ચાર ઉચ્ચ-પ્રદર્શન તંતુઓમાંથી એક: એરામિડ ફાઇબર

એરોમેટિક પોલિઆમાઇડ ફાઇબર માટે ટૂંકું નામ, એરામિડ ફાઇબર, ચીનમાં વિકાસ માટે પ્રાથમિકતા આપવામાં આવેલા ચાર ઉચ્ચ-પ્રદર્શન તંતુઓમાં સૂચિબદ્ધ છે, જેમાં કાર્બન ફાઇબર, અલ્ટ્રા-હાઇ મોલેક્યુલર વેઇટ પોલિઇથિલિન ફાઇબર (UHMWPE) અને બેસાલ્ટ ફાઇબરનો સમાવેશ થાય છે. સામાન્ય નાયલોનની જેમ, એરામિડ ફાઇબર પોલિઆમાઇડ ફાઇબરના પરિવારનો છે, જેમાં મુખ્ય મોલેક્યુલર શૃંખલામાં એમાઇડ બોન્ડ હોય છે. મુખ્ય તફાવત બોન્ડિંગમાં રહેલો છે: નાયલોનના એમાઇડ બોન્ડ એલિફેટિક જૂથો સાથે જોડાયેલા હોય છે, જ્યારે એરામિડ બેન્ઝીન રિંગ્સ સાથે જોડાયેલા હોય છે. આ ખાસ મોલેક્યુલર માળખું એરામિડ ફાઇબરને અત્યંત ઉચ્ચ અક્ષીય શક્તિ (>20cN/dtex) અને મોડ્યુલસ (>500GPa) આપે છે, જે તેને હાઇ-એન્ડ કેબલ્સને મજબૂત બનાવવા માટે પસંદગીની સામગ્રી બનાવે છે.

એરામિડ ફાઇબરના પ્રકારો

એરામિડ ફાઇબરમુખ્યત્વે સંપૂર્ણ સુગંધિત પોલિમાઇડ તંતુઓ અને હેટરોસાયક્લિક સુગંધિત પોલિમાઇડ તંતુઓનો સમાવેશ થાય છે, જેને આગળ ઓર્થો-એરામિડ, પેરા-એરામિડ (PPTA) અને મેટા-એરામિડ (PMTA) માં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે. આમાંથી, મેટા-એરામિડ અને પેરા-એરામિડ એવા છે જેનું ઔદ્યોગિકરણ કરવામાં આવ્યું છે. પરમાણુ માળખાના દૃષ્ટિકોણથી, આ બંને વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત બેન્ઝીન રિંગમાં કાર્બન અણુની સ્થિતિમાં રહેલો છે જેની સાથે એમાઇડ બોન્ડ જોડાયેલ છે. આ માળખાકીય તફાવત યાંત્રિક ગુણધર્મો અને થર્મલ સ્થિરતામાં નોંધપાત્ર તફાવત તરફ દોરી જાય છે.

પેરા-એરામિડ

પેરા-એરામિડ, અથવા પોલી(પી-ફેનીલીન ટેરેફ્થાલામાઇડ) (PPTA), જેને ચીનમાં એરામિડ 1414 તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે એક રેખીય ઉચ્ચ પોલિમર છે જેમાં તેના 85% થી વધુ એમાઇડ બોન્ડ સીધા એરોમેટિક રિંગ્સ સાથે જોડાયેલા છે. સૌથી વધુ વ્યાપારી રીતે સફળ પેરા-એરામિડ ઉત્પાદનો ડ્યુપોન્ટના કેવલાર® અને તેજિનના ટ્વોરોન® છે, જે વૈશ્વિક બજારમાં પ્રભુત્વ ધરાવે છે. તે લિક્વિડ સ્ફટિકીય પોલિમર સ્પિનિંગ સોલ્યુશનનો ઉપયોગ કરીને ઉત્પાદિત કરાયેલ પ્રથમ ફાઇબર હતું, જે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કૃત્રિમ તંતુઓના નવા યુગની શરૂઆત કરે છે. યાંત્રિક ગુણધર્મોની દ્રષ્ટિએ, તેની તાણ શક્તિ 3.0–3.6 GPa, સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ 70–170 GPa અને વિરામ પર 2–4% સુધી પહોંચી શકે છે. આ અસાધારણ લાક્ષણિકતાઓ તેને ઓપ્ટિકલ કેબલ મજબૂતીકરણ, બેલિસ્ટિક સુરક્ષા અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં બદલી ન શકાય તેવા ફાયદા આપે છે.

