Sợi Aramid là gì? Các loại, đặc tính, công dụng và hướng dẫn bảo quản.

Từ trang phục chữa cháy đến dây lốp xe và vật liệu composite hàng không vũ trụ, sợi aramid xuất hiện trong các sản phẩm đòi hỏi độ bền, khả năng chịu nhiệt và trọng lượng nhẹ. Những sợi này được thiết kế cho các điều kiện khắc nghiệt, đó là lý do tại sao chúng được sử dụng trong quần áo bảo hộ và các sản phẩm kỹ thuật. Loại aramid tạo nên sự khác biệt lớn về hiệu suất, đặc biệt khi so sánh sợi meta-aramid và para-aramid. Quá trình sản xuất và ứng dụng cuối cùng của chúng xuất phát từ sự khác biệt đó.

Sợi Aramid là gì?​

Aramid là một loại sợi nhân tạo , trong đó chất tạo sợi là một polyamit tổng hợp mạch dài, với ít nhất 85% liên kết amit được gắn trực tiếp vào hai vòng thơm. Các vòng thơm có sáu nguyên tử carbon liên kết với nhau theo cấu trúc lục giác; chúng làm tăng độ cứng khi được kết hợp vào chuỗi polymer. Đối với aramid, các vòng có thể được liên kết thông qua các nguyên tử carbon ở các vị trí khác nhau trên vòng. Nếu các liên kết cách nhau hai nguyên tử carbon, polymer đó là meta-aramid, trong khi ở para-aramid, các liên kết cách nhau ba nguyên tử carbon.

Các vòng thơm làm cho polyme aramid trở nên cứng và không linh hoạt, xếp chúng vào nhóm polyme được gọi là polyme dạng thanh cứng. Thuật ngữ này mô tả hành vi của các polyme đó trong chất nóng chảy hoặc dung dịch, nơi chúng sẽ tạo thành các vùng chuỗi song song thay vì rối hoặc gấp lại, giống như các polyme trong các loại sợi thường dùng.
Nylon là một loại sợi polyamide ; aramid là một loại sợi polyamide thơm. Nhà hóa học Stephanie Kwolek của DuPont đã phát triển một biến thể nylon có khả năng chịu nhiệt và chống cháy vượt trội. Nó được giới thiệu vào năm 1963 với tên thương mại Nomex®. DuPont đã giới thiệu một biến thể khác vào năm 1973 với tên gọi Kevlar®. Aramid có độ bền vượt trội ngoài khả năng chống cháy. Ủy ban Thương mại Liên bang đã thiết lập phân loại chung cho aramid vào năm 1974. DuPont sản xuất meta-aramid Nomex® và aramid thay thế para Kevlar®. Công ty Teijin của Nhật Bản sản xuất Twaron®, một loại para-aramid, và Teijinconex®, một loại sợi meta-aramid.

Quy trình sản xuất sợi Aramid
Do polyme aramid có điểm nóng chảy rất cao, chúng được sản xuất bằng một quy trình khác so với các polyme tổng hợp khác được đun nóng để thực hiện quá trình trùng hợp. Thay vì axit, người ta sử dụng các clorua axit có tính phản ứng cao hơn để polyme có thể được hình thành trong dung dịch ở nhiệt độ thấp hơn nhiều.

Polyme dùng cho Nomex® được hòa tan trong dimethyl formamide, kéo sợi khô, sau đó kéo giãn để tạo ra sợi có độ kết tinh cực cao. Para-aramid dùng cho sợi Kevlar® được hòa tan trong axit sulfuric và kéo sợi bằng phương pháp kéo sợi ướt khô-phun. Trong quá trình kéo sợi, các polyme cứng tạo thành tinh thể lỏng. Ở dạng thanh cứng, chúng được sắp xếp thẳng hàng theo hướng trục sợi, nhưng vẫn có thể trượt qua nhau. Các sợi được kéo giãn khi chúng rời khỏi đầu phun và đi vào khe hở không khí, sau đó vào bể đông tụ. Quá trình kéo giãn hoàn thiện độ định hướng và độ kết tinh rất cao trong các sợi.

