चार उच्च-प्रदर्शन वाले रेशों में से एक: एरामिड फाइबर

एरोमैटिक पॉलीएमाइड फाइबर का संक्षिप्त रूप, एरामिड फाइबर, चीन में विकास के लिए प्राथमिकता प्राप्त चार उच्च-प्रदर्शन फाइबरों में से एक है। इनमें कार्बन फाइबर, अति-उच्च आणविक भार पॉलीइथिलीन फाइबर (UHMWPE) और बेसाल्ट फाइबर भी शामिल हैं। साधारण नायलॉन की तरह, एरामिड फाइबर भी पॉलीएमाइड फाइबर परिवार से संबंधित है, जिसकी मुख्य आणविक श्रृंखला में एमाइड बॉन्ड होते हैं। मुख्य अंतर बॉन्डिंग में निहित है: नायलॉन के एमाइड बॉन्ड एलिफैटिक समूहों से जुड़े होते हैं, जबकि एरामिड के बॉन्ड बेंजीन रिंगों से जुड़े होते हैं। यह विशेष आणविक संरचना एरामिड फाइबर को अत्यंत उच्च अक्षीय शक्ति (>20cN/dtex) और मापांक (>500GPa) प्रदान करती है, जिससे यह उच्च-स्तरीय केबलों को सुदृढ़ करने के लिए पसंदीदा सामग्री बन जाता है।

एरामिड फाइबर के प्रकार

एरामिड फाइबरमुख्य रूप से इसमें पूर्णतः एरोमैटिक पॉलीएमाइड फाइबर और हेटेरोसाइक्लिक एरोमैटिक पॉलीएमाइड फाइबर शामिल हैं, जिन्हें आगे ऑर्थो-एरामाइड, पैरा-एरामाइड (PPTA) और मेटा-एरामाइड (PMTA) में वर्गीकृत किया जा सकता है। इनमें से मेटा-एरामाइड और पैरा-एरामाइड का औद्योगीकरण किया गया है। आणविक संरचना के दृष्टिकोण से, इन दोनों के बीच मुख्य अंतर बेंजीन रिंग में उस कार्बन परमाणु की स्थिति में निहित है जिससे एमाइड बॉन्ड जुड़ा होता है। इस संरचनात्मक अंतर के कारण यांत्रिक गुणों और ऊष्मीय स्थिरता में महत्वपूर्ण अंतर देखने को मिलता है।

पैरा aramid

पैरा-अरामिड, या पॉली(पी-फेनिलीन टेरेफ्थालामाइड) (पीपीटीए), जिसे चीन में अरामिड 1414 के नाम से भी जाना जाता है, एक रेखीय उच्च बहुलक है जिसके 85% से अधिक एमाइड बंध सीधे एरोमैटिक रिंग से जुड़े होते हैं। व्यावसायिक रूप से सबसे सफल पैरा-अरामिड उत्पाद ड्यूपॉन्ट का केव्लर® और तेइजिन का ट्वारोन® हैं, जो वैश्विक बाजार में अग्रणी हैं। यह तरल क्रिस्टलीय बहुलक कताई घोल का उपयोग करके उत्पादित पहला फाइबर था, जिसने उच्च-प्रदर्शन सिंथेटिक फाइबर के एक नए युग की शुरुआत की। यांत्रिक गुणों के संदर्भ में, इसकी तन्यता शक्ति 3.0-3.6 जीपीए, प्रत्यास्थता मापांक 70-170 जीपीए और विखंडन पर बढ़ाव 2-4% तक पहुंच सकता है। ये असाधारण विशेषताएं इसे ऑप्टिकल केबल सुदृढ़ीकरण, बैलिस्टिक सुरक्षा और अन्य क्षेत्रों में अपूरणीय लाभ प्रदान करती हैं।

