يُستخدم نسيج الأراميد بشكل أساسي في صناعة معدات الحماية مثل الدروع الواقية، والملابس المقاومة للطعن، والخوذات، وما إلى ذلك. كما يُمكن استخدامه في صناعة منتجات مقاومة لدرجات الحرارة العالية والتآكل، مثل مواد الترشيح عالية الحرارة، وأغطية الصمامات، وحشيات الختم.
ما هي ألياف الأراميد؟
الاسم الكامل لألياف الأراميد هو "ألياف البولي أميد العطرية"، وهي ألياف بولي أميد اصطناعية طويلة السلسلة، تتصل رابطة الأميد فيها مباشرةً بحلقة البنزين. تتصل رابطة الأميد بالحلقة العطرية أو بمشتقاتها. وهي نوع جديد من مواد البوليمر الخاصة يتميز بخصائص استثنائية، مثل مقاومة درجات الحرارة العالية، والقوة العالية، ومعامل المرونة العالي، والعزل. يتوفر حاليًا نوعان من ألياف الأراميد في السوق، وقد حققا نطاقًا واسعًا من التطبيقات والإنتاج التجاري، وهما: ميتا-أراميد وبارا-أراميد.
ميتا أراميد تتميز ألياف ميتا أراميد بثبات حراري ممتاز، ومقاومة للهب، وعزل كهربائي، واستقرار كيميائي، ومقاومة للإشعاع. الاسم الكامل لألياف ميتا أراميد هو ألياف "بولي-إم-فينيلين إيزوفثالاميد" (MPIA)، وهي ألياف بوليمرية عضوية مُصنّعة من كلوريد إيزوفثالويل وم-فينيلين ديامين. تتميز ميتا أراميد بثبات حراري طويل الأمد، وهي أهم خصائصها. يمكن استخدامها في درجات حرارة عالية تصل إلى 200 درجة مئوية لفترة طويلة دون أن تتأثر بالشيخوخة، كما تتميز بثبات أبعادي ممتاز. تتميز ميتا أراميد بمقاومة ذاتية للهب، حيث يتجاوز مؤشر الأكسجين المحدد لها 28%، ولا تشتعل أو تذوب أو تُنتج قطرات منصهرة في الهواء تلقائيًا، وتنطفئ تلقائيًا عند مغادرتها اللهب. تتميز ألياف ميتا أراميد بعزل كهربائي ممتاز، ويمكن أن يصل جهد انهيار الورق العازل المصنوع منها إلى 20 كيلو فولت/مم؛ كما تتميز بمقاومة ممتازة للتآكل والإشعاع. بالإضافة إلى ذلك، تتميز ألياف ميتا أراميد أيضًا بصلابة منخفضة واستطالة عالية، ويمكن معالجتها بواسطة الآلات النسيجية التقليدية.
بارا أراميد يتميز بخصائص ممتازة مثل القوة النوعية العالية، ومعامل المرونة النوعي العالي، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة اللهب، ويُعرف بأنه أحد الألياف الثلاثة عالية الأداء في العالم، إلى جانب ألياف الكربون والبولي إيثيلين عالي القوة ومعامل المرونة العالي. تبلغ قوة شد بارا أراميد ستة أضعاف قوة شد أسلاك الفولاذ، ومن ضعفين إلى ثلاثة أضعاف قوة شد ألياف الزجاج وخيوط النايلون الصناعية عالية القوة؛ كما تبلغ قوة شده من ضعفين إلى ثلاثة أضعاف قوة شد أسلاك الفولاذ والألياف الزجاجية، وعشرة أضعاف قوة شد خيوط النايلون الصناعية عالية القوة؛ وكثافته لا تتجاوز خُمس كثافة أسلاك الفولاذ. يتميز بارا أراميد بمقاومة جيدة للصدمات والتآكل والتعب، ويُعرف باسم "الألياف المضادة للرصاص". وتتفوق مقاومته للحرارة على ميتا أراميد. بعد مئات الساعات عند درجة حرارة عالية تبلغ 200 درجة مئوية، يحافظ على قوته الأصلية، ولن يتحلل أو يذوب عند درجة حرارة عالية تبلغ 560 درجة مئوية. من حيث حماية البيئة، يتمتع البارا أراميد ببنية مستقرة وليس من السهل تحلله، مما يحدد أيضًا أنه من الصعب إعادة تدويره والتعامل معه والتأثير على البيئة في المرحلة اللاحقة.
