ผ้าอะรามิดส่วนใหญ่นำมาใช้ทำอุปกรณ์ป้องกัน เช่น เสื้อเกราะกันกระสุน เสื้อผ้ากันแทง หมวกกันน็อค เป็นต้น นอกจากนี้ยังสามารถใช้ทำผลิตภัณฑ์ทนอุณหภูมิสูงและการกัดกร่อน เช่น วัสดุกรองทนอุณหภูมิสูง ฝาครอบวาล์ว และปะเก็นซีลได้อีกด้วย
เส้นใยอะรามิดคืออะไร?
ชื่อเต็มของเส้นใยอะรามิดคือ "เส้นใยอะรามิดอะโรมาติก" ซึ่งหมายถึงเส้นใยโพลีอะไมด์สังเคราะห์สายยาวที่มีพันธะอะรามิดเชื่อมต่อโดยตรงกับวงแหวนเบนซิน พันธะอะรามิดนี้เชื่อมต่อกับวงแหวนอะรามาติกหรืออนุพันธ์ของวงแหวนอะรามาติก เส้นใยอะรามิดเป็นวัสดุพอลิเมอร์ชนิดพิเศษชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติโดดเด่น เช่น ทนต่ออุณหภูมิสูง ความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง และเป็นฉนวน ปัจจุบันมีเส้นใยอะรามิดสองชนิดในท้องตลาดที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์เชิงพาณิชย์และการผลิตได้อย่างกว้างขวาง ได้แก่ เมตาอะรามิดและพาราอะรามิด
เมตา-อะรามิด เส้นใยเมตาอะรามิดมีความเสถียรทางความร้อนสูง ทนไฟ เป็นฉนวนไฟฟ้า ทนสารเคมี และทนต่อรังสีได้ดีเยี่ยม ชื่อเต็มของเส้นใยเมตาอะรามิดคือเส้นใย "โพลี-เอ็ม-ฟีนิลีนไอโซฟทาลาไมด์" (MPIA) ซึ่งเป็นเส้นใยพอลิเมอร์อินทรีย์ที่สังเคราะห์จากไอโซฟทาลอยล์คลอไรด์และเอ็ม-ฟีนิลีนไดอะมีน เมตาอะรามิดมีเสถียรภาพทางความร้อนในระยะยาว ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุด สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูง 200°C เป็นเวลานานโดยไม่เสื่อมสภาพ และมีความคงตัวของขนาดที่ดีเยี่ยม เมตาอะรามิดมีคุณสมบัติหน่วงไฟในตัว ดัชนีออกซิเจนจำกัด (LOI) มากกว่า 28% ไม่ติดไฟ ละลาย หรือเกิดหยดของเหลวในอากาศ และจะดับเองเมื่อหลุดออกจากเปลวไฟ เส้นใยเมตาอะรามิดมีฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม และแรงดันพังทลายของกระดาษฉนวนที่ทำจากเส้นใยนี้สูงถึง 20 กิโลโวลต์/มิลลิเมตร เส้นใยเมตาอะรามิดมีความทนทานต่อการกัดกร่อนและทนต่อรังสีได้ดีเยี่ยม นอกจากนี้ เส้นใยเมตาอะรามิดยังมีความแข็งต่ำและมีการยืดตัวสูง และสามารถนำไปแปรรูปด้วยเครื่องจักรสิ่งทอทั่วไปได้
พารา-อะรามิด มีคุณสมบัติที่โดดเด่น เช่น ความแข็งแรงจำเพาะสูง โมดูลัสจำเพาะสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และหน่วงการติดไฟ พาราอะรามิดเป็นเส้นใยประสิทธิภาพสูงสามชนิดของโลก ร่วมกับคาร์บอนไฟเบอร์และโพลีเอทิลีนโมดูลัสความแข็งแรงสูง พาราอะรามิดมีความแข็งแรงมากกว่าลวดเหล็ก 6 เท่า ใยแก้วและเส้นใยไนลอนความแข็งแรงสูง 2-3 เท่า มีค่าโมดูลัสแรงดึงสูงกว่าลวดเหล็กและใยแก้ว 2-3 เท่า และใยไนลอนความแข็งแรงสูง 10 