मेटा aramid

मेटा-अरामिड, या पॉली(एम-फेनिलीन आइसोफ्थालामाइड) (पीएमटीए), जिसे चीन में अरामिड 1313 के नाम से भी जाना जाता है, एक प्रमुख उच्च-तापमान प्रतिरोधी कार्बनिक तंतु है। इसकी आणविक संरचना में एमाइड समूह मेटा-फेनिलीन रिंगों को जोड़ते हैं, जिससे एक ज़िगज़ैग रैखिक श्रृंखला बनती है जो त्रि-आयामी नेटवर्क में मजबूत अंतर-आणविक हाइड्रोजन बंधों द्वारा स्थिर होती है। यह संरचना तंतु को उत्कृष्ट ज्वाला मंदता, ऊष्मीय स्थिरता और विकिरण प्रतिरोध प्रदान करती है। इसका एक विशिष्ट उत्पाद ड्यूपॉन्ट का नोमेक्स® है, जिसका सीमित ऑक्सीजन सूचकांक (एलओआई) 28-32 है, कांच संक्रमण तापमान लगभग 275°C है और निरंतर सेवा तापमान 200°C से ऊपर है, जिसके कारण इसका व्यापक रूप से अग्निरोधी केबलों और उच्च-तापमान इन्सुलेशन सामग्रियों में उपयोग किया जाता है।

एरामिड फाइबर के उत्कृष्ट गुण

एरामिड फाइबर अत्यंत उच्च शक्ति, उच्च मापांक, ताप प्रतिरोध, अम्ल और क्षार प्रतिरोध, कम वजन, इन्सुलेशन, उम्र बढ़ने के प्रतिरोध, लंबे जीवन चक्र, रासायनिक स्थिरता, दहन के दौरान पिघले हुए कणों का न निकलना और गैर-विषाक्त गैस उत्सर्जन जैसे गुण प्रदान करता है। केबल अनुप्रयोग के दृष्टिकोण से, पैरा-एरामिड तापीय प्रतिरोध में मेटा-एरामिड से बेहतर प्रदर्शन करता है, जिसका निरंतर सेवा तापमान -196 से 204°C तक होता है और 500°C पर भी इसका अपघटन या पिघलना नहीं होता है। पैरा-एरामिड के सबसे उल्लेखनीय गुणों में अत्यंत उच्च शक्ति, उच्च मापांक, ताप प्रतिरोध, रासायनिक प्रतिरोध और कम घनत्व शामिल हैं। इसकी शक्ति 25 g/dtex से अधिक है—जो उच्च गुणवत्ता वाले स्टील से 5 से 6 गुना, फाइबरग्लास से 3 गुना और उच्च शक्ति वाले नायलॉन औद्योगिक धागे से दोगुनी है। इसका मापांक स्टील या फाइबरग्लास से 2-3 गुना और उच्च शक्ति वाले नायलॉन से 10 गुना अधिक है। यह स्टील के तार की तुलना में दोगुना मजबूत होता है और इसका वजन लगभग 1/5 ही होता है, जिससे यह ऑप्टिकल केबल, पनडुब्बी केबल और अन्य उच्च-स्तरीय केबल प्रकारों में सुदृढ़ीकरण के रूप में उपयोग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त होता है।

एरामिड फाइबर के यांत्रिक गुण

मेटा-अरामिड एक लचीला बहुलक है जिसकी टूटने की क्षमता सामान्य पॉलिएस्टर, कपास या नायलॉन से अधिक होती है। इसमें उच्च खिंचाव दर, मुलायम स्पर्श, अच्छी कताई क्षमता होती है और इसे विभिन्न डेनियर के छोटे रेशों या तंतुओं में उत्पादित किया जा सकता है। इसे मानक वस्त्र मशीनों का उपयोग करके कपड़े और गैर-बुने हुए वस्त्रों में काता जा सकता है और विभिन्न उद्योगों की सुरक्षात्मक परिधान आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए संसाधित किया जा सकता है। विद्युत इन्सुलेशन में, मेटा-अरामिड के ज्वाला-रोधी और ताप-प्रतिरोधी गुण उत्कृष्ट हैं। 28 से अधिक LOI के साथ, यह लौ से दूर होने के बाद जलना जारी नहीं रखता है। इसकी ज्वाला प्रतिरोधकता इसकी रासायनिक संरचना में अंतर्निहित है, जो इसे स्थायी रूप से ज्वाला-रोधी बनाती है - धुलाई या दीर्घकालिक उपयोग के कारण प्रदर्शन में कमी के प्रति प्रतिरोधी। मेटा-अरामिड में उत्कृष्ट तापीय स्थिरता होती है, 205°C पर निरंतर उपयोग के साथ और 205°C से ऊपर के तापमान पर भी इसकी मजबूती बरकरार रहती है। इसका अपघटन तापमान उच्च होता है, और यह उच्च तापमान पर पिघलता या टपकता नहीं है, केवल 370°C से ऊपर कार्बनीकरण शुरू होता है। इन गुणों के कारण यह उच्च तापमान या अग्निरोधी केबलों में इन्सुलेशन और सुदृढ़ीकरण के लिए आदर्श है।

