YaChudo

Арамід

Переглядів: 0. Оновлено 11.10.2026.

Котушки арамідної пряжі, призначені для бронежилетів
Гібридна тканина зі скловолокна та араміду

Арамід (від «ароматичний поліамід») — це клас міцних і термостійких синтетичних волокон, що зазвичай використовуються в аерокосмічній та військовій галузях, зокрема у тканинах для бронежилетів балістичного класу та балістичних композитах, морських мотузках та армуванні корпусів, як замінник азбесту[1], а також у легких споживчих товарах, таких як чохли для телефонів та тенісні ракетки.

Окремі молекули аміду, що утворюють арамідний ланцюг, полімеризуються в напрямку осі волокна, надаючи отриманому волокну більшої структурної цілісності. Це пов'язано з більшою часткою хімічних зв'язків, які сприяють фізичній міцності та термостійкості (температура плавлення >500 °C) порівняно з іншими синтетичними волокнами, такими як нейлон.

Найбільш відомі марки арамідного волокна включають кевлар, номекс і тварон.

Термінологія та хімічна структура

Структура тварону та кевлару. Ароматичні кільця мають вигляд шестикутників і по черзі приєднані або до двох груп NH, або до двох груп CO (на діаграмах цього типу атоми вуглецю не позначаються, тому група CO виглядає просто як O, приєднаний до неміченого вузла. Точки приєднання на кожному кільці розташовані діаметрально протилежно одна одній, що є характеристикою структури, яка називається пара-арамідом.

Термін «арамід» — це скорочення від «ароматичний поліамід». Ця назва була запроваджена у 1972 році[2], прийнята у 1974 Федеральною торговою комісією США (FTC) як назва загальної категорії волокон, відмінної від нейлону[3][4] та Міжнародною організацією зі стандартизації у 1977.

«Ароматичний» у повній назві стосується наявності ароматичних кілець із шести атомів вуглецю. В арамідах ці кільця з'єднані амідними зв'язками, кожне з яких містить групу CO, приєднану до групи NH.

Щоб відповідати визначенню FTC арамідного матеріалу, щонайменше 85 % цих зв'язків повинні бути приєднані до двох ароматичних кілець. Якщо вміст зв'язків нижче 85 %, матеріал класифікується як нейлон[4]. Повне визначення арамідного волокна — це «штучне волокно, в якому волокноутворювальною речовиною є довголанцюговий синтетичний поліамід, у якому щонайменше 85 % амідних (−C(=O)−NH−) зв'язків безпосередньо приєднані до двох ароматичних кілець». (Ця конфігурація показана у вигляді невеликої діаграми, наведеної тут у формі формули для зручності).

Пара-араміди і мета-араміди

Араміди поділяються на два основні типи залежно від місця приєднання зв'язків до кілець. Якщо атоми вуглецю нумерувати послідовно навколо кільця, то в пара-арамідах зв'язки розташовані в положеннях 1 та 4, тоді як у мета-арамідах вони розташовані в положеннях 1 та 3. Тобто, точки приєднання розташовані діаметрально протилежно одна одній у пара-арамідах і на відстані двох атомів одна від одної в мета-арамідах (таким чином, на ілюстрації показано пара-арамід).

Історія

Кевларова мотузка

Ароматичні поліаміди вперше були введені в комерційне застосування на початку 1960-х років, коли компанія DuPont почала виготовляти мета-арамідне волокно під маркою HT-1, а потім під торговою назвою Nomex[5]. Це волокно, яке обробляється подібно до звичайних текстильних волокон для одягу, але характеризується чудовою стійкістю до нагрівання, оскільки воно не плавиться і не займається за нормальних рівнів кисню. Воно широко використовується у виробництві захисного одягу, для фільтрації повітря, тепло- та електроізоляції, а також як замінник азбесту.

Метаараміди також виготовляють нідерландська компанія Teijin Aramid під торговою назвою Teijinconex, японська Toray як Arawin, китайські Yantai Tayho як New Star та SRO Group як X-Fiper, а також у Франції компанією Kermel під торговою назвою Kermel.