Các đặc tính chính của sợi Aramid
Sợi Aramid có thể được kéo sợi ướt hoặc khô và thường có hình tròn hoặc hình xương chó. Aramid có độ bền cao và khả năng chịu kéo giãn và chịu nhiệt cao. Nó giữ được hình dạng và cấu trúc của mình ở nhiệt độ cao. Khả năng chống chịu với hầu hết các hóa chất của nó là tốt đến xuất sắc. Nó chỉ có khả năng chống chịu ánh nắng mặt trời ở mức độ vừa phải. Aramid có tính ưa dầu và dễ bị tích điện tĩnh nếu không được xử lý. Sợi Aramid có khả năng chống va đập và mài mòn tuyệt vời.

Sợi Meta-Aramid
Độ bền của sợi meta-aramid thấp hơn nhiều, khoảng 5 g/d; chúng cũng có mô đun thấp hơn, khiến chúng ít cứng hơn. Nomex® là một loại meta-aramid (m-aramid) có độ bền bình thường, với trọng lượng riêng và khả năng chịu nhiệt thấp hơn nhưng độ đàn hồi cao hơn so với Kevlar®, một loại para-aramid (p-aramid) có độ bền cao.

Sợi meta-aramid thường có tiết diện hình hạt đậu phộng. Ban đầu, màu sắc của sợi aramid khá hạn chế, nhưng hiện nay meta-aramid có nhiều màu sắc khác nhau, bao gồm cả màu huỳnh quang sáng để tăng cường khả năng bảo vệ an toàn.

Sợi Para-Aramid
Sợi para-aramid có mô đun đàn hồi và độ bền kéo cực cao nhờ giai đoạn tinh thể lỏng xảy ra trong quá trình kéo sợi. Độ bền kéo có thể dao động từ 22 đến 28 g/d, so với dưới 10 g/d ngay cả đối với sợi nylon có độ bền cao nhất. Độ bền của sợi para-aramid khiến chúng trở thành loại sợi cực kỳ dai, thích hợp cho các sản phẩm chuyên dụng.

Sợi para-aramid có tiết diện tròn hơn. Phạm vi màu sắc của sợi para-aramid hạn chế hơn, thường chỉ giới hạn ở màu vàng, xanh lá cây nhạt, xanh lam đậm và đen

Các nơi sử dụng sợi Aramid
Ứng dụng của Meta-Aramid
Sợi metaaramid, với độ ổn định nhiệt tuyệt vời, được sử dụng để may quần áo cho lính cứu hỏa, tay đua xe, công nhân nhà máy hóa dầu và lọc dầu, công nhân ngành điện và tiện ích, phi hành gia và các nhà du hành vũ trụ. Vải metaaramid được sử dụng trong nhiều loại trang phục khác nhau, bao gồm mũ trùm đầu, áo sơ mi, áo khoác phòng thí nghiệm, áo khoác, áo parka, tạp dề, găng tay, quần, áo liền quần, áo liền thân và tất. Trọng lượng nhẹ, độ đàn hồi thấp và khả năng thấm hút vừa phải của sợi metaaramid làm cho nó thoải mái hơn so với các vật liệu khác có thể được sử dụng. Giấy chịu nhiệt cao cũng được làm từ sợi metaaramid.

Nomex® mềm mại và thoải mái hơn so với Kevlar® trong các loại quần áo sử dụng hàng ngày. Đôi khi, cả Nomex® và Kevlar® đều được sử dụng trong các loại trang phục đòi hỏi độ bền cao và sự thoải mái. Nomex Omega® của DuPont bao gồm một lớp không khí giãn nở giúp cách nhiệt cho lính cứu hỏa khỏi sức nóng.

