Trong vật liệu kỹ thuật, sợi tổng hợp là một trong những ứng dụng phổ biến nhất. Một số loại sợi tổng hợp có thể kể đến như sợi aramid, sợi carbon, sợi thủy tinh,… Trong số đó, sợi aramid có thể coi là một trong những vật liệu nổi bật với nhiều ứng dụng đa dạng. Khi nói đến sợi aramid người ta thường nghĩ ngay đến một trong những loại vật liệu hàng đầu thế giới về sợi tổng hợp. Xét về tính chất, sợi aramid là loại sợi có khả năng chịu nhiệt cao và độ bền kéo cao gấp nhiều lần so với các loại vật liệu khác. Để hình dung rõ hơn về sợi aramid, đây là chất liệu quan trọng để sản xuất áo chống đạn, đồng phục lính cứu hỏa, áo giáp hay áo bảo hộ cho người đi xe đạp nhờ những đặc tính trên.
Những cuộn sợi aramid
Sợi aramid thuộc nhóm sợi tổng hợp có tên đầy đủ là “polyamit thơm”. Chúng có công thức hóa học tương tự như nylon nhưng thay vào đó chúng có chuỗi carbon thơm làm cho tính chất của sợi tơ aramid trở nên khác biệt đáng kể. Sợi polyamit tổng hợp chuỗi dài đóng vai trò là chất tạo sợi trong sản xuất sợi aramid, trong đó ít nhất 85% liên kết amit, (−CO−NH−) được gắn trực tiếp vào hai vòng thơm. Nhờ sự định hướng của các chuỗi phân tử dọc theo trục nên liên kết hóa học của sợi aramid cao hơn nhiều so với các vật liệu khác. Độ bền của sợi aramid cao hơn dây thép từ 5 đến 6 lần nhưng trọng lượng chỉ bằng 1/5 dây thép. Nhiệt độ nóng chảy của sợi aramid khá cao, lên tới hơn 500 độ C, có thể coi là có hiệu suất chịu nhiệt rất tốt. Ứng dụng của sợi aramid là một cột mốc quang học trong ngành vật liệu quân sự, hàng không vũ trụ và vận tải.
Sợi aramid nổi bật với nhiều lợi ích
Sợi aramid nổi bật giữa hàng loạt các loại sợi khác với những ưu điểm vừa nêu. Nhiều nhà sản xuất ưa chuộng aramid vì khả năng kháng hóa chất tốt, độ giãn dài cao và khả năng chống va đập, mài mòn tuyệt vời mang lại hiệu suất sản phẩm cực cao cho các nhà đầu tư. Sản xuất sản phẩm sử dụng sợi aramid không chỉ nâng cao độ bền mà còn tiết kiệm trọng lượng, giúp động cơ tiêu hao ít năng lượng hơn, mang lại nhiều lợi ích kinh tế hơn.
Sợi aramid được chia thành hai loại chính như sau:
Meta-aramid có tính ổn định nhiệt cao
Meta-Aramid là một polyamit thơm và có cấu hình liên kết hóa học zig-zag. Loại này có ưu điểm như độ ổn định nhiệt cao, khả năng kháng hóa chất và tia cực tím tốt. Hiện tại, giá của meta-aramid thấp hơn các loại khác do có sự khác biệt về một số đặc tính. Tuy nhiên, loại này có khả năng chịu nhiệt tốt hơn và được dùng làm vật liệu dệt chống cháy cho lính cứu hỏa.
Para-aramid có khả năng chống mài mòn vượt trội
Không giống như meta-aramid, cấu hình liên kết hóa học của sợi para-aramid được căn chỉnh nhiều hơn theo hướng dài của sợi. Loại này có giá thành cao hơn nhờ những ưu điểm vượt trội như độ bền, độ đàn hồi cao hơn và khả năng chống mài mòn vượt trội. Nhờ đó, sợi para-aramid được sử dụng rộng rãi để làm tấm chịu lực, sợi gia cố cho các công trình kỹ thuật hoặc ứng dụng yêu cầu vật liệu có độ bền kéo cao.