เท่า มีความหนาแน่นเพียงประมาณ 1/5 ของลวดเหล็ก พาราอะรามิดมีความทนทานต่อแรงกระแทก การกัดกร่อน และความล้าได้ดี เรียกว่า "เส้นใยกันกระสุน" พาราอะรามิดมีความทนทานต่อความร้อนสูงกว่าเมตาอะรามิด หลังจากผ่านการใช้งานที่อุณหภูมิสูงถึง 200°C เป็นเวลาหลายร้อยชั่วโมง พาราอะรามิดยังคงรักษาความแข็งแรงเดิมไว้ได้ และไม่สลายตัวหรือละลายที่อุณหภูมิสูงถึง 560°C ในด้านการปกป้องสิ่งแวดล้อม พาราอะรามิดมีโครงสร้างที่มั่นคงและไม่ย่อยสลายง่าย ซึ่งยังกำหนดว่ายากต่อการรีไซเคิลและจัดการและส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในภายหลังอีกด้วย
การบิน
เส้นใยอะรามิดมีความหนาแน่นต่ำ มีความแข็งแรงสูง และทนต่อการกัดกร่อนได้ดี สามารถนำไปใช้ผลิตปลอกหุ้มเครื่องยนต์จรวด วัสดุส่งคลื่นความถี่กว้างสำหรับลำตัวเครื่องบิน ปีกหลัก และส่วนหางของเครื่องบินและยานอวกาศ รวมถึงส่วนประกอบโครงสร้างที่ทนทานต่อแรงกระแทก เส้นใยอะรามิดยังสามารถนำไปใช้ผลิตวัสดุโครงสร้างรองสำหรับเครื่องบินขนาดใหญ่ เช่น ประตูห้องโดยสาร หน้าต่าง ปีก พื้นผิวตัวถังเครื่องบิน ฯลฯ และยังสามารถใช้ทำเพดานและผนังคลังสินค้าในเครื่องบินเพื่อลดน้ำหนักได้อีกด้วย
แผ่นโครงสร้างรังผึ้งหลายชั้นนี้เตรียมโดยการชุบผ้าอะรามิดด้วยเรซินอีพอกซีเพื่อสร้างอะรามิดพรีเพร็กและยึดติดโดยตรงกับโครงสร้างรังผึ้งหรือโฟม มีความทนทานต่อแรงกระแทกและการซึมผ่านของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างดีเยี่ยม แผ่นคอมโพสิตไฮบริดซูเปอร์ไฮบริดที่ขึ้นรูปจากเส้นใยอะรามิด แผ่นอะลูมิเนียมบาง และผ้าไม่ทออีพอกซีที่ซ้อนทับและกดด้วยความร้อน มีค่าโมดูลัสจำเพาะและความแข็งแรงจำเพาะสูงมาก และมีอายุการใช้งานป้องกันความเมื่อยล้าสูงกว่าแผ่นอะลูมิเนียมอัลลอยด์ 100 ถึง 1,000 เท่า สามารถนำไปใช้ในลำตัวเครื่องบินและชิ้นส่วนอื่นๆ ได้ วัสดุคอมโพสิตเสริมแรงเรซินที่เตรียมจากเส้นใยอะรามิดนี้ถูกนำมาประยุกต์ใช้กับตัวเครื่องบินโดยสาร ซึ่งสามารถลดน้ำหนักโดยรวมของเครื่องบินได้อย่างมาก
ข้อได้เปรียบหลักของวัสดุนี้คือความแข็งแรงและน้ำหนักเบามาก ซึ่งสามารถลดน้ำหนักโดยรวมของเครื่องบิน เพิ่มความปลอดภัย เพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง และลดมลพิษทางอากาศ นอกจากนี้ อะรามิดและวัสดุผสมยังทนทานต่อการกัดกร่อน จึงรับประกันความปลอดภัยของเครื่องบินในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้อย่างมั่นใจ โดยไม่เกิดปัญหาต่างๆ เช่น การสะสมของน้ำ การแข็งตัว หรือการกัดกร่อน
แนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของเส้นใยอะรามิดและวัสดุคอมโพสิตในการออกแบบโครงสร้างอากาศยานก็น่าประทับใจอย่างยิ่งเช่นกัน ด้วยข้อได้เปรียบมากมายของเส้นใยอะรามิดและวัสดุคอมโพสิตในการออกแบบโครงสร้างอากาศยาน จึงเกือบจะทดแทนวัสดุเหล็กและอะลูมิเนียมในด้านประสิทธิภาพและความปลอดภัย อีกทั้งยังมีความยืดหยุ่นในการออกแบบโครงสร้างและกระบวนการผลิตมากขึ้น นอกจากนี้ น้ำหนักของเส้นใยอะรามิดและวัสดุคอมโพสิตยังลดลง ซึ่งจะทำให้เครื่องบินมีน้ำหนักเบาลงและคล่องตัวมากขึ้นในอากาศ
สนามทหาร
วัสดุคอมโพสิตอะรามิดสามารถนำไปใช้ในการผลิตปลอกหุ้มเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งสำหรับขีปนาวุธ ภาชนะรับแรงดัน ห้องนักบินยานอวกาศ เรือดำน้ำ ยานเกราะกันกระสุน ยานพาหนะขนส่งเงินสดกันกระสุน แผงกันกระสุน หมวกกันกระสุน เสื้อเกราะกันกระสุน ฯลฯ
เส้นใยอะรามิด เส้นใยคาร์บอน และเส้นใยโพลีเอทิลีนน้ำหนักโมเลกุลสูงพิเศษ เรียกว่าเส้นใยประสิทธิภาพสูงสามชนิด เส้นใยเหล่านี้ถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมป้องกันประเทศและอุตสาหกรรมพลเรือน และเป็นวัสดุเชิงยุทธศาสตร์เพื่อประเทศชาติและกองทัพที่แข็งแกร่ง ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่ใช้ในด้านใยแก้วนำแสงและสายเคเบิล ริบบิ้นเชือก วัสดุโครงถัก วัสดุคอมโพสิต วัสดุปิดผนึกแรงเสียดทาน สิ่งทอ และการป้องกันกระสุน โดยมาตรฐานที่ใช้คือเสื้อเกราะกันกระสุน
เสื้อเกราะกันกระสุนและหมวกกันกระสุนที่ทำจากเส้นใยอะรามิดสามารถทดแทนเสื้อเกราะไนลอนและหมวกกันกระสุนแบบเก่าได้ การเติมเส้นใยอะรามิดในปริมาณที่เหมาะสมลงในเสื้อเกราะกันกระสุนและหมวกกันกระสุนไม่เพียงแต่จะทำให้เสื้อเกราะกันกระสุนและหมวกกันกระสุนมีขนาดเล็กลงและมีน้ำหนักเบาลงเท่านั้น แต่ยังเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันกระสุนได้ถึง 40% อีกด้วย เสื้อเกราะกันกระสุนแบบนิ่มที่ทำจากผ้าอะรามิดกันกระสุนแบบไม่ทอคุณภาพสูงและฟิล์มโพลีเอทิลีนประสิทธิภาพสูง มีประสิทธิภาพในการป้องกันกระสุนและทนความร้อนได้ดีกว่าเส้นใยโพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมาก เส้นใยอะรามิดยังสามารถนำไปผสมกับวัสดุอื่นๆ (เช่น โลหะ เซรามิก ฯลฯ) เพื่อผลิตรถถังกันระเบิดที่มีความแข็งแรงสูง ทนต่อแรงกระแทก โล่กันกระสุน และแผ่นเกราะกันกระสุน เป็นต้น นอกจากนี้ ผ้าใยอะรามิดยังยึดติดกับผนังด้านในของโครงสร้าง ซึ่งสามารถดูดซับคลื่นแรงระเบิดได้อย่างมีประสิทธิภาพและป้องกันความเสียหายจากสะเก็ดระเบิดต่อร่างกายมนุษย์
สาขาอิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้า