Ứng dụng của Para-Aramid​

Kevlar®, với độ bền và mô đun đàn hồi cao, được sử dụng trong các trang phục bảo hộ như găng tay an toàn, ủng, quần áo, quần bảo hộ khi sử dụng cưa máy và áo chống đạn. Chúng cũng được sử dụng làm sợi gia cường trong mũ bảo hiểm và kết cấu xây dựng, và đã thay thế sợi thủy tinh trong một số máy bay vì chúng nhẹ hơn thủy tinh. Một ứng dụng khác là làm lớp vỏ bảo vệ trong cáp quang. Độ dẻo dai của para-aramid là một lợi thế trong các sản phẩm này, nơi khả năng chống va đập và khả năng hấp thụ năng lượng là rất quan trọng.

Các thiết bị thể thao, chẳng hạn như thuyền, gậy khúc côn cầu, vợt tennis, cần câu cá và gậy golf, cũng sử dụng sợi para-aramid. Ưu điểm ở đây là trọng lượng nhẹ của sợi aramid so với các loại sợi gia cường khác như sợi carbon hoặc sợi thủy tinh. Para-aramid cũng được sử dụng trong dây lốp xe, dây thừng, cáp, dây đai và ống công nghiệp, và vải buồm. Độ bền và trọng lượng nhẹ lại là những yếu tố quan trọng ở đây, trong khi sợi này còn có thêm ưu điểm là khả năng chống biến dạng tốt, giúp dây, dây buộc và buồm luôn căng.

Sợi aramid rỗng tạo ra nước ngọt từ nước biển thông qua quá trình thẩm thấu ngược. Lớp vỏ mỏng và dày của sợi chỉ cho phép nước đi qua. Aramid được sử dụng trong các sản phẩm cao su cơ khí, hàng hải và thể thao, cũng như vật liệu composite kết cấu cho tàu thuyền và máy bay. Vật liệu composite gồm các sợi aramid trộn lẫn trong nhựa được sử dụng trong các công trình dân dụng như cầu và các kết cấu đỡ đường cao tốc trên cao. Tuy nhiên, aramid là loại sợi đắt tiền, vì vậy chúng chỉ được sử dụng trong những trường hợp cần thiết phải có những ưu điểm đặc biệt về độ bền, khả năng chống va đập và/hoặc khả năng chống cháy.

Cách bảo quản quần áo làm từ sợi Aramid​

Do việc sử dụng sợi aramid ngày càng tăng trong quần áo bảo hộ, người tiêu dùng cũng như các dịch vụ giặt ủi và giặt khô chuyên nghiệp đang bắt gặp nhiều loại quần áo làm từ loại sợi này. Quần áo làm từ aramid có thể giặt và sấy bằng máy khi giặt tại nhà, nhưng cần giặt riêng để tránh bị bám bụi vải từ các quần áo khác. Bụi vải sẽ làm giảm khả năng chống cháy của chúng. Quần áo bị dính dầu mỡ có thể giặt khô. Không nên sử dụng thuốc tẩy clo, nhưng thuốc tẩy oxy thì an toàn.

Phần kết luận​

Sợi aramid nằm trong một phân khúc hẹp nhưng quan trọng giữa khả năng chịu nhiệt, độ bền và trọng lượng nhẹ. Meta-aramid được đánh giá cao ở những nơi cần sự thoải mái và ổn định nhiệt, trong khi para-aramid được lựa chọn vì độ bền, mô đun đàn hồi và độ dẻo dai cao. Đó là lý do tại sao chúng xuất hiện trong quần áo bảo hộ , giấy kỹ thuật, dây thừng, cáp, vật liệu composite và các sản phẩm gia cường. Khi nhu cầu về hiệu suất tiếp tục tăng cao, aramid sẽ vẫn là một lựa chọn thiết thực ở những nơi mà các vật liệu tổng hợp tiêu chuẩn không đáp ứng được.

Nguồn: www.textileblog.com