મેટા-એરામિડ

મેટા-એરામિડ, અથવા પોલી(એમ-ફેનાઇલીન આઇસોફ્થાલામાઇડ) (PMTA), જેને ચીનમાં એરામિડ 1313 તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે એક અગ્રણી ઉચ્ચ-તાપમાન-પ્રતિરોધક કાર્બનિક ફાઇબર છે. તેના પરમાણુ માળખામાં મેટા-ફેનાઇલીન રિંગ્સને જોડતા એમાઇડ જૂથોનો સમાવેશ થાય છે, જે 3D નેટવર્કમાં મજબૂત આંતર-આણ્વિક હાઇડ્રોજન બોન્ડ દ્વારા સ્થિર થયેલ ઝિગઝેગ રેખીય સાંકળ બનાવે છે. આ માળખું ફાઇબરને ઉત્તમ જ્યોત મંદતા, થર્મલ સ્થિરતા અને કિરણોત્સર્ગ પ્રતિકાર આપે છે. એક લાક્ષણિક ઉત્પાદન ડ્યુપોન્ટનું નોમેક્સ® છે, જેનો લિમિટિંગ ઓક્સિજન ઇન્ડેક્સ (LOI) 28-32, ગ્લાસ ટ્રાન્ઝિશન તાપમાન લગભગ 275°C અને સતત સેવા તાપમાન 200°C થી ઉપર છે, જેના કારણે તે અગ્નિ-પ્રતિરોધક કેબલ અને ઉચ્ચ-તાપમાન ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રીમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

એરામિડ ફાઇબરના ઉત્કૃષ્ટ ગુણધર્મો

એરામિડ ફાઇબર અતિ-ઉચ્ચ શક્તિ, ઉચ્ચ મોડ્યુલસ, ગરમી પ્રતિકાર, એસિડ અને આલ્કલી પ્રતિકાર, ઓછું વજન, ઇન્સ્યુલેશન, વૃદ્ધત્વ પ્રતિકાર, લાંબુ જીવન ચક્ર, રાસાયણિક સ્થિરતા, દહન દરમિયાન પીગળેલા ટીપાં નહીં અને બિન-ઝેરી ગેસ ઉત્સર્જન પ્રદાન કરે છે. કેબલ એપ્લિકેશનના દ્રષ્ટિકોણથી, પેરા-એરામિડ થર્મલ પ્રતિકારમાં મેટા-એરામિડ કરતાં વધુ સારું પ્રદર્શન કરે છે, -196 થી 204°C ની સતત સેવા તાપમાન શ્રેણી સાથે અને 500°C પર કોઈ વિઘટન અથવા ગલન નથી. પેરા-એરામિડના સૌથી નોંધપાત્ર ગુણધર્મોમાં અતિ-ઉચ્ચ શક્તિ, ઉચ્ચ મોડ્યુલસ, ગરમી પ્રતિકાર, રાસાયણિક પ્રતિકાર અને ઓછી ઘનતા શામેલ છે. તેની મજબૂતાઈ 25 ગ્રામ/ડીટેક્સ કરતાં વધુ છે—ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા સ્ટીલ કરતાં 5 થી 6 ગણી, ફાઇબરગ્લાસ કરતાં 3 ગણી અને ઉચ્ચ-શક્તિવાળા નાયલોન ઔદ્યોગિક યાર્ન કરતાં બમણી. તેનું મોડ્યુલસ સ્ટીલ અથવા ફાઇબરગ્લાસ કરતાં 2-3 ગણું અને ઉચ્ચ-શક્તિવાળા નાયલોન કરતાં 10 ગણું છે. તે સ્ટીલ વાયર કરતા બમણું મજબૂત છે અને તેનું વજન ફક્ત 1/5 જેટલું છે, જે તેને ઓપ્ટિકલ કેબલ્સ, સબમરીન કેબલ્સ અને અન્ય ઉચ્ચ-સ્તરીય કેબલ પ્રકારોમાં મજબૂતીકરણ તરીકે ઉપયોગ માટે ખાસ કરીને યોગ્ય બનાવે છે.

