Étant donné que la classe des polyamides aromatiques a des propriétés complètement différentes des polyamides aliphatiques, ils ont été définis par la Federal Trade Commission américaine en 1974. "Aramide" a été nommé. La première fibre aramide disponible dans le commerce a été introduite aux États-Unis en 1965 par DuPont. Le nom de ce méta-aramide était Nomex. McIntyre a largement divisé les fibres hautes performances en deux groupes.
- Fibres ininflammables du premier groupe,
- Fibres à haute résistance et module du deuxième groupe
Cela couvre.
Dans le groupe des aramides, il existe des fibres qui peuvent correspondre aux deux classes. Il existe actuellement deux types d'aramides qui ont rencontré un succès commercial. Ces deux techniques relèvent techniquement des fibres hautes performances. Le premier groupe est à nouveau dans le groupe méta-aramide, et bien qu'il ait un module et une résistance moyens, il a une excellente résistance à la chaleur. Aucune décomposition ou fusion n'est observée jusqu'à 600 –800 C. Il présente d'excellentes performances dans les utilisations où une protection contre la chaleur et l'électricité est requise. Le Nomex de Dupont et le Conex de Teijin en sont des exemples. Ces aramides peuvent être mis dans la première classe de McIntyre.
Les aramides de deuxième classe sont le Kevlar, l'une des fibres para-aramides introduites par DuPont au début des années 1970. Cette fibre s'est imposée comme une fibre capable de résister à des températures élevées dans la classe des fibres à module et résistance élevés. Dans les conditions du marché de l'époque, la production d'une fibre "résistante à la chaleur comme l'amiante et dure comme du verre" comblait un énorme vide sur le marché. La consommation totale de fibres p-aramides en 1992 était de 18.000 XNUMX tonnes. Bien que cela ait semblé être un grand nombre, ce n'était que la moitié de la capacité de ce jour-là. Les aramides de Dupont sont constitués de poly (p-phénylène téréphalamide) et sont disponibles en différents types. Ces:
Kevlar 29,
Kevlar 49,
Kévlar 149
Kévlar 981
Dir.
Outre Dupont, la société Akzo Nobel est entrée sur le marché avec son produit Twaron et la société Teijin avec Technora, un copolymère aramide. Technora consistait en une copolymérisation de poly (p-phénylène téréphtalamide) et de poly (3,4-oxydiphénylène téréphtalamide). Plus tard dans ce secteur, Hoechst est entré sur le marché avec un produit très similaire à Technora dans sa structure.
Méta-aramides
Les méta-aramides sont des fibres qui se distinguent par leur résistance thermique.. Par conséquent, ils sont fréquemment utilisés dans la production de vêtements de protection résistants à la chaleur et aux flammes et dans diverses applications d'isolation thermique et électrique. La plus importante de ces fibres est la Nomex produite par DuPont. La société Teijin est également présente sur ce marché avec un produit appelé Conex.
Para-aramides
Les para-aramides ont généralement trouvé une utilisation dans des applications nécessitant une résistance élevée.
Le Kevlar est produit à partir de para-phénylène diamine et de chlorure de téréphtaloyle. Ces substances sont d'abord dissoutes avec un solvant, puis du H2SO4, un acide fort, leur est ajouté. La concentration de ce mélange est très importante. En général, avec l'augmentation de la concentration, la résistance de la fibre formée augmente en proportion directe. Cependant, en termes de résistance, le processus d'étirage et la viscosité sont également des problèmes à prendre en compte. Les filaments sont extraits de cette masse fondue à une température de 70 à 90 °C. Elles sont ensuite soumises à un bain de coagulation suivi d'une brève aération. Ce bain peut être constitué d'eau ou d'acide sulfurique dilué. Il convient que la température du bain soit de 25 °C.
Si l'on souhaite produire une fibre à très haute résistance, cette température peut être portée à 5 °C. Après ce bain, les fibres sont lavées, séchées et enroulées sur une bobine. Le traitement thermique ultérieur au Kevlara peut être appliqué de différentes manières. En général, le traitement thermique est appliqué en faisant passer le matériau sollicité dans une atmosphère calme telle que de l'azote chaud à 150 - 550 degrés Celsius. Les conditions de traitement thermique affectent directement les propriétés de résistance.
Technora est formé par la réaction et la polycondensation de para-phénylène diamine et de 3-4 ODA (diaminodiphényléther) avec du chlorure de téréphtaloyle en solution. Ce mélange est neutralisé avec Ca(OH)2 ou CaO pour obtenir une solution stable adaptée à l'extraction. L'extraction se fait dans un bain aqueux de coagulation contenant de la N-Méthyl Pyrrolidone ou du Chlorure de Calcium et à haute température. Cette température est d'environ 500 OC et le rapport de tirage est d'environ 10.