علم الطيران
تتميز ألياف الأراميد بكثافة منخفضة وقوة عالية ومقاومة ممتازة للتآكل. ويمكن استخدامها في تصنيع أغلفة محركات الصواريخ، ومواد نقل الموجات عريضة النطاق لهياكل الطائرات والأجنحة الرئيسية والذيل في الطائرات والمركبات الفضائية، بالإضافة إلى المكونات الهيكلية القادرة على تحمل قوى الاصطدام. كما يمكن استخدام ألياف الأراميد في تصنيع مواد هيكلية ثانوية للطائرات الكبيرة، مثل أبواب ونوافذ وأجنحة المقصورة وأسطح هيكل الطائرة، وغيرها، ويمكن استخدامها في صناعة أسقف وجدران مستودعات الطائرات لتقليل وزنها.
لوح هيكلي متعدد الطبقات على شكل قرص العسل، مُجهز بتشريب قماش الأراميد براتنج الإيبوكسي لتشكيل مادة الأراميد المُشبّعة مسبقًا، ثم يُلصق مباشرةً بهيكل قرص العسل أو الرغوة، ويتميز بمقاومة ممتازة للصدمات ونفاذية عالية للموجات الكهرومغناطيسية. يتميز هذا اللوح المركب الهجين الفائق، المُكوّن من ألياف الأراميد المتداخلة والمضغوطة بالحرارة، ولوح ألومنيوم رقيق، وقماش إيبوكسي غير منسوج، بمعامل مرونة وقوة نوعية عاليين للغاية، وعمره الافتراضي ضد التعب يتراوح بين 100 و1000 ضعف عمر ألواح سبائك الألومنيوم. يمكن استخدامه في هيكل الطائرة وأجزاء أخرى. تُوضع المادة المركبة المقواة القائمة على الراتنج، والمُحضرة من ألياف الأراميد، على جسم طائرة الركاب، مما يُقلل الوزن الإجمالي للطائرة بشكل كبير.
ميزتها الرئيسية هي متانتها وخفة وزنها، مما يُخفف الوزن الإجمالي للطائرة، ويعزز سلامتها، ويُحسّن كفاءة استهلاك الوقود، ويُقلل تلوث الهواء. إضافةً إلى ذلك، تتميز مادة الأراميد وموادها المركبة بمقاومتها للتآكل، مما يضمن سلامة الطائرات في البيئات القاسية دون مشاكل مثل تراكم المياه أو التجمد أو التآكل.
إن التوجه المستقبلي لتطوير ألياف الأراميد وموادها المركبة في تصميم هياكل الطائرات مثير للإعجاب أيضًا. بفضل مزاياها العديدة في تصميم هياكل الطائرات، يُمكنها أن تُحل محل الفولاذ والألمنيوم تقريبًا من حيث الكفاءة والسلامة، وتُحقق مرونة أكبر في تصميم الهياكل وعملية التصنيع. بالإضافة إلى ذلك، يتناقص وزن الأراميد ومواده المركبة، مما يُخفّض وزن الطائرة ويزيد من قدرتها على المناورة في الجو.
المجال العسكري
يمكن استخدام المواد المركبة من الأراميد في تصنيع أغلفة محركات الصواريخ الصلبة، وأوعية الضغط، وكابينة قيادة المركبات الفضائية، والغواصات، والمركبات المدرعة المضادة للرصاص، ومركبات نقل الأموال المضادة للرصاص، والألواح المضادة للرصاص، والخوذات المضادة للرصاص، والدروع الواقية، وما إلى ذلك.
تُسمى ألياف الأراميد، وألياف الكربون، وألياف البولي إيثيلين فائقة الوزن الجزيئي بالألياف الثلاثة عالية الأداء. تُستخدم هذه الألياف على نطاق واسع في الصناعات الدفاعية والمدنية، وتُعدّ موادًا استراتيجية لبناء دولة قوية وجيش قوي. تُستخدم منتجاتها بشكل رئيسي في مجالات الألياف البصرية والكابلات، وأشرطة الحبال، ومواد الهيكل، والمواد المركبة، ومواد مانعة للاحتكاك، والمنسوجات، والحماية من الرصاص، والتكوين القياسي هو السترات الواقية من الرصاص.
يمكن للسترات والخوذات الواقية من الرصاص المصنوعة من ألياف الأراميد أن تحل محل سترات النايلون وخوذات الدبابات التقليدية. إضافة كمية مناسبة من الأراميد إلى السترات والخوذات الواقية من الرصاص لا تجعلها صغيرة الحجم وخفة الوزن فحسب، بل تزيد أيضًا من أدائها المضاد للرصاص بنسبة 40%. تتميز السترة الواقية من الرصاص الناعمة المصنوعة من قماش الأراميد غير المنسوج عالي الجودة المضاد للرصاص وغشاء البولي إيثيلين عالي الأداء بأداء مضاد للرصاص ومقاوم للحرارة أفضل من ألياف البولي إيثيلين فائقة الوزن الجزيئي. يمكن أيضًا خلط ألياف الأراميد مع مواد أخرى (مثل المعادن والسيراميك وغيرها) لصنع دبابات ودروع وألواح مدرعة مضادة للانفجار عالية القوة ومقاومة للصدمات، وغيرها. بالإضافة إلى ذلك، يلتصق نسيج ألياف الأراميد بالجدار الداخلي للهيكل، مما يمتص موجة الانفجار بفعالية ويمنع تلف الشظايا في جسم الإنسان.