एरामिड फाइबर की रासायनिक स्थिरता

मेटा-अरामिड अधिकांश रसायनों और सांद्र अकार्बनिक अम्लों के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरोधकता रखता है, हालांकि यह सांद्र सल्फ्यूरिक और नाइट्रिक अम्लों के प्रति संवेदनशील होता है। कमरे के तापमान पर इसमें क्षार प्रतिरोधकता भी अच्छी होती है।

एरामिड फाइबर की विकिरण प्रतिरोधकता

मेटा-अरामिड असाधारण विकिरण प्रतिरोध क्षमता प्रदर्शित करता है। उदाहरण के लिए, 1.2×10⁻² W/cm² पराबैंगनी प्रकाश और 1.72×10⁸ रेडियन गामा किरणों के दीर्घकालिक संपर्क में रहने पर भी इसकी मजबूती अपरिवर्तित रहती है। यह उत्कृष्ट विकिरण प्रतिरोध क्षमता इसे परमाणु ऊर्जा स्टेशनों और अंतरिक्ष यानों में उपयोग होने वाले केबलों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाती है।

एरामिड फाइबर की टिकाऊपन

मेटा-अरामिड उत्कृष्ट घर्षण और रासायनिक प्रतिरोध भी प्रदर्शित करता है। 100 धुलाई के बाद भी, घरेलू स्तर पर उत्पादित मेटा-अरामिड से बना कपड़ा अपनी मूल फटने की क्षमता का 85% से अधिक बरकरार रखता है। केबल अनुप्रयोगों में, यह स्थायित्व दीर्घकालिक यांत्रिक और विद्युत प्रदर्शन स्थिरता सुनिश्चित करता है।

एरामिड फाइबर के अनुप्रयोग

उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों, उच्च तापमान प्रतिरोध और रासायनिक स्थिरता के कारण एरामिड फाइबर का उपयोग चीन के एयरोस्पेस, ऑटोमोटिव, इलेक्ट्रोमैकेनिकल, निर्माण और खेल उद्योगों में व्यापक रूप से किया जाता है। इसे उच्च-प्रदर्शन उद्योगों के भविष्य के विकास के लिए एक महत्वपूर्ण सामग्री माना जाता है। विशेष रूप से, संचार ऑप्टिकल केबल, पावर केबल, उच्च तापमान प्रतिरोधी केबल, पनडुब्बी केबल और विशेष केबल के क्षेत्र में एरामिड की अपरिहार्य भूमिका है।

एयरोस्पेस और सैन्य क्षेत्र

एरामिड फाइबर कम घनत्व, उच्च शक्ति और उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध जैसे गुणों से युक्त है। इसका व्यापक उपयोग रॉकेट मोटर केसिंग और ब्रॉडबैंड रेडोम संरचनाओं जैसे एयरोस्पेस वाहनों के संरचनात्मक घटकों में किया जाता है। इसके मिश्रित पदार्थ उत्कृष्ट प्रभाव प्रतिरोध और विद्युत चुम्बकीय तरंग पारदर्शिता प्रदर्शित करते हैं, जिससे विमान का वजन काफी कम हो जाता है और सुरक्षा बढ़ जाती है। रक्षा क्षेत्र में, एरामिड का उपयोग बुलेटप्रूफ जैकेट, हेलमेट और विस्फोट-रोधी कंटेनरों में किया जाता है, जिससे यह अगली पीढ़ी के हल्के सैन्य सुरक्षा उपकरणों के लिए एक अग्रणी सामग्री बन गया है।

