آشنایی با الیاف بالستیکی پیشرفته

الیاف پیشرفته در زمینه هایی که مقاومت حرارتی ، شیمیایی و استحکامی بالا نیاز باشد ، کاربردهای فراوانی دارند. از جمله این کاربردها می توان به مواد کامپوزیت کم وزن مورد استفاده در هواپیما ، جلیقه های ضد گلوله ، لباس های ضد آتش و ضد چاقو اشاره نمود. همچنین این الیاف برای تولید نخ ماهیگیری ، طناب کوهنوردی ، طناب تفنگداران دریایی ،لباس های دریایی و غیره استفاده شود.

مهمترین الیاف پیشرفته

الیاف شیشه

قدیمی ترین و مشهورترین الیاف پیشرفته ، الیاف شیشه هستند . الیاف شیشه ، نسبتا غیرقابل انعطاف بوده و برای مصارف نساجی مناسب نمی باشد . با این حال این الیاف در موارد مختلفی مثل عایق کاری ، پارچه های ضد آتش ، مواد تقویت کننده کامپوزیت های پلاستیک و غیره کاربرد دارند.در سال های اخیر با تولید الیاف شیشه با ویژگی های مختلف ، تحولی در تولید و کاربرد این الیاف رخ داده است.

الیاف کربن

الیاف پیشرفته دیگری که بسیار مورد توجه است الیاف کربن می باشد. با افزودن این الیاف به پلیمرها استحکام آن ها افزایش می یابد و کامپوزیت هادی جریان الکتریسیته و مقاوم در برابر مواد شیمیایی و حراراتی تولید می شود.مهمترین شاخصی که بروی خواص الیاف کربن اثر گذار است .درجه کربونیزاسیون و آرایش یافتگی صفحه های لایه ای کربن می باشد.الیاف کربن از خالص سازی الیاف ریون ، الیاف اکریلیک و یا قیر ساخته می شود.

الیاف پیشرفته آروماتیکی دارای زنجیره پلیمری سخت

مشهورترین الیاف پیشرفته سنتزی آلی ، آرامیدها هستند که همانند نایلون از خانواده ی پلی آمیدها بوده و از اسید و آمین سنتز می شوند.از این دسته نومکس را می توان نام برد. خواص بی نظیر نومکس از حلقه آروماتیکی بدست می آید . به علت پایداری حلقه های آروماتیک و همچنین استحکام بیشتر گروه های آمیدی در این ساختار ، آرامیدها استحکام و مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به پلی آمیدهای آلیفاتیک دارند.الیاف پارا آرامید (با نام های تجاری کولار و توآرون) که از ترفتالیک اسید و پارافنیلن دی آمین ساخته شده اند نسبت به الیاف متا آرامید با نام تجاری نومکس استحکام و مقاومت حرارتی بالاتری دارند. مقاومت بالای الیاف پارا آمید آن ها را برای تهیه لباس های ضد گلوله  مناسب می کند.

در تجاری سازی این الیاف ؛ کولار 129 الیاف آرامیدی با ظرافت بالاست که برای افزایش انعطاف پذیری و راحتی در دهه 1980 معرفی شد . این الیاف بیشتر برای گلوله های 9 میلی متری کاملا فلزی طراحی شده بود. متداولترین الیاف برای استفاده های نظامی و مقاوم در برابر گلوله ها و ترکش های KM2 می باشد.این الیاف در زره های نظامی ارتش آمریکا استفاده می شوند.

شرکت تیجین ، انواع مختلفی از توآرون تیجین را برای تولید پوشاک مقاوم در برابر ضربات باستیکی تولید می کند . اولین تولیدات استاندارد تیجین در سال 1986معرفی شد . آخرین نسل تیجین CT میکروفیلامنت میباشد. این محصول 50٪ فیلامنت بیشتری در مقایسه با سایر نخ ها دارد در حالی که وزن آن معادل نخ های آرامیدی است. این تکنولوژی جدیدمنجر به کاهش وزن 41٪ وزن این محصول نسبت به تیجین استاندارد با کارایی مشابه شد.

انواع پلی اتیلن های خطی

برای تولید الیاف مقاوم بالستیکی پلی اتیلنی با وزن بسیار کم تکنولوژی کاملا متفاوتی نسبت به الیاف آرامیدی استفاده شده است. پلی اتیلن نوعی پلیمر افزایشی است که برای شکل دهی آن به عنوان ماده مقاوم بالستیکی از روش ژل ریسی استفاده می شود.این الیاف زنجیره های مولکولی خطی بسیار بلندی دارد که در نتیجه آن مناطق کریستالی بسیار زیاد و زنجیره های مولکولی خطی بسیار بلندی دارد که در نتیجه آن مناطق کریستالی بسیار زیاد و زنجیره های مولکولی موازی ایجاد می شود. پلی اتیلن وزن مخصوص بسیار پایینی دارد و استحکام کششی آن 15بار بیشتر از فولاد است. این گروه از الیاف شامل محصولات داینما Dyneema تولید شرکت DSM و اسپکترا Spectra از محصولات شرکت هانی ول می باشد.این الیاف با عناوین مختلفی از جمله پلی اتیلن های باکارایی بالا HPPE ، پلی اتیلن های با زنجیر های بسیار بلند ECPE یا پلی اتیلن های با وزن مولکولی بسیار بالا UHMWPE شناخته می شوند.

الیاف PBO

یکی از انواع بسیار قابل توجه الیاف مقاوم بالستیکی الیاف PBO است.این الیاف توسط شرکت تویوبو ژاپن تحت نام تجاری زایلون وارد بازار شد. PBO پلیمری سخت ، ایزوتروپیک و کریستالی می باشد. اطلاعات شرکت تویوبو نشان می دهد که مدول کششی PBO بسیار بیشتر از انواع الیاف کربنی ، الیاف پلی اتیلنی با کارایی بالا و یا حتی الیاف آرامیدی است . این الیاف در مقابل حرارت بسیار مقاوم می باشد .

پلیمرهای کریستال مایع ؛ وکتران

وکتران یک نوع نخ چند فیلامنتی  ترموپلاستیک با کارایی بالا از نوع پلیمر کریستال مایع Liquid Crystal Polymer است. وکتران به روش ریسندگی پلیمر کریستال مایع تولید می شود. این پلیمر هنوز به عنوان الیاف مقاوم بالستیکی در بازار نقش بزرگی

را ایفا نمی کند اما با تغییر و اصلاح در این الیاف این امکان وجود دارد که در آینده رقیب جدی برای الیاف بالستیکی محسوب می شود.

الیاف M5

نام شیمیایی این الیاف پلی دی ایمیدآزو4،5 – بیس 5،4 پیریدینلن-1و4 – فنلین است پیش بینی می شود در آینده این الیاف به عنوان رقیبی در بازار پلیمرهای محافظ بالستیکی ارایه شوند. هم اکنون این الیاف توسط سازمان بین المللی ماژلان در حال توسعه است اما هنوز تجاری نشده است. آزمایشات انجام شده در آزمایشگاه های مرکز نظامی ناتیک ارتش ایالات متحده احتمال موفقیت این پلیمر مستحکم را در آینده نشان می دهد.