เนื่องจากการวิจัยวัสดุอะรามิดในประเทศของผมเริ่มต้นค่อนข้างช้า เทคโนโลยีจึงพัฒนาอย่างรวดเร็ว ดาวเทียม APSTAR-2R ที่พัฒนาขึ้นในปัจจุบันใช้วัสดุรังผึ้งเป็นพื้นผิวสะท้อนแสงของเสาอากาศ ผิวด้านในและด้านนอกของเสาอากาศใช้วัสดุพาราอะรามิด และส่วนแทรกใช้วัสดุรังผึ้งอะรามิด ในกระบวนการผลิตเรโดมของเครื่องบิน พาราอะรามิดถูกนำมาใช้เพื่อใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพการส่งคลื่นที่ดีของวัสดุนี้และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำ ดังนั้นความถี่ของตัวสะท้อนแสงจึงสามารถตอบสนองความต้องการทั้งสองประการของโครงสร้างและหน้าที่ของมันเองได้ องค์การอวกาศยุโรป (ESA) ได้พัฒนาตัวสะท้อนแสงแบบสองสีที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.1 เมตร โดยใช้โครงสร้างเมตารังผึ้งในโครงสร้างแบบแซนด์วิชและใช้วัสดุอะรามิดเป็นผิว อุณหภูมิของเรซินอีพอกซีของโครงสร้างนี้สามารถสูงถึง 25°C และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกอยู่ที่ 3.46 ปัจจัยการสูญเสียคือ 0.013 การสูญเสียการสะท้อนของลิงก์การส่งสัญญาณของตัวสะท้อนแสงประเภทนี้คือ 0.3dB เท่านั้น และการสูญเสียสัญญาณการส่งสัญญาณคือ 0.5dB
แผ่นรองรับแบบลามิเนตที่ทำจากเส้นใยอะรามิดและอีพอกซี ฟีนอลิก โพลีอิไมด์ และเรซินอื่นๆ มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นสูงเทียบเท่ากับเซรามิกส์ ไม่ก่อให้เกิดการแตกร้าวภายใต้อิทธิพลของการขยายตัวและหดตัวเนื่องจากความร้อน และสามารถนำไปใช้ผลิตเทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิวได้ แผงวงจรพิมพ์พิเศษภายในแผ่นรองรับนี้เอื้อต่อการย่อส่วนและน้ำหนักเบาของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ด้วยคุณสมบัติความแข็งแรงสูงและทนต่ออุณหภูมิสูงของเส้นใยอะรามิด จึงใช้เป็น "ส่วนประกอบแรงดึง" ในเส้นใยนำแสง ซึ่งสามารถปกป้องเส้นใยนำแสงขนาดเล็กและเปราะบางจากการยืดตัวและการเสียรูปเมื่อได้รับแรงดึง และไม่ส่งผลกระทบต่อการส่งผ่านแสง ผลิตภัณฑ์คอมโพสิตจากเส้นใยอะรามิดและคาร์บอนไฟเบอร์มีคุณสมบัติในการแปรรูปและสารกึ่งตัวนำที่ดี และสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้ ส่วนใหญ่จะนำไปใช้ผลิตวัสดุสำหรับลดสนามไฟฟ้าในอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง กระดาษอะรามิดซึ่งผ่านการชุบด้วยวานิชฉนวนแล้วจะมีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดี และเมื่อใช้ร่วมกับแผ่นไมก้าธรรมชาติแล้ว จะใช้เป็นวัสดุฉนวนสำหรับมอเตอร์ทนความร้อนได้
สาขาอื่นๆ