Les P-aramides sont disponibles dans le commerce dans une variété de structures. Le PPTA [Poly (p-phénylène téréphtalamide)]* est une fibre beaucoup moins souple que les autres fibres synthétiques. Normalement, le p-aramide est insoluble et insoluble dans n'importe quelle solution. Les fibres PPTA sont des structures cristallines élevées. La linéarité rigide de la molécule de PPTA et l'arrangement uniforme des groupes amide fournissent un bon environnement pour les liaisons hydrogène et permettent une structure cristalline élevée.
Les liaisons placées en para de la chaîne aromatique ne permettent qu'un faible degré de flexibilité. De plus, les liaisons carbone-azote présentent un caractère de double liaison et ajoutent une rigidité rotationnelle à la molécule. Pendant la production de fibres, le polymère fondu est soumis à un retrait très élevé, maximisant l'orientation et la cristallisation.
Un autre facteur affectant la cristallinité des p-aramides est la disposition cristalline. La structure cristalline radiale est la structure générale des fibres de polyamide aromatique obtenues par un système de filage humide à jet sec et est unique à ces fibres. Cette structure n'a été obtenue pour aucune fibre synthétique.
Toutes les autres fibres hautement orientées ont généralement une structure dispersée représentée en haut.
Le facteur le plus important affectant les propriétés des fibres de p-aramide est leur utilisation finale. Parce que les propriétés des fibres sont déterminées en fonction de l'utilisation finale et que la fibre appropriée est sélectionnée. À cet égard, il est important de comprendre la relation entre la structure des fibres et les propriétés mécaniques. En apportant des modifications mineures aux propriétés telles que la résistance, l'allongement et la rigidité, la fibre peut être rendue plus adaptée à l'utilisation finale.
Par exemple, alors que le module théorique du PPTA est de 1500 dN/tex, les fibres produites aujourd'hui dans le commerce se situent entre 440 et 900 dN/tex. Cela est dû à la différence de tension et de température pendant la production. De plus, la résistance théorique des p-aramides est d'environ 120 dN/tex. Cependant, la résistance moyenne des p-aramides produits commercialement est de 21 dN/tex. Les types avec une résistance de 25 dN/tex sont utilisés dans l'industrie aérospatiale.
Les P-aramides ont été décrits comme "aussi résistants à la chaleur que l'amiante et durs que le verre". Grâce à ces propriétés, les p-aramides ont trouvé diverses applications. Comme d'autres fibres, la résistance à la traction des p-aramides dépend de leur poids moléculaire, de leur cristallinité, de leur orientation moléculaire et de la présence de divers défauts dans la structure moléculaire. Cependant, contrairement à d'autres fibres, la résistance des p-aramides dépend également de leurs structures de coque externe et de noyau. Ce qui est censé s'expliquer par là, ce sont des valeurs telles que l'angle d'orientation, para-cristallin.
Des études aux rayons X ont montré qu'il existe une relation inverse entre le facteur de changement paracristallin et la résistance du Kevlar. Des études ont montré que cet angle d'orientation doit être inférieur à 12o pour une fibre paramid nécessitant une résistance très élevée. Les traitements thermiques appliqués sous tension augmentent la cristallinité des aramides. Des aramides présentant de meilleures propriétés mécaniques ont été obtenus par de tels procédés. Par exemple, le Kevlar 981 est le dérivé du Kevlar le plus résistant.
Les fibres produites à partir de PPTA n'ont pas une certaine température de transition vitreuse comme les autres fibres synthétiques. Cependant, les fibres sont affectées par le traitement thermique sous tension. Comme d'autres fibres étirées à la même température, il n'est pas possible d'étirer une fibre aramide produite par le procédé de filage humide à jet sec. Au plus, un retrait de 500 % peut être atteint à des températures telles que 5 °C. Dans ces conditions, l'orientation de la fibre aramide (de 12-15O à 9O et moins) et sa cristallisation peuvent encore être augmentées. La plus grande augmentation ainsi obtenue est dans le module. (de 500 dN/tex à 900 dN/tex).
La molécule de PPTA subit une résolution optique et non isotrope dans une solution d'acide sulfurique à 8 - 9 %. Il convient au tir dans une solution à 20% à 90 OC. Dry-Jet Dans le filage humide, une fibre à haute résistance et module est obtenue même si le processus d'étirage est effectué à la même température que le filage. Cela réduit également les coûts. En fonction des propriétés de fibre souhaitées, la structure moléculaire peut être modifiée de différentes manières.
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