الیاف کولار

الياف آراميد كه در حدود سالهاي 1970معرفي شد، تركيب آلي حلقوي از كربن، هيدروژن، اكسيژن و نيتروژن مي‌باشد. دانسيته كم و استحكام كششي بالا در اين الياف، موجب تشكيل يك ساختار چقرمه ومقاوم به ضربه با سفتي حدود نصف الياف كربن مي‌شود. الياف آراميد در ابتدا به منظور جايگزيني فولاد در تايرهاي راديال ساخته شدند و بعدا كاربردهاي ديگري پيدا كردند. جليقه ضد گلوله از موفقيت آميزترين كاربردهاي الياف آراميد مي‌باشد.

آراميد در دو ساختار زنجير-راست مشهور به كولار و زنجير-خم مشهور به Nomex وجود دارد كه در حال حاضر شركت dupont تنها توليد كننده هر دو محصول مي‌باشد.

ساختار شيميايي كولار

الياف آراميد در شكلهاي مختلف وجود دارند و همانند الياف شيشه و كربن مي‌توانند در ساخت كامپوزيتها مورد استفاده قرار گيرند.

الياف آراميد به دليل سبكي، پايداري حرارتي خوب و چقرمگي عالي، مورد توجه قرار گرفته‌اند.

الياف كولار از زنجيرهاي مولكولي طولاني پلي پارا فنيلن ترفتال آميد، توليد شده‌اند. آرايش يافتگي بالاي زنجيرها به همراه اتصال خوب بين آنها، تلفيق منحصر به فردي از خواص را ايجاد مي‌نمايد كه برخي از آنها عبارتند از:
– استحكام كششي بالا و وزن كم
– ازدياد طول كم در پارگي
– چقرمگي خوب
– مدول بالا
– پايداري ابعاد عالي
– هدايت الكتريكي پايين
– مقاومت پارگي بالا
– مقاومت شيميايي زياد
– مقاوم به شعله و خود خاموش كن
– جمع شدگي حرارتي كم
– حفظ خواص در دماهاي بسيار بالا و بسيار پايين
– خزش بسيار كم
– مقاومت سايش و اصطكاك عالي

پس از سنتز، پليمر آراميدي در محلول اسيد سولفوريك حل مي‌شود و بعد تبديل به الياف مي‌شود. قطر الياف در حد چند ميكرون است و مورفولوژي نهايي با اعمال حرارت در دماي ^oC 150 تا ^oC550 بدست مي‌آيد. كولارها بسته به درجه آرايش يافتگي مولكولي، سفتي‌هاي متفاوت دارند. كولار 29 به عنوان سيم تاير و كولار 49 در كابلهاي زير آب استفاده مي‌شوند.

كولارها تقويت كننده ممتازي در صنايع فضايي محسوب مي‌شوند. در سالهاي اخير كولار 149 نوع سفت تر كولارها معرفي شده است.

همچنين كولارها به دليل كاربرد در پرتابه‌ها و حفاظت حرارتي آنها و بدليل چقرمگي و توانايي در جذب انرژي شهرت دارند. در جدول زير مقايسه اي بين خواص كولار با ساير الياف آورده شده است. مقايسه خواص ويژه كولار با ساير الياف جالب خواهد بود.

p دوگانه extended p مي‌باشد. اين به اين معناست كه الياف لخت نسبت به نور مرئي آسيب پذيرند. اين الياف وقتي در معرض نور خورشيد قرار بگيرند، محدوده نور300 تا 400 نانومتر را جذب مي‌كنند و تخريب مي‌شوند.

به همين دليل اگر چه خود لايه تخريب شده، پليمر زيرين را تا حدي مي‌پوشاند ولي الياف كولار نياز به پوشش يا قرار گرفتن زير ساير اجزاء دارند.

سيستم الكترون دوگانه P، ويژگي‌هاي باند دوگانه را در اكثر پيوندهاي شيميايي ساختار پليمري بوجود مي‌آورد، اين امر موجب پايداري حرارتي آراميدها مي‌شود.

تخريب حرارتي اين پليمرها در دماي زير^oC400 ‌شروع نمي‌شود و اگر در اتمسفر خنثي باشد، تخريب تا دماي پانصد درجه اتفاق نمي‌افتد. ساختار منظم تكراري و شكل كشيده و صاف زنجيرها، موجب بالا رفتن كريستالينيتي تا 80%‌ مي‌شود كه براي يك پليمرآلي مقدار زيادي است. بررسي‌هاي كريستالوگرافي به طور قطعي نشان داده است كه محور زنجيرهاي پليمري با محورالياف يكي است.

