La fibra d'aramida, abreviatura de fibra de poliamida aromàtica, es troba entre les quatre fibres d'alt rendiment prioritzades per al desenvolupament a la Xina, juntament amb la fibra de carboni, la fibra de polietilè de pes molecular ultra alt (UHMWPE) i la fibra de basalt. Com el niló ordinari, la fibra d'aramida pertany a la família de les fibres de poliamida, amb enllaços amida a la cadena molecular principal. La diferència clau rau en l'unió: els enllaços amida del niló estan connectats a grups alifàtics, mentre que els de l'aramida estan conjugats amb anells de benzè. Aquesta estructura molecular especial proporciona a la fibra d'aramida una resistència axial (>20 cN/dtex) i un mòdul (>500 GPa) extremadament alts, convertint-la en el material preferit per reforçar cables d'alta gamma.
Tipus de fibra d'aramida
fibra d'aramidainclou principalment fibres de poliamida totalment aromàtiques i fibres de poliamida aromàtiques heterocícliques, que es poden classificar encara més en orto-aramida, para-aramida (PPTA) i meta-aramida (PMTA). Entre aquestes, la meta-aramida i la para-aramida són les que s'han industrialitzat. Des d'una perspectiva d'estructura molecular, la principal diferència entre aquestes dues rau en la posició de l'àtom de carboni a l'anell benzènic al qual s'uneix l'enllaç amida. Aquesta diferència estructural condueix a distincions significatives en les propietats mecàniques i l'estabilitat tèrmica.
Para-Aramida
La para-aramida, o poli(p-fenilentereftalamida) (PPTA), també coneguda a la Xina com a Aramid 1414, és un polímer lineal alt amb més del 85% dels seus enllaços amida directament units a anells aromàtics. Els productes de para-aramida amb més èxit comercial són el Kevlar® de DuPont i el Twaron® de Teijin, que dominen el mercat mundial. Va ser la primera fibra produïda mai utilitzant una solució de filatura de polímer cristal·lí líquid, marcant el començament d'una nova era de fibres sintètiques d'alt rendiment. Pel que fa a les propietats mecàniques, la seva resistència a la tracció pot arribar a 3,0–3,6 GPa, el mòdul elàstic de 70–170 GPa i l'allargament a la ruptura del 2–4%. Aquestes característiques excepcionals li confereixen avantatges irreemplaçables en el reforç de cables òptics, la protecció balística i altres camps.
Meta-Aramida
La meta-aramida, o poli(m-fenilenoisoftalamida) (PMTA), també coneguda a la Xina com a Aramida 1313, és una fibra orgànica resistent a altes temperatures líder. La seva estructura molecular consisteix en grups amida que uneixen anells de meta-fenilè, formant una cadena lineal en ziga-zaga estabilitzada per forts enllaços d'hidrogen intermoleculars en una xarxa 3D. Aquesta estructura confereix a la fibra una excel·lent resistència a la flama, estabilitat tèrmica i resistència a la radiació. Un producte típic és el Nomex® de DuPont, amb un índex límit d'oxigen (LOI) de 28-32, una temperatura de transició vítria d'uns 275 °C i una temperatura de servei continu superior a 200 °C, cosa que la fa àmpliament utilitzada en cables resistents al foc i materials d'aïllament d'alta temperatura.
Propietats excepcionals de la fibra d'aramida
La fibra d'aramida ofereix una resistència ultra alta, un mòdul elevat, resistència a la calor, resistència a àcids i àlcalis, baix pes, aïllament, resistència a l'envelliment, un cicle de vida llarg, estabilitat química, sense gotes foses durant la combustió i emissions de gasos no tòxics. Des de la perspectiva d'una aplicació de cable, la para-aramida supera la meta-aramida en resistència tèrmica, amb un rang de temperatura de servei continu de -196 a 204 °C i sense descomposició ni fusió a 500 °C. Les propietats més destacades de la para-aramida inclouen una resistència ultra alta, un mòdul elevat, resistència a la calor, resistència química i baixa densitat. La seva resistència supera els 25 g/dtex, de 5 a 6 vegades la de l'acer d'alta qualitat, 3 vegades la de la fibra de vidre i el doble que el fil industrial de niló d'alta resistència. El seu mòdul és de 2 a 3 vegades el de l'acer o la fibra de vidre i 10 vegades el del niló d'alta resistència. És el doble de resistent que el filferro d'acer i només pesa aproximadament 1/5, cosa que la fa especialment adequada per al seu ús com a reforç en cables òptics, cables submarins i altres tipus de cables d'alta gamma.
Propietats mecàniques de la fibra d'aramida
La meta-aramida és un polímer flexible amb una resistència a la ruptura superior a la del polièster, cotó o niló ordinaris. Té una alta velocitat d'elongació, un tacte suau, una bona filabilitat i es pot produir en fibres curtes o filaments de diferents deniers. Es pot filar en teixits i no teixits utilitzant maquinària tèxtil estàndard i processar-lo per satisfer les necessitats de roba de protecció de diverses indústries. En l'aïllament elèctric, destaquen les propietats ignífugues i resistents a la calor de la meta-aramida. Amb un LOI superior a 28, no continuarà cremant després de deixar la flama. La seva resistència a la flama és intrínseca a la seva estructura química, cosa que la fa permanentment ignífuga, és a dir, resistent a la pèrdua de rendiment a causa del rentat o l'ús a llarg termini. La meta-aramida té una excel·lent estabilitat tèrmica, amb un ús continu a 205 °C i una forta retenció de la resistència fins i tot a temperatures superiors a 205 °C. La seva temperatura de descomposició és alta i no es fon ni degota a altes temperatures, només comença a carbonitzar-se per sobre dels 370 °C. Aquestes propietats la fan ideal per a l'aïllament i el reforç en cables d'alta temperatura o resistents al foc.
