เส้นใยเมตาอะรามิดคืออะไร และวิธีการสังเคราะห์เส้นใยเมตาอะรามิดคืออะไร?
ชื่อเต็มของเส้นใยอะรามิดคือ "เส้นใยโพลีอะไมด์อะโรมาติก" ซึ่งหมายถึงเส้นใยโพลีอะไมด์สังเคราะห์สายยาวที่มีพันธะอะไมด์มากกว่า 85% เชื่อมต่อโดยตรงกับวงแหวนเบนซีน มีคุณสมบัติเด่นหลายประการ เช่น ทนต่ออุณหภูมิสูง มีความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง เป็นฉนวนไฟฟ้า และอื่นๆ ปัจจุบันมีเส้นใยอะรามิดสองชนิดที่วางจำหน่ายในตลาดและมีการใช้งานเชิงพาณิชย์อย่างกว้างขวาง ได้แก่ เมตาอะรามิดและพาราอะรามิด
1. เมตา-อะรามิดคืออะไร
เมตา-อะรามิดเป็นเส้นใยโพลีอะไมด์อะโรมาติกชนิดหนึ่ง (เส้นใยอะรามิด) ชื่อเต็มคือ เส้นใยโพลีฟีนิลีนไอโซฟทาลาไมด์ ชื่อภาษาอังกฤษว่า เมตา-อะรามิด เรียกอีกอย่างว่า PMIA หรือเรียกอีกอย่างว่า อะรามิด 1313 วัตถุดิบหลักของเมตา-อะรามิดคือ ไอโซฟทาโลอิลคลอไรด์ (IPC) และ เอ็ม-ฟีนิลีนไดอะมีน (MPD)
2. วิธีการสังเคราะห์เส้นใยเมตาอะรามิดคืออะไร
การเตรียมพอลิคอนเดนเซตของเอ็ม-ฟีนิลีนไอโซฟทาลาไมด์ อะรามิด 1313 ทำได้โดยการพอลิคอนเดนเซชันของไอโซฟทาโลอิลคลอไรด์ (ICI) และเอ็ม-ฟีนิลีนไดอะมีน (MPD)
โพลีเมอร์ฟีนิลีนไอโซฟทาลาไมด์เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีโครงสร้างแบบซิกแซกเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบ ซึ่งจะสลายตัวก่อนหลอมเหลว อุณหภูมิเปลี่ยนสถานะเป็นแก้ว (Tg) คือ 270°C และจะไม่มีการสลายตัวหรือการเกิดคาร์บอนอย่างชัดเจนที่อุณหภูมิต่ำกว่า 350°C เมื่ออุณหภูมิเกิน 400°C เส้นใยจะค่อยๆ เปราะ สลายตัว และกลายเป็นคาร์บอน
แต่จะไม่ก่อให้เกิดหยดของเหลวหลอมเหลว จะไม่ลุกไหม้ และมีคุณสมบัติหน่วงไฟได้ดี ค่าดัชนีออกซิเจนจำกัด (LOI) อยู่ที่ 29%-32% และมีประสิทธิภาพดีเยี่ยม
กระบวนการผลิตเส้นใยเมตาอะรามิดแบบเข็ม
1. ช่องเปิดของเส้นใยเมตาอะรามิด
ขั้นตอนแรกคือการคลายเส้นใยพาราอะรามิดเบื้องต้นเพื่อคลายกลุ่มเส้นใยขนาดใหญ่ จากนั้นจึงทำการคลายเส้นใยอย่างละเอียดเพื่อคลายเส้นใยให้มากขึ้น กระบวนการนี้ควรทำอย่างทั่วถึง ผสมให้เข้ากันอย่างสม่ำเสมอ และควรหลีกเลี่ยงการทำลายเส้นใยให้มากที่สุด
2. การปั่นเส้นใย
หลังจากเส้นใยถูกคลี่ออกและผสมเข้ากันอย่างทั่วถึงแล้ว เส้นใยจะเข้าสู่กล่องฝ้ายแรงดันอากาศ และพร้อมที่จะป้อนเข้าสู่เครื่องปั่นด้าย
หลังจากผ่านเครื่องจักรแล้ว เส้นใยจะถูกหวีผ่านการทำงานร่วมกันระหว่างล้อดึงและกระบอกสูบ และสุดท้ายจะถูกส่งต่อโดยตัวดึงเส้นใยเพื่อสร้างเป็นแผ่นใย ในขั้นตอนนี้ แผ่นใยที่ผ่านการหวีแล้วจะมีลักษณะเป็นแผ่นบางและเบา
3. การวางอวน
แผ่นใยจะเข้าสู่เครื่องวางแผ่นใย โดยรถเข็นวางแผ่นใยจะถูกขับเคลื่อนด้วยสายพานฟันเฟือง และแผ่นใยเดี่ยวที่ออกมาจากเครื่องปั่นด้ายจะถูกพับไขว้กันจนกลายเป็นแผ่นใยหลายชั้นที่มีความกว้างและน้ำหนักต่อหน่วยตามที่ต้องการสำหรับการใช้งานในกระบวนการต่อไป
4. การกดจุดฝังเข็ม