એરામિડ ફાઇબરના યાંત્રિક ગુણધર્મો

મેટા-એરામિડ એક લવચીક પોલિમર છે જેમાં સામાન્ય પોલિએસ્ટર, કપાસ અથવા નાયલોન કરતાં વધુ બ્રેકિંગ સ્ટ્રેન્થ હોય છે. તેમાં ઉંચો લંબાણ દર, નરમ હાથનો અનુભવ, સારી સ્પિનબિલિટી હોય છે, અને તેને વિવિધ ડેનિયરના ટૂંકા તંતુઓ અથવા ફિલામેન્ટમાં ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. તેને પ્રમાણભૂત કાપડ મશીનરીનો ઉપયોગ કરીને કાપડ અને નોનવોવનમાં ફેરવી શકાય છે અને વિવિધ ઉદ્યોગોની રક્ષણાત્મક વસ્ત્રોની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે પ્રક્રિયા કરી શકાય છે. ઇલેક્ટ્રિકલ ઇન્સ્યુલેશનમાં, મેટા-એરામિડના જ્યોત-પ્રતિરોધક અને ગરમી-પ્રતિરોધક ગુણધર્મો અલગ પડે છે. 28 થી વધુ LOI સાથે, તે જ્યોત છોડ્યા પછી બળવાનું ચાલુ રાખશે નહીં. તેનો જ્યોત પ્રતિકાર તેના રાસાયણિક બંધારણમાં આંતરિક છે, જે તેને કાયમી રીતે જ્યોત-પ્રતિરોધક બનાવે છે - ધોવા અથવા લાંબા ગાળાના ઉપયોગને કારણે કામગીરીના નુકસાન માટે પ્રતિરોધક. મેટા-એરામિડમાં ઉત્તમ થર્મલ સ્થિરતા છે, 205°C પર સતત ઉપયોગ અને 205°C થી વધુ તાપમાને પણ મજબૂત શક્તિ જાળવી રાખવા સાથે. તેનું વિઘટન તાપમાન ઊંચું છે, અને તે ઊંચા તાપમાને ઓગળતું નથી અથવા ટપકતું નથી, ફક્ત 370°C થી ઉપર કાર્બોનાઇઝ થવાનું શરૂ કરે છે. આ ગુણધર્મો તેને ઉચ્ચ-તાપમાન અથવા અગ્નિ-પ્રતિરોધક કેબલ્સમાં ઇન્સ્યુલેશન અને મજબૂતીકરણ માટે આદર્શ બનાવે છે.

એરામિડ ફાઇબરની રાસાયણિક સ્થિરતા

મેટા-એરામિડ મોટાભાગના રસાયણો અને કેન્દ્રિત અકાર્બનિક એસિડ સામે ઉત્તમ પ્રતિકાર ધરાવે છે, જોકે તે કેન્દ્રિત સલ્ફ્યુરિક અને નાઈટ્રિક એસિડ પ્રત્યે સંવેદનશીલ છે. તે ઓરડાના તાપમાને પણ સારો આલ્કલી પ્રતિકાર ધરાવે છે.

એરામિડ ફાઇબરનો રેડિયેશન પ્રતિકાર

મેટા-એરામિડ અસાધારણ કિરણોત્સર્ગ પ્રતિકાર દર્શાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 1.2×10⁻² W/cm² અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ અને 1.72×10⁸ ગામા કિરણોના લાંબા સમય સુધી સંપર્કમાં રહેવા છતાં, તેની શક્તિ યથાવત રહે છે. આ ઉત્કૃષ્ટ કિરણોત્સર્ગ પ્રતિકાર તેને પરમાણુ પાવર સ્ટેશનો અને અવકાશયાનમાં વપરાતા કેબલ માટે ખાસ કરીને યોગ્ય બનાવે છે.

એરામિડ ફાઇબરની ટકાઉપણું

મેટા-એરામિડ ઉત્તમ ઘર્ષણ અને રાસાયણિક પ્રતિકાર પણ દર્શાવે છે. 100 વખત ધોવા પછી, સ્થાનિક રીતે ઉત્પાદિત મેટા-એરામિડમાંથી બનાવેલ ફેબ્રિક તેની મૂળ આંસુની શક્તિના 85% થી વધુ જાળવી રાખે છે. કેબલ એપ્લિકેશનમાં, આ ટકાઉપણું લાંબા ગાળાની યાંત્રિક અને વિદ્યુત કામગીરી સ્થિરતા સુનિશ્ચિત કરે છે.

