Aramid lifleri
  • Aramid lifleri

    Aromatik Polyamidler sınıfı alifatik polyamidlerden tamamen farklı özellikler gösterdiği için bunlara Amerika Federal Ticaret Komisyonu tarafından 1974 ‘de “Aramid” ismi verilmiştir. Ticari olarak ilk Aramid lifi A.B.D.’de DuPont tarafından 1965’te tanıtılmıştır. Bu meta-aramid’in ismi Nomex’ti. McIntyre yüksek performanslı lifleri genel olarak iki gruba ayırmıştır.

    • Birinci grup alev almaz lifleri,
    • İkinci grup yüksek mukavemetli ve modüllü lifleri

    Kapsamaktadır.

    Aramidler grubunda her iki sınıfa da uyabilecek lifler bulunmaktadır. Şu anda ticari başarı gösterebilmiş iki çeşit aramid bulunmaktadır. Bunların ikisi de teknik olarak yüksek performans liflerine girer. Birinci grup yine meta-aramid gruba girer ve orta bir modül ve mukavemete sahip olmasına rağmen mükemmel bir ısı dayanımı vardır. 600 –800 C ‘ye kadar bozunma veya erime gözlenmez. Isıya ve elektriğe karşı koruma gereken kullanımlarda mükemmel bir performans sergiler. Dupont’un Nomex’i ve Teijin firmasının Conex’i buna örnektir. Bu aramidler McIntyre’ın ilk sınıfına koyulabilir.

    İkinci sınıfa giren aramidler ise DuPont’un 1970’lerin başında tanıttığı para aramid liflerinden Kevlar’ dır. Bu lif yüksek modüllü ve mukavemetli lifler sınıfında yüksek sıcaklığa da dayanabilen bir lif olarak göze çarpıyordu. O günkü piyasa koşullarında “asbest gibi ısıya dayanıklı ve cam kadar sert” bir elyaf üretmek piyasadaki büyük bir boşluğu dolduruyordu.1992 yılında p-aramid liflerinin toplam tüketimi 18.000 ton idi. Bu büyük bir rakam gibi görünmesine rağmen o günkü kapasitenin ancak yarısına eşitti. Dupont’un aramidleri poly (p-phenylene terephalamide) yapıtaşlı olup çeşitli özelliklerde tipleri bulunmaktadır. Bunlar:

    Kevlar 29,

    Kevlar 49,

    Kevlar 149

    Kevlar 981

    Dir.

    Dupont dışına Akzo Nobel firması Twaron adlı ürünüyle Teijin firması da kopolimer bir aramid olan Technora ile piyasaya dahil oldu. Technora poly (p-phenylene terephthalamide) ile poly (3,4-oksidiphenylene terephthalamide) ‘in kopolimerleşmesinden oluşuyordu. Bu sektörde sonraları Hoechst de Technora’ya yapı olarak çok benzeyen bir ürün ile piyasaya dahil oldu.

    Meta-Aramidler

    Meta – aramidler genelde ısıl dayanımları ile göze çarpan liflerdir. Bu yüzden ısı ve aleve dayanıklı koruyucu elbiselerin üretiminde ve çeşitli ısıl ve elektriksel isolasyon uygulamalarında sıkça kullanılırlar. Bu liflerin en önemlisi DuPont firmasının ürettiği Nomex’tir. Teijin firması da Conex isimli bir ürün ile bu piyasada yer almaktadır.

    Para-Aramidler

    Para – aramidler genellikle yüksek mukavemet gerektiren uygulamalarda kullanım alanı bulmuşlardır.

     

    teknik3

     

    Kevlar para-phenylene diamine ve terephthaloyl klorit’ten üretilmektedir. Bu maddeler önce bir çözücü ile eritilerek daha sonra üzerlerine kuvvetli bir asit olan H2SO4 ilave edilir. Bu karışımın konsantrasyonu çok önemlidir. Genel olarak konsantrasyon artışı ile , oluşan lifin mukavemeti , doğru orantılı olarak artar. Fakat mukavemet konusunda çekim prosesi ve viskozite de dikkate alınması gereken hususlardır. Bu eriyikten 70 – 90 OC sıcaklıkta filamentler çekilir. Buradan sonra kısa bir havalandırmayı izleyen koagülasyon banyosuna tabi tutulurlar. Bu banyo su veya dilute sülfürik asit’ten oluşabilir. Banyo sıcaklığının 25 OC olması uygundur.

    Çok yüksek mukavemetli lif üretilmek istenirse bu sıcaklı 5 OC gibi arttırılabilir. Bu banyodan sonra lifler yıkanır, kurutulur ve bobine sarılır. Müteakip ısıl işlem Kevlara değişik şekillerde uygulanabilir. Genelde ısıl işlem, gergin haldeki materyalin sıcak nitrojen gibi bir sakin atmosfer içinden 150 – 550 santigrat derecelerde geçmesi ile uygulanır. Isıl işlem şartları mukavemet özelliklerine direkt olarak etkimektedir.

    Technora, para-phenylene diamine ve 3-4 ODA (diaminodiphenylether) ‘in terephthaloyl klorit ile çözelti işinde tepkimesi ve polikondensasyonu ile oluşur. Bu karışım Ca (OH)2 veya CaO ile çekime uygun sabit bir eriyik elde etmek için nötralize edilir. Çekim işlemi N-Metil Pyrrolidone veya Kalsiyum Klorit içeren sulu bir koagülasyon banyosu içerisinde ve yüksek sıcaklıkta yapılır. Bu sıcaklık 500 OC civarındadır ve çekim oranı yaklaşık 10’dur.