Пара-арамідне волокно зі значно вищою міцністю та модулем пружності було розроблено (на основі попередніх досліджень компаній Monsanto та Bayer) у 1960-х та 1970-х роках компаніями DuPont та AkzoNobel, використовуючи свої знання в галузі обробки віскози, поліестеру та нейлону. У 1973 році DuPont була першою компанією, яка представила пара-арамідне волокно, назвавши його Kevlar; з того часу він залишається одним з найвідоміших пара-арамідів і арамідів у цілому.

У 1978 році компанія Akzo представила подібне волокно приблизно з такою ж хімічною структурою, назвавши його Twaron. Через попередні патенти на процес виробництва, Akzo та DuPont вступили в патентний спір у 1980-х роках. Згодом Twaron перейшов до власності компанії Teijin Aramid. У 2011 році компанія Yantai Tayho представила в Китаї подібне волокно під назвою Taparan.

Пара-араміди використовуються в багатьох високотехнологічних сферах, наприклад в аерокосмічній та військовій промисловості, зокрема як тканина для виготовлення бронежилетів.

Як мета-, так і пара-арамідне волокно також можна використовувати для виготовлення арамідного паперу, що використовується як електроізоляційний матеріал та будівельний матеріал для виготовлення стільникового заповнювача. Dupont виготовляла арамідний папір у 1960-х роках, називаючи його папером Nomex. Yantai Metastar Special Paper представила арамідний папір у 2007 році, який називається папером Metastar. Як Dupont, так і Yantai Metastar виробляють і мета-, і пара-арамідний папір.

Вплив на здоров'я

Протягом 1990-х років тестування арамідних волокон in vitro показало, що вони демонструють «багато тих самих ефектів на епітеліальні клітини, що й азбест, включаючи посилене включення радіоактивно мічених нуклеотидів у ДНК та індукцію активності ферменту ODC (орнітиндекарбоксилази)», що підвищує можливість канцерогенних наслідків[6]. Однак у 2009 році було показано, що вдихувані арамідні фібрили скорочуються та швидко виводяться з організму, завдяки чому ризик є незначним[7]. Пізніше автор дослідження надав уточнення щодо зацікавленості виробників, у якому зазначив, що «Цей огляд був замовлений та профінансований DuPont та Teijin Aramid, але автор був повністю відповідальним за зміст та написання статті»[8].

Виготовлення полімеру і волокна

Араміди зазвичай отримують реакцією між амінною та галогенідною групою карбоксильної кислоти. Прості гомополімери AB мають зв'язність −(NH−C6H4−CO)n−.

Відомі арамідні полімери, такі як Кевлар, Тварон, Номекс, Нью-Стар та Тейджинконекс, отримують з діаміну та дикарбонові кислоти або еквівалентних прекурсорів. Ці полімери можна додатково класифікувати за зв'язками на ароматичних субодиницях. Номекс, Тейджинконекс та Нью Стар містять переважно мета-зв'язок. Вони називаються полі-метафеніленізофталамідами (poly-metaphenylene isophthalamides, MPIA). На противагу цьому, Кевлар та Тварон мають пара-зв'язки і називаються п-фенілентерефталамідами (p-phenylene terephthalamide, PPTA). PPTA є продуктом п-фенілендіаміну (p-phenylene diamine, PPD) та терефталоїлдихлориду (terephthaloyl dichloride, TDC або TCl).

Виробництво PPTA залежить від співрозчинника з іонним компонентом (хлорид кальцію, CaCl2) для заповнення водневих зв'язків амідних груп та органічним компонентом (N-метилпіролідон, NMP) для розчинення ароматичного полімеру. Цей процес винайшов Лео Фольбрахт з «Akzo», і поки що, окрім канцерогенно небезпечного HMPT, жодної практичної альтернативи розчиненню полімеру не знайдено. Використання системи NMP/CaCl2 призвело до тривалого патентного спору між «Akzo» та «DuPont».