Estabilitat química de la fibra d'aramida
La meta-aramida té una excel·lent resistència a la majoria de productes químics i àcids inorgànics concentrats, tot i que és sensible als àcids sulfúric i nítric concentrats. També té una bona resistència als àlcalis a temperatura ambient.
Resistència a la radiació de la fibra d'aramida
La metaaramida presenta una resistència a la radiació excepcional. Per exemple, sota una exposició prolongada a llum ultraviolada d'1,2 × 10⁻² W/cm² i raigs gamma d'1,72 × 10⁸ rad, la seva resistència es manté inalterada. Aquesta excepcional resistència a la radiació la fa especialment adequada per a cables utilitzats en centrals nuclears i naus espacials.
Durabilitat de la fibra d'aramida
La meta-aramida també mostra una excel·lent resistència a l'abrasió i als productes químics. Després de 100 rentats, el teixit fet de meta-aramida de producció nacional conserva més del 85% de la seva resistència original al trencament. En aplicacions de cables, aquesta durabilitat garanteix una estabilitat del rendiment mecànic i elèctric a llarg termini.
Aplicacions de la fibra d'aramida
La fibra d'aramida s'utilitza àmpliament en les indústries aeroespacial, automobilística, electromecànica, de la construcció i esportiva de la Xina a causa de les seves excel·lents propietats mecàniques, resistència a altes temperatures i estabilitat química. Es considera un material clau per al desenvolupament futur d'indústries d'alt rendiment. En particular, l'aramida juga un paper irreemplaçable en els camps dels cables òptics de comunicació, els cables d'alimentació, els cables resistents a altes temperatures, els cables submarins i els cables especials.
Camps aeroespacial i militar
La fibra d'aramida presenta baixa densitat, alta resistència i excel·lent resistència a la corrosió. S'aplica àmpliament en components estructurals de vehicles aeroespacials, com ara carcasses de motors de coets i estructures de radom de banda ampla. Els seus materials compostos presenten una excel·lent resistència a l'impacte i transparència a les ones electromagnètiques, cosa que redueix significativament el pes de les aeronaus i millora la seguretat. En el sector de la defensa, l'aramida s'utilitza en armilles antibales, cascos i contenidors resistents a explosions, cosa que la converteix en un material líder per a la propera generació de protecció militar lleugera.
Camps de la construcció i el transport
En la indústria de la construcció, la fibra d'aramida s'utilitza per al reforç estructural i els sistemes de cables de ponts a causa del seu pes lleuger, flexibilitat i resistència a la corrosió. És especialment eficaç en el reforç d'estructures irregulars. En el transport, l'aramida s'aplica en teixits de cordó de pneumàtics per a automòbils i avions. Els pneumàtics reforçats amb aramida ofereixen una alta resistència, resistència a les punxades, resistència a la calor i una llarga vida útil, satisfent les demandes de rendiment dels vehicles i avions d'alta velocitat moderns.
Indústria elèctrica, electrònica i de cables
La fibra d'aramida té aplicacions particularment destacades en els sectors elèctric, electrònic i de fabricació de filferros i cables, especialment en les àrees següents:
Membres tensors en cables òptics: Amb una alta resistència a la tracció i un mòdul elàstic, la fibra d'aramida serveix com a membre tensor en cables òptics de comunicació, protegint les fibres òptiques delicades de la deformació sota tensió i garantint una transmissió estable del senyal.
Reforç en cables: En cables especials, cables submarins, cables d'alimentació i cables resistents a altes temperatures, l'aramida s'utilitza habitualment com a element de reforç central o capa d'armadura. En comparació amb els reforços metàl·lics, l'aramida ofereix una resistència superior amb un pes inferior, cosa que millora considerablement la resistència a la tracció i l'estabilitat mecànica del cable.
Aïllament i resistència a la flama: Els compostos d'aramida posseeixen una excel·lent estabilitat dielèctrica i tèrmica. S'utilitzen àmpliament en capes d'aïllament de cables, jaquetes ignífugues i revestiments de baixa emissió de fums sense halògens. El paper d'aramida, després d'impregnar-se amb vernís aïllant, es combina amb mica natural per al seu ús en motors i transformadors resistents a altes temperatures.
Cables resistents al foc i de trànsit ferroviari: La resistència inherent a les flames i la tolerància a la calor de la fibra d'aramida la fan ideal per al seu ús en cables a bord, cables de trànsit ferroviari i cables resistents al foc de grau nuclear, on els estàndards de seguretat són estrictes.
EMC i alleugeriment: l'excel·lent transparència electromagnètica i la baixa constant dielèctrica de l'aramida la fan adequada per a capes de blindatge EMI, radomes de radar i components d'integració optoelectrònica, cosa que ajuda a millorar la compatibilitat electromagnètica i reduir el pes del sistema.
Altres aplicacions
A causa del seu alt contingut en anells aromàtics, la fibra d'aramida ofereix una estabilitat química i una resistència a la corrosió excepcionals, cosa que la fa adequada per a cordes marines, cables de perforació petroliera i cables òptics de transmissió aèria en entorns durs. També s'utilitza àmpliament en equipament esportiu de primera qualitat, equips de protecció i pastilles de fre per a automòbils, i s'està adoptant cada cop més com a alternativa respectuosa amb el medi ambient a l'amiant en aplicacions de segellat i aïllament, panells d'aïllament tèrmic i altres components de segellat, garantint tant el rendiment com la seguretat ambiental.
Data de publicació: 31 de juliol de 2025