એરામિડ ફાઇબરના ઉપયોગો

એરામિડ ફાઇબરનો ઉપયોગ ચીનના એરોસ્પેસ, ઓટોમોટિવ, ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ, બાંધકામ અને રમતગમત ઉદ્યોગોમાં તેના ઉત્તમ યાંત્રિક ગુણધર્મો, ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રતિકાર અને રાસાયણિક સ્થિરતાને કારણે વ્યાપકપણે થાય છે. ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઉદ્યોગોના ભાવિ વિકાસ માટે તેને મુખ્ય સામગ્રી તરીકે ગણવામાં આવે છે. ખાસ કરીને, એરામિડ સંદેશાવ્યવહાર ઓપ્ટિકલ કેબલ્સ, પાવર કેબલ્સ, ઉચ્ચ-તાપમાન-પ્રતિરોધક કેબલ્સ, સબમરીન કેબલ્સ અને વિશેષતા કેબલ્સના ક્ષેત્રોમાં અનિવાર્ય ભૂમિકા ભજવે છે.

એરોસ્પેસ અને લશ્કરી ક્ષેત્રો

એરામિડ ફાઇબરમાં ઓછી ઘનતા, ઉચ્ચ શક્તિ અને ઉત્તમ કાટ પ્રતિકાર હોય છે. તે એરોસ્પેસ વાહનોના માળખાકીય ઘટકો, જેમ કે રોકેટ મોટર કેસીંગ અને બ્રોડબેન્ડ રેડોમ સ્ટ્રક્ચર્સમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. તેના સંયુક્ત પદાર્થો ઉત્તમ અસર પ્રતિકાર અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ પારદર્શિતા દર્શાવે છે, જે વિમાનનું વજન નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે અને સલામતીમાં વધારો કરે છે. સંરક્ષણ ક્ષેત્રમાં, એરામિડનો ઉપયોગ બુલેટપ્રૂફ વેસ્ટ, હેલ્મેટ અને બ્લાસ્ટ-પ્રતિરોધક કન્ટેનરમાં થાય છે, જે તેને આગામી પેઢીના હળવા વજનના લશ્કરી સંરક્ષણ માટે અગ્રણી સામગ્રી બનાવે છે.

બાંધકામ અને પરિવહન ક્ષેત્રો

બાંધકામ ઉદ્યોગમાં, એરામિડ ફાઇબરનો ઉપયોગ માળખાકીય મજબૂતીકરણ અને બ્રિજ કેબલ સિસ્ટમ્સ માટે થાય છે કારણ કે તેનું વજન ઓછું, લવચીકતા અને કાટ પ્રતિકાર વધારે છે. તે ખાસ કરીને અનિયમિત માળખાને મજબૂત બનાવવામાં અસરકારક છે. પરિવહનમાં, ઓટોમોબાઈલ અને વિમાન માટે ટાયર કોર્ડ કાપડમાં એરામિડનો ઉપયોગ થાય છે. એરામિડ-રિઇનફોર્સ્ડ ટાયર ઉચ્ચ શક્તિ, પંચર પ્રતિકાર, ગરમી પ્રતિકાર અને લાંબી સેવા જીવન પ્રદાન કરે છે, જે આધુનિક હાઇ-સ્પીડ વાહનો અને વિમાનોની કામગીરીની માંગને પૂર્ણ કરે છે.

ઇલેક્ટ્રિકલ, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને કેબલ ઉદ્યોગ

એરામિડ ફાઇબરનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રિકલ, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને વાયર અને કેબલ ઉત્પાદન ક્ષેત્રોમાં ખાસ કરીને નીચેના ક્ષેત્રોમાં થાય છે:

ઓપ્ટિકલ કેબલ્સમાં ટેન્સાઈલ મેમ્બર્સ: ઉચ્ચ ટેન્સાઈલ સ્ટ્રેન્થ અને મોડ્યુલસ સાથે, એરામિડ ફાઇબર કોમ્યુનિકેશન ઓપ્ટિકલ કેબલ્સમાં ટેન્સાઈલ મેમ્બર તરીકે કામ કરે છે, જે ટેન્સાઈલ હેઠળ વિકૃતિથી નાજુક ઓપ્ટિકલ ફાઇબરનું રક્ષણ કરે છે અને સ્થિર સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન સુનિશ્ચિત કરે છે.