ساختار ناهمگون پليمر در جهت طولي، به الياف استحكام كششي بسيار زيادي مي‌دهد. نيروي اعمالي توسط باندهاي قوي شيميايي زنجيرهاي پليمري تحمل مي‌شود. زنجيرهاي پليمري مجاور هم در يك ناحيه كريستال توسط بر هم كنش واندروالس و پيوندهاي هيدروژني‌كه نسبت به باندهاي شيميايي نسبتا ضعيف ترند و راحتتر جدا مي‌شوند، كنار هم نگاه داشته مي‌شوند. بنابراين الياف در جهت عرضي خواص مكانيكي ضعيفي دارند.buckle ) و در بيرون حلقه بصورت طولي شكاف مي‌خورد. علاوه بر آن، وقتي تا نقطه شكست نيرو به آن اعمال مي‌شود، ليف ترك خوردگي طولي نشان مي‌دهد يا رشته رشته شدن الياف (fibrillation ) بيشتر از يك ترك روشن و واضح اتفاق مي‌افتد.nomex توسط شركت Dupont براي كاربردهايي كه پايداري ابعادي و مقاومت حرارتي عالي لازم است، به بازار معرفي شد. اين محصول به شكل ليف (رشته‌هاي پيوسته) و صفحه (كاغذ و تخته) وجود دارد. محصولات Nomex در لباسهاي محافظ، فيلترگازهاي داغ، شلنگ‌هاي خودرو عايقهاي الكتريكي، قطعات هواپيما و وسايل ورزشي استفاده مي‌شوند.UV

3- مقاومت شيميايي
4- جمع شدگي (Shrinkage) حرارتي پايين
5- شكل پذيري قطعات قالبگيري شده
6- ازدياد طول شكست پايين
7- هدايت حرارتي پايين

رنگ زرد الياف كولار ناشي از سيستم الكترون تلفيق پيوند قوي در جهت طولي و نيروي ضعيف در جهت عرضي زنجيرهاي پليمري رفتار ليفي جالب توجهي بوجود مي‌آورد. وقتي الياف بصورت يك حلقه خم مي‌شوند، درون حلقه، پيچ مي‌خورد.

اين خواص انحصاري الياف، به كامپوزيت منتقل مي‌شود. چند لايه‌هاي با الياف تك جهته به عنوان مثال از كولار -‌اپوكسي، در جهت طولي الياف، محكم و قوي هستند ولي در جهت عرضي داراي ضعف مي‌باشند. استحكام فشاري كمتر از استحكام كششي مي‌باشد و خميدگي تحت بار فشاري يك مشكل محسوب مي‌شود.
همچنين محصول Nomex داراي زنجيرهاي مولكولي سخت و بلند مي‌باشد كه از پلي متا فنيلن دي آمين توليد مي‌شود. در اثر حرارت ذوب نمي‌شود و جريان پيدا نمي‌‌كند. تخريب و زغال گذاري تا دماي ^oC 350 ادامه پيدا مي‌كند و از نظر شيميايي و حرارتي بسيار پايدار است.

بطور خلاصه، Nomex ويژگيهاي ذيل را داراست:

1- مقاومت حرارتي و شعله
2- مقاومت بالا در برابر

كامپوزيتهاي آراميدي عايق هستند و در تماس با فلزات جريان الكتريسيته توليد نمي‌كنند. درحاليكه رفتار كششي آنها خطي است و شكست در تنشهاي بالا اتفاق مي‌افتد، رفتار فشاري و خمشي كامپوزيتهاي آراميدي، داكتايل مي‌باشد و استحكام نهايي آنها از كامپوزيتهاي الياف شيشه و كربن كمتر است.

مي‌توان الياف آراميد را به همراه شيشه و كربن در ساخت كامپوزيتهاي هيبريد بكار برد و از خواص انحصاري هر دو نوع الياف بهره برد. با بكار بردن تركيبي از الياف در يك كامپوزيت، مي‌توان به نتايج مطلوب از نظر خواص و مسايل اقتصادي دست يافت. اين نوع كامپوزيت را كامپوزيت هيبريد مي‌نامند.