Was ist eine Aramidfaser?
Aramidfasern sind der Oberbegriff für eine Hochleistungsfaser, die aus aromatischen Polyamiden besteht.
Sie wurde 1965 von DuPont in den USA entwickelt. Sie wird durch Polykondensation von Para- oder Metaphenyldiamin mit Diaminphthalat synthetisiert. Im Jahr 1974 erhielt sie den Gattungsnamen Aramidfaser, um sie von Nylon zu unterscheiden.
Aramidfasern werden je nach ihrer Molekularstruktur in Para- und Meta-Aramidfaser unterteilt. Ersteres hat eine hervorragende mechanische Festigkeit, Schnittfestigkeit und schwingungsdämpfende Eigenschaften, während letzteres eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, Flammfestigkeit und chemische Beständigkeit aufweist.
Anwendungen von Aramidfasern
Para- und Aramidfasern haben jeweils ihre eigenen Eigenschaften und werden in Anwendungen eingesetzt, die diese Eigenschaften optimal nutzen:
1. Para-Aramidfasern
Para-Aramidfasern werden in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, von industriellen Anwendungen bis hin zur Luft- und Raumfahrt. Beispiele für industrielle Anwendungen sind Zugträger und Seile für die Lichtwellenleitertechnik. Bei diesen Anwendungen werden die Eigenschaften von Aramidfasern genutzt, die etwa fünfmal stärker sind als Stahl gleichen Gewichts, sich aber weniger leicht dehnen lassen.
Die Reibungsbeständigkeit des Materials wird auch in Anwendungen wie Reifen und Bremsbelägen genutzt, die über einen langen Zeitraum hinweg verschleißfest sein müssen. Darüber hinaus werden seine schnittfesten Eigenschaften auch als Faser für Sicherheits- und Schutzartikel wie Arbeitshandschuhe und kugelsichere Westen genutzt. In der Luft- und Raumfahrt werden sie aufgrund ihrer Hitzebeständigkeit auch als Fallschirmkomponenten verwendet.
2. Meta-Aramidfasern
Im Gegensatz zu den Para-Aramidfasern zeichnen sich die Meta-Aramidfasern nicht durch ihre hohe Festigkeit aus. Meta-Aramidfasern haben die gleiche Festigkeit, das gleiche spezifische Gewicht und die gleiche Textur wie herkömmliche Polyesterfasern, weisen jedoch einen hohen Sauerstoffindex auf, der auf die Schwerentflammbarkeit hinweist und schmelzen oder zersetzen sich nicht bei Temperaturen von bis zu 400 °C. Sie werden für Feuerwehruniformen und Flugzeugsitze verwendet. Sie werden in Anwendungen eingesetzt, die Hitzebeständigkeit und Flammwidrigkeit erfordern wie z. B. in Feuerwehruniformen und Flugzeugsitzen.
Eigenschaften von Aramidfasern
1. Para-Aramidfasern
Die Festigkeit und der hohe Modul von Para-Aramidfasern sind auf die Stärke der Bindungen innerhalb des Polymers zurückzuführen. Para-Aramide sind all-trans, was bedeutet, dass sie ein molekulares Gerüst mit hoher Linearität und Ebenheit haben.
Wenn Aramidfasern in konzentrierter Schwefelsäure gelöst und verstreckt werden, werden die Molekülketten zunächst durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden, die sich dann zu flachen Platten verketten. Die Platten verbinden sich dann durch intermolekulare Kräfte zu einem zylindrischen Fasermaterial. Die besondere Anordnung der Molekülketten und die Bildung einer Struktur höherer Ordnung führen zu einer Reihe von Eigenschaften, darunter eine hohe Festigkeit und ein hoher Elastizitätsmodul.
2. Meta-Aramidfasern
Aufgrund der zickzackförmigen Anordnung der Moleküle in Meta-Aramidfasern sind die Wasserstoffbrücken und die zwischenmolekularen Kräfte schwächer als bei Para-Aramidfasern, wobei die Festigkeit mit der von Polyester- und Nylonfasern vergleichbar ist. Andererseits haben sie eine relativ flexible Struktur und bei hohen Temperaturen eine dichte Struktur von Benzolringen, die sie widerstandsfähig gegen Zersetzung und Entzündung macht und sie weisen eine gute Hitzebeständigkeit auf. Sie weisen auch eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen auf.
Weitere Informationen zu Aramidfasern
Unterschiede zwischen Aramid- und Kohlenstofffasern
Kohlenstofffasern sind als eine weitere organische Faser mit hoher Festigkeit bekannt. Kohlenstofffasern, die auch als Karbonfasern bezeichnet werden, sind ein Material, das aufgrund seiner überwältigenden Leichtigkeit und Festigkeit von Sportgeräten bis hin zur Luft- und Raumfahrt Anwendung findet.
Sie haben jedoch den Nachteil, dass sie leitfähig sind, so dass elektromagnetische Wellen sie nicht durchdringen können und dass sie eine geringe Abriebfestigkeit aufweisen. Außerdem ist ihre Verarbeitung sehr zeitaufwändig, was ihre Kosten erhöht. Aus diesem Grund werden für Smartphone-Rückseiten häufig Kunststoffe mit Aramidfasern verwendet, die isolierend und abriebfest sind.