    P-aramidler ticari olarak çeşitli yapılarda bulunabilmektedirler. PPTA [Poly (p-phenylene terephtalamide)] * diğer sentetik liflere nazaran çok daha az esnek bir liftir. Normalde p-aramid erimez ve herhangi bir çözelti içinde çözünmez. PPTA lifleri yüksek kristal yapılardır. PPTA molekülünün rijit lineerliği ile amid gruplarının düzgün yerleşimi hidrojen bağları için iyi bir ortam sağlamakta ve yüksek kristal bir yapıya olanak vermektedir.

    Aromatik zincirin Para – yerleştirilmiş bağları sadece çok az bir miktar esnekliğe izin vermektedir. Ayrıca karbon nitrojen arası bağlar çift bağ karakteri göstererek moleküle dönme rijitliği kazandırmaktadır. Lif üretimi sırasında polimer eriyiği çok yüksek bir çekime uğratılarak oryantasyon ve kristalizasyon maksimize edilir.

    P-aramidlerin kristalliğine etki eden bir unsur da kristal dizilimidir. Radyal kristal yapı kuru-jet ıslak çekim sistemi ile elde edilen aromatik polyamid liflerin genel yapısıdır ve sadece bu liflere özgüdür. Bu yapı hiçbir sentetik elyaf için elde edilememiştir.

    Diğer bütün yüksek oryantasyonlu lifler genelde en üstte gösterilen dağınık bir yapıya sahiptirler.

    P-aramid liflerin özelliklerini etkileyen en önemli faktör son kullanım amaçlarıdır. Zira son kullanım amacına göre lif özellikleri belirlenir ve buna uygun lif seçilir. Bu konuda lif yapısı ile mekanik özellikler arası ilişkiyi anlamak önemlidir. Mukavemet, uzama, sertlik gibi özellikler üzerinde ufak değişiklikler yapılarak lif son kullanıma daha uygun bir hale getirilebilir.

    Örneğin PPTA’nın teorik modülü 1500 dN/tex iken bugün ticari olarak üretilen lifler 440 – 900 dN/tex değerleri arasında değişmektedir. Bu üretim sırasındaki çekim gerilimi ve sıcaklığın değişik olmasından kaynaklanmaktadır. Ayrıca teorik olarak p-aramidlerin mukavemetleri 120 dN/tex civarındadır. Fakat ticari olarak üretilen p-aramidlerin ortalama mukavemeti 21 dN/tex’dir. 25 dN/tex mukavemetli tipler uzay endüstrisinde kullanılmaktadır.

    P-aramidleri ‘asbest kadar ısıya dayanıklı ve cam kadar sert’ olarak tanımlanmıştır. Bu özellikler sayesinde p-aramidler çeşitli uygulama alanları bulmuşlardır. Diğer lifler gibi p-aramidlerin de kopma mukavemetleri molekül ağırlıklarına, kristalliğe, moleküler oryantasyona ve moleküler yapıdaki çeşitli hataların olup olmamasına bağlıdır. Fakat diğer liflerin aksine p-aramidlerin mukavemetleri dış kabuk ve merkez yapılarına da bağlıdır. Bununla açıklanmak istenen oryantasyon açısı, para-kristallik gibi değerlerdir. X-ışını çalışmalarında para-kristallik değişim faktörü ile Kevlar’ın mukavemeti arasında bir ters orantı olduğunu görülmüştür. Araştırmalar çok yüksek mukavemet istenen bir bir paramid lifi için bu oryantasyon açısının 12o ‘nin altında olması gerektiğini göstermiştir. Gerilim altında uygulanan ısıl işlemler aramidlerin kristalliğini arttırmaktadır. Bu tip yöntemlerle mekanik özellikleri daha iyi aramidler elde edilmiştir. Örneğin Kevlar 981 en yüksek mukavemetli Kevlar türevidir.

    PPTA’dan üretilen liflerin diğer sentetik lifler gibi belli bir camsı geçiş sıcaklığı bulunmamaktadır. Fakat lifler gerilim altında yapılan ısıl işlemlerden etkilenirler. Aynı sıcaklıkta çekilen diğer lifler gibi kuru-jet ıslak çekim metodu ile üretilen bir aramid lifini gererek çekmek mümkün değildir. En fazlası ile 500 OC gibi sıcaklıklarda %5’lik bir çekme elde edilebilir. Bu şartlar altında aramid lifinin oryantasyonu (12-15O ‘den 9O ve altına) ve kristalizasyonu halen arttırılabilecek durumdadır. Bu şekilde elde edilen en büyük artış modüldedir. (500 dN/tex’den 900 dN/tex’e kadar).

     

    teknik4

     

    PPTA molekülü %8 – 9’luk Sülfirik asit çözeltisinde optik ve izotropik olmayan bir çözülmeye uğrar. %20’lik bir çözelti içine 90 OC ‘de çekim için uygundur. Kuru-Jet Islak çekimde, germe işlemi çekim ile aynı sıcaklıkta yapılsa bile yüksek mukavemetli ve modüllü lif elde edilmektedir. Bu maliyetlerin düşmesini de sağlamaktadır. İstenen lif özelliklerine bağlı olarak moleküler yapı çeşitli şekillerde değiştirilebilir.

     

    teknik5

     

     

    teknik6

     

     

    Yazan Pazar, 05 Nisan 2020 15:22 in Tekstil Lifleri Okunma 94 defa