કેબલ્સમાં મજબૂતીકરણ: વિશેષ કેબલ્સ, સબમરીન કેબલ્સ, પાવર કેબલ્સ અને ઉચ્ચ-તાપમાન-પ્રતિરોધક કેબલ્સમાં, એરામિડનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે કેન્દ્રીય મજબૂતીકરણ તત્વ અથવા બખ્તર સ્તર તરીકે થાય છે. ધાતુના મજબૂતીકરણની તુલનામાં, એરામિડ ઓછા વજનમાં શ્રેષ્ઠ શક્તિ પ્રદાન કરે છે, જે કેબલ તાણ શક્તિ અને યાંત્રિક સ્થિરતાને મોટા પ્રમાણમાં વધારે છે.

ઇન્સ્યુલેશન અને જ્યોત પ્રતિરોધકતા: એરામિડ કમ્પોઝિટમાં ઉત્તમ ડાઇલેક્ટ્રિક અને થર્મલ સ્થિરતા હોય છે. તેનો ઉપયોગ કેબલ ઇન્સ્યુલેશન સ્તરો, જ્યોત પ્રતિરોધક જેકેટ્સ અને હેલોજન-મુક્ત લો-સ્મોક શીથિંગમાં વ્યાપકપણે થાય છે. એરામિડ પેપર, ઇન્સ્યુલેટીંગ વાર્નિશથી ગર્ભિત થયા પછી, ઉચ્ચ-તાપમાન-પ્રતિરોધક મોટર્સ અને ટ્રાન્સફોર્મર્સમાં ઉપયોગ માટે કુદરતી અભ્રક સાથે જોડવામાં આવે છે.

અગ્નિ-પ્રતિરોધક અને રેલ ટ્રાન્ઝિટ કેબલ્સ: એરામિડ ફાઇબરની આંતરિક જ્યોત પ્રતિકાર અને ગરમી સહનશીલતા તેને શિપબોર્ડ કેબલ્સ, રેલ ટ્રાન્ઝિટ કેબલ્સ અને ન્યુક્લિયર-ગ્રેડ અગ્નિ-પ્રતિરોધક કેબલ્સમાં ઉપયોગ માટે આદર્શ બનાવે છે, જ્યાં સલામતી ધોરણો કડક છે.

EMC અને લાઇટવેઇટિંગ: એરામિડની ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પારદર્શિતા અને ઓછી ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક તેને EMI શિલ્ડિંગ સ્તરો, રડાર રેડોમ્સ અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક એકીકરણ ઘટકો માટે યોગ્ય બનાવે છે, જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સુસંગતતા સુધારવા અને સિસ્ટમ વજન ઘટાડવામાં મદદ કરે છે.

અન્ય એપ્લિકેશનો

તેની ઉચ્ચ સુગંધિત રિંગ સામગ્રીને કારણે, એરામિડ ફાઇબર ઉત્કૃષ્ટ રાસાયણિક સ્થિરતા અને કાટ પ્રતિકાર પ્રદાન કરે છે, જે તેને કઠોર વાતાવરણમાં દરિયાઈ દોરડા, તેલ ડ્રિલિંગ કેબલ્સ અને ઓવરહેડ ટ્રાન્સમિશન ઓપ્ટિકલ કેબલ્સ માટે યોગ્ય બનાવે છે. તેનો ઉપયોગ પ્રીમિયમ સ્પોર્ટ્સ સાધનો, રક્ષણાત્મક ગિયર અને ઓટોમોટિવ બ્રેક પેડ્સમાં પણ વ્યાપકપણે થાય છે, અને સીલિંગ અને ઇન્સ્યુલેશન એપ્લિકેશન્સ, થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન પેનલ્સ અને અન્ય સીલિંગ ઘટકોમાં એસ્બેસ્ટોસના પર્યાવરણને અનુકૂળ વિકલ્પ તરીકે વધુને વધુ અપનાવવામાં આવી રહ્યો છે, જે કામગીરી અને પર્યાવરણીય સલામતી બંનેને સુનિશ્ચિત કરે છે.