und schnittfest ist.

Fertigungsprozess

Polymerisationsreaktion von 1,4-Phenyldiamin (para-Phenyldiamin) und Terephthalsäuredichlorid bis um para-Aramid.
Textilgewebe von para-Aramid

Der Prozess zu paraDie Herstellung von Aramidfasern besteht aus drei Schritten:

  1. Synthese der Aramidpolymere in einem geeigneten Lösungsmittel
  2. Überführung dieser Polymere in ein Pre Spinnen geeignetes Lösungsmittel (a Spin-Lösungsmittel) damit Garne daraus gesponnen werden können
  3. Durchspinnen der Garne Extrusion der Lösung

Für die Synthese verwendet man 1,4-Phenyldiamin (para-Phenyldiamin) und Terephthalsäuredichlorid. Aufgrund der Steifigkeit der gebildeten Polymerketten ist die Wahl des Lösungsmittels, in dem die Reaktion stattfindet, entscheidend. Die Polymere müssen in Lösung bleiben und lange genug wachsen gelassen werden. DuPont wurde ursprünglich verwendet Hexamethylphosphortriamid (HMPT), aber das ist ziemlich teuer. AKZO patentierte 1975 eine Produktionsmethode, die eine Mischung aus N-Methylpyrrolidon und 5% Calciumchlorid (NL157327). Dies führte zu einem „Patentkrieg“ zwischen DuPont und AKZO: HMPT erwies sich auch als schädlich für Mensch und Umwelt und DuPont wechselte daher auf das bereits von AKZO patentierte Verfahren. Das Internationale Handelskommission der Vereinigten Staaten verbot 1985 den Verkauf von Aramidfasern in den USA durch AKZO und es wurden weltweit Klagen eingereicht.[1] 1988 schlossen DuPont und Akzo eine Vereinbarung, in der sie ihre Patente gegenseitig lizenzierten.[2]

Um die gebildeten Polymere verspinnen zu können, wird zunächst das Lösungsmittel aus den Polymeren gewaschen, wonach das Ganze getrocknet wird. Die resultierende Trockenmasse wird dann in wasserfreiem . gelöst Schwefelsäure. Dadurch entsteht eine Lösung mit den gewünschten Eigenschaften zum Spinnen von Fasern. Nach dem Spinnen wird die Schwefelsäure von den gesponnenen Fasern gewaschen und die Fasern werden getrocknet.

Para-Aramid-Copolymere

Durch die etwas andere Verknüpfung der Monomere mit teilweise Ethergruppen anstelle von Amiden entsteht eine para-Aramid-Variante, die ein Copolymer bildet. Statt ...-[HN-Ar-NH-OC-Ar-CO]nein-... man hat dann eine Struktur wie ...-[HN-Ar-NH-OC-Ar-CO]nein-[HN-Ar-O-Ar-NH-OC-Ar-CO]ich-... Diese von Teijin unter dem Namen Technora vermarktete Variante ist ca. 10 % stärker als Twaron und Kevlar, eignet sich aber nicht für kugelsichere Weste oder Asbestersatz.

Meta-Aramid

Stoffe aus MetaAramid werden hauptsächlich wegen seiner flammhemmenden und hitzebeständigen Eigenschaften verwendet. Sie werden hauptsächlich als hitzebeständige Textilien in feuerfester Kleidung verwendet. Diese Stoffe finden sich daher in Feuerwehrkleidung und im Overall von Rennfahrer.

Papier aus Meta-Aramidfasern ist ein guter Isolator und wird daher in der Elektrotechnik z Elektromotoren, Generatoren und Transformer.

Geschichte

Die ersten Aramide wurden in den die fünfziger synthetisiert beim US-Chemiekonzern DuPont. Dabei handelte es sich um Meta-Aramide, die von DuPont unter dem Namen Nomex vertrieben wurden.

Transparente Plexi-Box mit einem Strang aus Aramidfasern. Auf dem Karton befindet sich ein Etikett mit der Aufschrift NM 3,6 / 100 % KEVLAR / 150m/mm.
Aramidfaserstahl der Marke Kevlar, hergestellt von DuPont

Im 1964 synthetisiert Stephanie Kwolek, ebenfalls von DuPont, Para-Aramide. Eine Lösung dieses Polymers bildet sich Flüssigkristalle wodurch aus dieser Lösung sehr feste Fasern gesponnen werden konnten.

Neben DuPont, AKZO gelang es damals, dieses Polymer im Labormaßstab zu spinnen. Um die Patentrechte zur Herstellung von Para-Aramiden gibt es seit Jahren einen Rechtsstreit zwischen den beiden Unternehmen. Später im siebziger Jahre AKZO hat dieses Produkt unter dem Namen Twaron. Seine Produktion ist jetzt Teil von Teijin Aramid. Der Hauptsitz des Unternehmens befindet sich in Arnheim und die Herstellung des Polymers und des Garns erfolgt jeweils in Delfzijl und Emmen. Die erste Pilotanlage für Twaron wurde 1976 gebaut, und 1985 waren neun Produktionseinheiten an drei Standorten in Betrieb.[Quelle?]

Das Para-Aramid-Copolymer Technora wurde entwickelt von Teijin in Japan. Deren Produktion wird nun ebenfalls an Teijin Aramid ausgelagert.

Hauptanwendungen

Aramidfasern werden unter anderem verwendet in Kugel- und Flakwesten, Schlepp- und Hubseile, Segel für Wettkampfboote, Kanus und Kajaks, feuerfeste Kleidung, Bremsbeläge und stark und leicht Verbundwerkstoffe. Es wird auch für Extremsportgeräte, Schutzkleidung für die Tierpflege, Kompositmaterialien für Flugzeuge, pannensichere Fahrradreifen, Bootssegel, zum Ersetzen Asbest, manchmal in Sprecher und neuerdings auch in den Magazinen der Modellhubschrauber.

Siehe auch

  • Dyneema, eine weitere superstarke Faser, die nicht auf Aramid basiert
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