เส้นใยจะเข้าสู่เครื่องทอเข็ม ซึ่งมีเข็มจำนวนมากที่มีตะขอแหลมคมอยู่ เพื่อเจาะเส้นใยซ้ำๆ หลังจากทอซ้ำหลายครั้ง เส้นใยจะฟูมากเมื่อป้อนเข้าเครื่องทอเข็มอีกครั้ง มีความหนาพอสมควร แต่ความแข็งแรงต่ำ
เมื่อเข็มเจาะแทงทะลุแผ่นใยซ้ำๆ เส้นใยจะเคลื่อนที่ขึ้นลง ทำให้เกิดการบีบอัด ส่งผลให้เส้นใยในแผ่นใยชิดกันมากขึ้นและอัดแน่นขึ้น แรงเสียดทานระหว่างเส้นใยเพิ่มขึ้น และความแข็งแรงก็เพิ่มขึ้น ทำให้เกิดผ้าไม่ทอที่มีความแข็งแรงและความหนาแน่นในระดับหนึ่ง
5. การประมวลผลภายหลัง
ตามข้อกำหนดของกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน จะมีการดำเนินการปรับปรุงคุณภาพหลังการผลิตที่แตกต่างกันไปสำหรับเส้นใยสักหลาด โดยวิธีการปรับปรุงคุณภาพมีดังต่อไปนี้:
- การจัดทำปฏิทิน พื้นผิวของวัสดุไม่ทอจะเรียบเนียน แบนราบ และมีความหนาสม่ำเสมอโดยการรีดร้อนด้วยเครื่องรีดร้อน (calender) จุดประสงค์หลักของการรีดร้อนคือการเพิ่มความเรียบเนียนและความแบนราบของวัสดุไม่ทอ และเพิ่มความแน่นของวัสดุ
- การเผา. การเผาผิวให้เป็นเนื้อเดียวกันส่วนใหญ่ใช้ในวัสดุไม่ทอเพื่อกรองฝุ่นหรือวัสดุแห้ง โดยทำให้พื้นผิวมีลักษณะเป็นขนฟู และเผาขนเหล่านั้นออกไปเพื่อให้พื้นผิวเรียบเนียน
- การเคลือบด้วยอิมัลชัน แผ่นใยสังเคราะห์ที่ผลิตขึ้นจะถูกเคลือบด้วยสารเคมีเพื่อเพิ่มความทนทานต่ออุณหภูมิสูง ความทนทานต่อกรดและด่าง ความทนทานต่อการออกซิเดชัน และคุณสมบัติอื่นๆ ของวัสดุแผ่นใยสังเคราะห์สำหรับกรอง
- การตั้งค่าอุณหภูมิสูง วัสดุแผ่นกรองแบบเข็มสักจะเข้าสู่เตาอบเพื่อปรับอุณหภูมิให้สูง วัสดุแผ่นกรองที่ได้จะมีคุณสมบัติในการขึ้นรูปที่ดี มีการเสียรูปน้อยระหว่างการใช้งาน มีความเสถียรของขนาดสูง และมีอายุการใช้งานยาวนาน
- การเคลือบ. วัสดุแผ่นกรองแบบเข็มเจาะที่เตรียมไว้จะถูกเคลือบด้วยฟิล์ม PTFE โดยเครื่องเคลือบ วัสดุแผ่นกรองที่เคลือบแล้วจะมีประสิทธิภาพในการกรองพื้นผิว ปรับปรุงความแม่นยำในการกรอง และสามารถกรองฝุ่นละอองขนาดเล็กได้ดียิ่งขึ้น อีกทั้งยังทนต่อการกัดกร่อนและทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีขึ้น
คุณสมบัติของเมตาอะรามิดแบบเข็มสัก
- การขัดเงา, การกรอง, การปิดผนึก, ซับใน, ฉนวน, กันกระแทก, ลดแรงสั่นสะเทือน, ป้องกันน้ำมัน, รักษาความร้อน, ฉนวนกันความร้อน ฯลฯ
- ทนทานต่อความร้อนและเปลวไฟโดยธรรมชาติ มีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง และมีความยืดหยุ่นเป็นพิเศษ
- ทนไฟ ทนต่ออุณหภูมิสูง มีความแข็งแรงสูง มีค่าโมดูลัสสูง และเป็นฉนวนไฟฟ้า
- ทนต่อกรดและด่าง ทนต่อตัวทำละลายอินทรีย์ มีแรงดึงสูง ทนต่อการตัดและการเจาะ
- ทนความร้อน ทนการกัดกร่อน ป้องกันการแทง ป้องกันการกระแทก ป้องกันประกายไฟ ฉนวนไฟฟ้า ป้องกันเศษชิ้นส่วน
- เสถียรภาพเชิงมิติสูง: การคืบตัวต่ำมาก ขนาดเล็ก
- ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนติดลบ
- เสถียรภาพทางความร้อนดีเยี่ยม: สามารถใช้งานได้ในหลากหลายช่วงอุณหภูมิ
- ช่วงอุณหภูมิใช้งาน ไม่มีจุดหลอมเหลว ทนความร้อนสูง มีเสถียรภาพ การนำความร้อนต่ำ
ความแตกต่างระหว่างเมตาอะรามิดและพาราอะรามิด
เส้นใยพาราอะรามิดมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงกว่าเส้นใยเมตาอะรามิด ช่วงอุณหภูมิการใช้งานต่อเนื่องอยู่ที่ -196℃ ถึง 204℃ และจะไม่สลายตัวหรือหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงถึง 560℃ คุณสมบัติเด่นของเส้นใยพาราอะรามิด ได้แก่ ความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อกรดและด่าง และมีน้ำหนักเบา มีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดีและป้องกันการเสื่อมสภาพ และมีอายุการใช้งานยาวนาน ผ้าใยอะรามิดมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น ความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง ทนต่ออุณหภูมิและด่างสูง น้ำหนักเบา เป็นฉนวน ป้องกันการเสื่อมสภาพ อายุการใช้งานยาวนาน โครงสร้างทางเคมีที่เสถียร ไม่เกิดหยดหลอมเหลวเมื่อเผาไหม้ และไม่มีก๊าซพิษ เส้นใยโพลีไอโซฟทาลาไมด์เรียกว่าเส้นใยเมตาอะรามิด และเส้นใยโพลีเทอเรฟทาลาไมด์เรียกว่าเส้นใยพาราอะรามิด
แผ่นใยเมตาอะรามิดมีประโยชน์ใช้สอยอย่างไรบ้าง
- ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการกรองที่อุณหภูมิสูง สายพานลำเลียงที่อุณหภูมิสูง ผ้าห่มสำหรับงานพิมพ์ถ่ายโอน ท่อสำหรับยานยนต์ เป็นต้น
- ผลิตภัณฑ์ผ้าสักหลาดเมตาอะรามิดแบบเจาะเข็มมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เครื่องจักรกล อุตสาหกรรมทางทหาร โลหะวิทยา เหมืองแร่ ป่าไม้ สิ่งทอ เครื่องกลไฟฟ้า การสื่อสาร เครื่องมือวัด การขนส่ง การบิน การเดินเรือ อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องใช้ในบ้าน ฮาร์ดแวร์ เฟอร์นิเจอร์ ยาง และผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมอื่นๆ
- มีการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การหน่วงไฟและการทนต่ออุณหภูมิสูง โดยส่วนใหญ่ใช้สำหรับผ้าห่มกันไฟ ผ้าห่มสำหรับงานเชื่อม ผ้าห่มหน่วงไฟ และผ้าห่มทนต่ออุณหภูมิสูง ใช้ในโรงงานเหล็ก โรงงานอลูมิเนียม โรงงานโลหะวิทยา เป็นต้น
- เส้นใยพาราอะรามิดใช้สำหรับตกแต่งภายในรถยนต์ รถไฟ และเครื่องบิน รวมถึงเสื้อผ้ากันไฟและกันความร้อน มีคุณสมบัติในการป้องกันไฟ การกรอง ทนต่ออุณหภูมิสูง และเป็นฉนวนกันความร้อน
- แผ่นใยเมตาอะรามิดใช้เป็นชั้นเพิ่มความสบายในชุดดับเพลิง
- ถุงมือที่ทำจากเมตา-อะรามิดสามารถป้องกันการบาดเจ็บที่นิ้วมือจากการตัด การเสียดสี การเจาะ ความร้อนสูง และเปลวไฟ ในระหว่างการปฏิบัติงานในอุตสาหกรรมได้
- สายพานลำเลียงใช้ในเหมืองแร่ โรงงานผลิตแก้ว โรงงานผลิตอะลูมิเนียม โรงงานเหล็ก และโรงงานโลหะวิทยา
- สายพานลำเลียงสำหรับเครื่องพิมพ์ดิจิทัล ผลิตจากเส้นใยเมตาอะรามิดที่มีความแข็งแรงสูงและทนต่ออุณหภูมิสูง