Готовий розчинений полімер формують у тверде волокно за допомогою фільєри. Полімерним розчинником для формування PPTA зазвичай є 100 % безводна сірчана кислота(H2SO4).

Інші типи арамідів

Окрім мета-арамідних волокон, таких як Nomex, існують і інші типи арамідних волокон. Вони переважно належать до кополіамідного типу, найбільш відомого під торговою маркою Technora, розробленого компанією Teijin та представленого у 1976 році. У процесі виробництва Technora PPD та 3,4'-діамінодифеніл ефіру (3,4'-ODA) вступають у реакцію з терефталоїлхлоридом (terephthaloyl chloride, TCl)[9]. У цьому відносно простому процесі використовується лише один амідний розчинник, тому прядіння можна проводити безпосередньо після виробництва полімеру.

Властивості арамідного волокна

Арамідний якірний канат

Загальні

Пара-араміди

Використання

Примітки

  1. ↑ а б Karlheinz Hillermeier (1984). Prospects of aramid as a substitute for asbestos. Textile Research Journal (англ.). 54 (9): 575—580. S2CID 136433442.
  2. ↑ а б J. W. Goosh, ред. (2006). Encyclopedic Dictionary of Polymers (англ.). New York: Springer. с. 64—65. ISBN 978-0-387-31021-3. Архів оригіналу за 24 березня 2022. Процитовано 14 жовтня 2025.
  3. ↑ а б Isabel Barnum Wingate (1979). Fairchild's dictionary of textiles (англ.). New York: Fairchild Publications. с. 25. ISBN 978-0-87005-198-2.
  4. ↑ а б в §303.7 Generic names and definitions for manufactured fibers (англ.). Code of Federal Regulations. Процитовано 14 жовтня 2025. {{cite web}}: Перевірте значення |url= (довідка)Обслуговування CS1: Сторінки з параметром url-status, але без параметра archive-url (посилання)
  5. ↑ а б James A. Kent, ред. (2006). Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology (англ.). Springer. с. 483. ISBN 978-0-387-27842-1.
  6. ↑ а б J. P. Marsh, B. T. Mossman, K. E. Driscoll, R. F. Schins, P. J. A. Borm (01 січня 1994). Effects of aramid, a high strength synthetic fiber, on respiratory cells in vitro. Drug and Chemical Toxicology (англ.). 17 (2): 75—92. PMID 8062644.
  7. ↑ а б K. Donaldson (1 липня 2009). The inhalation toxicology of p-aramid fibrils. Critical Reviews in Toxicology (англ.). 39 (6): 487—500. PMID 19545198. S2CID 6508943.
  8. ↑ а б Ken Donaldson (22 липня 2009). Corrigendum: The inhalation toxicology of - aramid fibrils. Critical Reviews in Toxicology (англ.). 39 (6): 540.
  9. ↑ а б S. Ozawa (1987). A new approach to high modulus, high tenacity fibers. Polymer Journal (англ.). 19: 199.
  10. ↑ а б в What is aramid fiber? (англ.). 05 березня 2024. Архів оригіналу за 21 квітня 2025. Процитовано 14 жовтня 2025.
  11. ↑ а б в Sara Kadolph, Anna Langford (2002). Textiles. Pearson Education (англ.).
  12. ↑ а б Marc Reisch (01 жовтня 2005). High-performance fiber makers respond to demand from military and security users. Chemical and Engineering News (англ.). 83 (31): 18—22. Архів оригіналу за 06 листопада 2024. Процитовано 14 жовтня 2025. {{cite journal}}: Не збігається часова мітка у |archive-date= / |archive-url=; можливо, 2024-11-06? (довідка)
  13. ↑ а б Aramid cables (англ.). FibreMax. Архів оригіналу за 01 грудня 2021. {{cite web}}: Не збігається часова мітка у |archive-date= / |archive-url=; можливо, 2021-12-01? (довідка)

Джерело: стаття у Вікіпедії та історія редагувань (автори).