เส้นใยอะรามิดประกอบด้วยวงแหวนเบนซินจำนวนมากในโมเลกุล ซึ่งมีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี ทนทานต่อการกัดกร่อน มีความแข็งแรงจำเพาะสูง น้ำหนักเบาและแข็งแรง และสามารถนำไปใช้ผลิตสายเคเบิลสำหรับเรือเดินทะเลและบ่อน้ำมันลึกได้ เส้นใยอะรามิดมีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อความล้าสูง นำมาผลิตแร็กเกตคุณภาพสูง คันเบ็ด เลื่อน สกี ไม้สกี ธนูและลูกศร เรือพาย ไม้กอล์ฟ และอื่นๆ นอกจากนี้ยังสามารถนำไปใช้ผลิตรองเท้าปีนเขาสำหรับกีฬาที่สมบุกสมบัน รองเท้าบูท ถุงมือมวย หมวกกันน็อคสำหรับแข่งรถ ตัวถังรถแข่ง และอื่นๆ เนื่องจากแร่ใยหินเป็นอันตรายต่อระบบทางเดินหายใจของมนุษย์อย่างร้ายแรง จึงสามารถใช้เส้นใยอะรามิดแทนแร่ใยหินในการผลิตแผ่นยางเสริมแรงและซีลอื่นๆ ซึ่งใช้สำหรับซับในและวงแหวนเบรกรถยนต์
ด้วยอุปกรณ์สิ่งทอประเภทต่างๆ ที่เพิ่มมากขึ้น เทคโนโลยีการผลิตของอุตสาหกรรมสิ่งทอจึงได้รับการพัฒนาอย่างก้าวกระโดด ผ้าอะรามิดเป็นเส้นใยชนิดหนึ่งที่ได้รับการพัฒนาตั้งแต่เนิ่นๆ ใช้กันอย่างแพร่หลาย มีปริมาณการผลิตสูง และการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ผ้าอะรามิดเป็นผ้าเส้นใยประสิทธิภาพสูงที่มีคุณสมบัติทนความร้อน ทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมี ทนต่อรังสี ทนไฟ และมีความแข็งแรงสูง ดังนั้นจึงมีการใช้งานที่หลากหลายในอุตสาหกรรม การทหาร การป้องกันอัคคีภัย การบินและอวกาศ และอื่นๆ
อุตสาหกรรม: ผ้าอะรามิดสามารถนำไปใช้ผลิตผลิตภัณฑ์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูงและการกัดกร่อน เช่น วัสดุกรองอุณหภูมิสูง ฝาครอบวาล์ว และปะเก็นซีล นอกจากนี้ ผ้าอะรามิดยังเป็นวัสดุที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ ปิโตรเคมี อิเล็กทรอนิกส์ การต่อเรือ และอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกด้วย
ด้านการทหาร: ผ้าอะรามิดส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์ป้องกัน เช่น เสื้อเกราะกันกระสุน เสื้อเกราะกันแทง และหมวกกันน็อค เนื่องจากผ้าอะรามิดมีความแข็งแรงและทนความร้อนได้ดีเยี่ยม จึงสามารถป้องกันทหารจากกระสุน กระสุนปืน และการโจมตีอื่นๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ในด้านการป้องกันอัคคีภัย: ผ้าอะรามิดสามารถใช้เป็นเข็มขัดกันไฟ ม่านกันไฟ และวัสดุอื่นๆ ได้ เนื่องจากผ้าอะรามิดมีคุณสมบัติหน่วงไฟ จึงสามารถป้องกันไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพหลังเกิดเพลิงไหม้
การบินและอวกาศ: ผ้าอะรามิดสามารถนำไปใช้ผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีความแข็งแรงสูงและทนความร้อนสูง เช่น ที่นั่งเครื่องบิน ชุดอวกาศ และร่มชูชีพ นอกจากนี้ ผ้าอะรามิดยังสามารถใช้เป็นวัสดุบังแดดสำหรับดาวเทียม วัสดุฉนวนกันความร้อนสำหรับจรวด และอื่นๆ ได้อีกด้วย
