Aromatische Polyamide sind lineare Makromoleküle, die aus durch Amidbindungen verbundenen aromatischen Ringen bestehen, wobei mindestens 85 % der Amidbindungen direkt mit zwei aromatischen Ringen verbunden sind und weniger als 50 % der Amidbindungen durch Imidbindungen ersetzt sein dürfen. Fasern aus diesen aromatischen, langkettigen Polyamid-Polymeren werden als Fasern bezeichnetAramidfasern.
Isophthaloylchlorid wird in Tetrahydrofuran gelöst und dann bei Raumtemperatur in eine kräftig gerührte wässrige Lösung aus m-Phenylendiamin und Natriumcarbonat gegeben. Die Polykondensationsreaktion läuft an der Grenzfläche innerhalb weniger Minuten schnell ab, wobei die erzeugte Säure durch Natriumcarbonat neutralisiert wird. Nach dem Abkühlen, Trennen, Waschen und Trocknen wird Poly(m-phenylenisophthalamid)-Polymer erhalten.
Unter Verwendung von Dimethylformamid (DMF) oder Dimethylacetamid (DMAc) als Lösungsmittel wird m-Phenylendiamin mit einer kleinen Menge Säureakzeptor gelöst und auf 0–1 °C abgekühlt. Dann wird unter ständigem Rühren langsam Isophthaloylchlorid zugegeben. Nach Abschluss der Reaktion wird Wasser zugegeben, um das Polymer auszufällen. Der Feststoff wird filtriert, gewaschen und getrocknet, um Poly(m-phenylenisophthalamid) zu erhalten.
Zur Herstellung der Spinnlösung wird das Polymer in DMF oder DMAc gelöst, das bestimmte Chloride enthält. Anschließend wird die Lösung durch Trockenspinnen versponnen. Die gesponnenen Fasern enthalten anorganische Salze auf der Oberfläche und werden wiederholt mit Wasser gewaschen. Anschließend werden die Fasern bei 300°C 4–5-fach gestreckt. Mit diesem Verfahren können sowohl Filamentgarne als auch Stapelfasern hergestellt werden.
Die Spinnlösung wird auf 22 °C eingestellt und durch eine Spinndüse mit 0,07 mm Löchern und 34.000 Kapillaren in ein Koagulationsbad bei 60 °C extrudiert, das DMAc und Calciumchlorid (Dichte: 1,366 g/cm³) enthält. Die entstehenden Fasern werden gewaschen, zwei- bis dreimal in heißem Wasser gestreckt, auf beheizten Walzen getrocknet und auf einer 320 °C heißen Platte weiter 1,5- bis 1,8-fach gestreckt, um Endprodukte, hauptsächlich Stapelfasern, zu erhalten.
Die Zugfestigkeit und Zähigkeit von Aramid 1313 sind vergleichbar mit Nylon- und Polyesterfasern.
Die Schrumpfung beträgt in trockener Luft bei 260 °C etwa 1,7 % und in kochendem Wasser etwa 2 %. Thermofixierte Stoffe schrumpfen in kochendem Wasser praktisch nicht.
Aramid 1313 ist von Natur aus flammhemmend. Es brennt nur, wenn es direkter Flamme ausgesetzt wird, und erlischt von selbst, sobald die Flamme entfernt wird.
Aramid 1313 ist gegen die meisten Säuren beständig, allerdings kann eine längere Einwirkung von Salz-, Salpeter- oder Schwefelsäure die Festigkeit verringern. Es ist auch gegenüber Alkalien stabil, mit Ausnahme starker Basen wie Natriumhydroxid bei Langzeiteinwirkung. Es zeigt eine gute Beständigkeit gegen Bleichmittel, Reduktionsmittel, Phenol, Ameisensäure und viele organische Lösungsmittel wie Aceton.
Hohlfasern aus Aramid 1313 können auch bei der Entsalzung nach dem Prinzip der Umkehrosmose eingesetzt werden.
Poly(p-phenylenterephthalamid)-Faser (PPTA) – Aramid 1414
Chemische Strukturformel von PPTA
Aramid 1414 (im Handel bekannt alsKevlar®) wurde erstmals 1972 von DuPont als hochfeste aromatische Polyamidfaser eingeführt, die hauptsächlich zur Reifenverstärkung und anderen Gummiprodukten entwickelt wurde.
Die verwendeten Monomere sind Terephthaloylchlorid und p-Phenylendiamin. Die Polymerisation erfolgt durch Lösungspolykondensation bei niedriger Temperatur unter Verwendung schwach basischer Lösungsmittel wie Hexamethylphosphoramid (HMPA), DMAc oder N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP). Um ein höheres Molekulargewicht zu erreichen, wird üblicherweise ein gemischtes Lösungsmittelsystem aus HMPA und NMP (Gewichtsverhältnis 1:2) verwendet.
Die Polymerisation wird bei 0–20 °C unter streng wasserfreien Bedingungen durchgeführt. Nach der Reaktion wird das Polymer in Wasser ausgefällt, filtriert, gewaschen, pulverisiert und getrocknet, um ein faserbildendes Polymer zu erhalten.
Die Spinnlösung wird auf 70–90 °C erhitzt und durch eine Spinndüse extrudiert, wobei sie einen Luftspalt von 0,52 cm passiert, bevor sie in ein Koagulationsbad mit etwa 10 °C gelangt, das 20–27 % Schwefelsäure enthält.
Aufgrund des hohen Grades an molekularer Orientierung müssen die entstehenden Fasern nicht zusätzlich verstreckt werden und weisen bereits hervorragende Eigenschaften auf. Nach gründlichem Waschen und Trocknen bei 150°C können sie als Reifencordfasern verwendet werden.
Aromatische Polyamidfasern (Aramidfasern) stellen eine Spitzenklasse der Hochleistungsmaterialien dar. Mit herausragender mechanischer Festigkeit, Hitzebeständigkeit, chemischer Stabilität und einzigartigen funktionellen Eigenschaften spielen sie in vielen Branchen eine unersetzliche Rolle. Von Aramid 1313 in Hochtemperaturfiltration und Schutzbekleidung bis hin zu Aramid 1414 in Reifenverstärkungen und Verbundwerkstoffen treiben diese Materialien weiterhin den technologischen Fortschritt in Hochleistungsanwendungen voran.