निर्माण और परिवहन क्षेत्र

निर्माण उद्योग में, एरामिड फाइबर का उपयोग संरचनात्मक सुदृढ़ीकरण और पुल केबल प्रणालियों के लिए किया जाता है, क्योंकि यह हल्का, लचीला और संक्षारण प्रतिरोधी होता है। यह विशेष रूप से अनियमित संरचनाओं को सुदृढ़ करने में प्रभावी है। परिवहन में, एरामिड का उपयोग ऑटोमोबाइल और विमानों के टायर कॉर्ड फैब्रिक में किया जाता है। एरामिड-प्रबलित टायर उच्च शक्ति, पंचर प्रतिरोध, ताप प्रतिरोध और लंबी सेवा आयु प्रदान करते हैं, जो आधुनिक उच्च गति वाले वाहनों और विमानों की प्रदर्शन संबंधी आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

विद्युत, इलेक्ट्रॉनिक्स और केबल उद्योग

एरामिड फाइबर का विशेष रूप से विद्युत, इलेक्ट्रॉनिक्स और तार एवं केबल निर्माण क्षेत्रों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है, विशेष रूप से निम्नलिखित क्षेत्रों में:

ऑप्टिकल केबलों में तन्यता घटक: उच्च तन्यता शक्ति और मापांक के साथ, एरामिड फाइबर संचार ऑप्टिकल केबलों में तन्यता घटक के रूप में कार्य करता है, जो नाजुक ऑप्टिकल फाइबर को तनाव के तहत विरूपण से बचाता है और स्थिर सिग्नल संचरण सुनिश्चित करता है।

केबलों में सुदृढ़ीकरण: विशेष प्रकार के केबलों, पनडुब्बी केबलों, बिजली केबलों और उच्च तापमान प्रतिरोधी केबलों में, एरामिड का उपयोग आमतौर पर केंद्रीय सुदृढ़ीकरण तत्व या कवच परत के रूप में किया जाता है। धातु सुदृढ़ीकरण की तुलना में, एरामिड कम वजन पर बेहतर मजबूती प्रदान करता है, जिससे केबल की तन्यता शक्ति और यांत्रिक स्थिरता में काफी वृद्धि होती है।

इन्सुलेशन और अग्निरोधक क्षमता: एरामिड कंपोजिट में उत्कृष्ट परावैद्युत और ऊष्मीय स्थिरता होती है। इनका व्यापक रूप से केबल इन्सुलेशन परतों, अग्निरोधक जैकेटों और हैलोजन-मुक्त कम-धुएं वाले आवरणों में उपयोग किया जाता है। इन्सुलेटिंग वार्निश से लेपित एरामिड पेपर को प्राकृतिक अभ्रक के साथ मिलाकर उच्च तापमान प्रतिरोधी मोटरों और ट्रांसफार्मरों में उपयोग किया जाता है।

अग्निरोधी और रेल परिवहन केबल: एरामिड फाइबर की अंतर्निहित ज्वाला प्रतिरोधकता और ताप सहनशीलता इसे जहाज पर लगे केबलों, रेल परिवहन केबलों और परमाणु-ग्रेड अग्निरोधी केबलों में उपयोग के लिए आदर्श बनाती है, जहां सुरक्षा मानक सख्त होते हैं।

ईएमसी और हल्कापन: एरामिड की उत्कृष्ट विद्युत चुम्बकीय पारदर्शिता और कम परावैद्युत स्थिरांक इसे ईएमआई परिरक्षण परतों, रडार रेडोम और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकीकरण घटकों के लिए उपयुक्त बनाते हैं, जिससे विद्युत चुम्बकीय अनुकूलता में सुधार करने और सिस्टम के वजन को कम करने में मदद मिलती है।

अन्य अनुप्रयोग

उच्च एरोमैटिक रिंग सामग्री के कारण, एरामिड फाइबर उत्कृष्ट रासायनिक स्थिरता और संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है, जिससे यह कठोर वातावरण में समुद्री रस्सियों, तेल ड्रिलिंग केबलों और ओवरहेड ट्रांसमिशन ऑप्टिकल केबलों के लिए उपयुक्त है। इसका व्यापक रूप से प्रीमियम खेल उपकरणों, सुरक्षात्मक गियर और ऑटोमोटिव ब्रेक पैड में भी उपयोग किया जाता है, और सीलिंग और इन्सुलेशन अनुप्रयोगों, थर्मल इन्सुलेशन पैनलों और अन्य सीलिंग घटकों में एस्बेस्टस के पर्यावरण के अनुकूल विकल्प के रूप में इसे तेजी से अपनाया जा रहा है, जो प्रदर्शन और पर्यावरणीय सुरक्षा दोनों सुनिश्चित करता है।