Nói chung, các ký hiệu meta và para được sử dụng để phân biệt sự khác biệt trong cấu hình liên kết của chúng. Meta có hình zigzag trong khi para có đường thẳng hơn.
Liên kết ưa nước trong sợi aramid
Tính chất hóa học chính của aramid là hầu hết chúng đều chứa liên kết ưa nước. Tuy nhiên, các sản phẩm aramid có mức độ hút ẩm khác nhau. Bên cạnh đó, sợi aramid khi tiếp xúc với tia UV ở tần số cao và trong thời gian quá dài có thể gây ra phản ứng oxy hóa. Điều này có thể khiến chúng thay đổi màu sắc.
Sợi aramid có tính chịu nhiệt cực kỳ tốt
Sợi aramid có khả năng chịu nhiệt cực tốt. Có nhiều nghiên cứu cho thấy khi nung ở môi trường 300 độ C, loại vật liệu này vẫn giữ được độ bền khá cao khoảng 50 – 60%. Nhờ đặc tính có độ kết tinh cao nên khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, sợi aramid co lại không đáng kể.
Sợi aramid có chỉ số bền đứt lên tới khoảng 3045 MP
Sợi aramid có độ bền đứt cao gấp 5 lần thép, với chỉ số lên tới khoảng 3045 MPa. Khi bị uốn cong mạnh, sợi aramid thể hiện độ dẻo tuyệt vời, không bị hư hại đáng kể sau khi va chạm mạnh với lực căng khoảng 0,3%. Ở nhiệt độ cao, loại sợi này vẫn thể hiện độ đàn hồi cực tốt. Loại sợi này có thể dễ dàng kết hợp với các vật liệu khác. Ví dụ, sợi aramid có thể kết hợp với epoxy để tạo khả năng chống nước, hoặc kết hợp với cao su để tăng cường độ dẻo.
Trang phục chữa cháy được làm từ sợi aramid
Quần áo phòng cháy chữa cháy: nhờ khả năng chịu nhiệt cực tốt nên vải làm từ sợi aramid được sử dụng rộng rãi để thiết kế quần áo bảo hộ cho lính cứu hỏa từ quần áo, mũ bảo hiểm hay giày chịu nhiệt. Một ví dụ điển hình là quần áo quân đội MIL-G-181188B.
Tấm lót phanh neo tàu được làm từ sợi aramid
Đóng vai trò thay thế amiăng: như nhiều cảnh báo đã nhấn mạnh, amiăng có thể gây ra một loạt bệnh nghiêm trọng khi con người hít phải và bị cấm ở nhiều quốc gia. Hiện nay, sợi aramid hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu thay thế loại vật liệu này và hoàn toàn an toàn cho sức khỏe con người. Các sản phẩm tiêu biểu như má phanh, tấm lợp,...
Sợi aramid được sử dụng trong quân đội
Sản xuất quần áo bảo hộ: do có độ bền, khả năng chống mài mòn và định hình tuyệt vời nên sợi aramid được sử dụng để sản xuất áo giáp bảo hộ cho vận động viên, người đi xe đạp và còn được sử dụng trong quân đội.
Sợi aramid được sử dụng làm dây cáp cho công trình
Dùng làm dây cáp cho các công trình kỹ thuật: ví dụ điển hình là thác thủy điện của Hydro Quebec sử dụng sợi aramid làm dây dẫn để lắp dựng. Nhờ độ giãn dài khi đứt cao.
Sản xuất dụng cụ thể thao: điển hình là vải buồm dùng cho thuyền, vật liệu thân thuyền, ván trượt, dây tennis, gậy khúc côn cầu…
Tính ứng dụng của sợi aramid rất đa dạng
Ứng dụng của aramid rất đa dạng, một số sản phẩm khác có thể kể đến là lốp xe, bấc cứu hỏa, mặt trống, hệ thống cáp quang, bê tông cốt sợi, vỏ động cơ phản lực, ống nhựa nhiệt dẻo. gia cố, vải lọc khí nóng,...
.png)