المجال الإلكتروني والكهربائي
نظراً للتأخر النسبي في بدء البحث في مواد الأراميد في بلدي، فقد تطورت التكنولوجيا بسرعة. يستخدم القمر الصناعي APSTAR-2R المُطور حالياً طبقة بينية على شكل قرص العسل كسطح عاكس للهوائي. يستخدم الغلافان الداخلي والخارجي للهوائي مواد شبه أراميد، ويستخدم التداخل أراميد قرص العسل. في عملية تصنيع قبة رادار الطائرة، يُستخدم شبه أراميد للاستفادة من أداء نقل الموجات الجيد لهذه المادة ومعامل التمدد المنخفض، بحيث يمكن لتردد العاكس تلبية المتطلبات المزدوجة لبنيته ووظيفته. طورت وكالة الفضاء الأوروبية عاكساً فرعياً ثنائي اللون بقطر 1.1 متر. يستخدم هيكل قرص العسل الفوقي في هيكل الساندويتش ويستخدم مادة الأراميد كطبقة خارجية. يمكن أن تصل درجة حرارة راتنج الإيبوكسي لهذا الهيكل إلى 25 درجة مئوية، ويبلغ ثابت العزل الكهربائي 3.46. عامل الخسارة هو 0.013، وخسارة الانعكاس لرابط الإرسال لهذا النوع من العاكس هي 0.3 ديسيبل فقط، وخسارة إشارة الإرسال هي 0.5 ديسيبل.
تتميز الطبقة السفلية المصفحة المصنوعة من ألياف الأراميد والإيبوكسي والفينول والبولي إيميد وغيرها من الراتنجات بمعامل تمدد خطي عالٍ يطابق معامل التمدد السيراميكي، ولا تسبب تشققًا تحت تأثير التمدد والانكماش الحراري، ويمكن استخدامها في تصنيع تقنية التركيب السطحي. تُسهّل لوحة الدوائر المطبوعة الخاصة بها تصغير حجم المعدات الإلكترونية وخفة وزنها. بفضل خصائص ألياف الأراميد العالية القوة ومقاومة درجات الحرارة العالية، تُستخدم كعنصر شد في الألياف الضوئية، مما يحمي الألياف الضوئية الصغيرة والهشة من الاستطالة والتشوه عند تعرضها للشد، دون التأثير على نفاذية الضوء. يتميز المنتج المركب من ألياف الأراميد وألياف الكربون بسهولة المعالجة وخصائص أشباه الموصلات، كما يتحمل درجات الحرارة العالية. يُستخدم بشكل رئيسي في تصنيع مواد لتقليل المجالات الكهربائية في الأجهزة عالية الجهد. بعد تشريبه بالورنيش العازل، يتمتع ورق الأراميد بخصائص عزل جيدة، وعند دمجه مع صفائح الميكا الطبيعية، يتم استخدامه كمواد عازلة للمحركات المقاومة للحرارة.
مجالات أخرى
تحتوي ألياف الأراميد على عدد كبير من حلقات البنزين في جزيئاتها، وتتميز بثبات كيميائي جيد، ومقاومة للتآكل، وقوة نوعية عالية، وخفة وزن ومتانة، ويمكن استخدامها في تصنيع كابلات السفن البحرية وآبار النفط العميقة. تُستخدم مقاومة ألياف الأراميد العالية للحرارة والتعب في صناعة مضارب عالية الجودة، وقضبان صيد، وزلاجات، وألواح تزلج، وأقواس وسهام، وقوارب تجديف، ومضارب جولف، وغيرها. كما يمكن استخدامها في صناعة أحذية تسلق الجبال في الظروف الرياضية القاسية، والأحذية الرياضية، وقفازات الملاكمة، وخوذات السباق، وهياكل سيارات السباق، وغيرها. ونظرًا لأن الأسبستوس يُشكل خطرًا جسيمًا على الجهاز التنفسي البشري، يمكن استخدام ألياف الأراميد بدلًا من الأسبستوس في صناعة ألواح مانعة للتسرب من المطاط المقوى وغيرها من الأختام، والتي تُستخدم في بطانات وحلقات فرامل السيارات.
مع تزايد أنواع معدات النسيج، تطورت تكنولوجيا إنتاج صناعة النسيج بشكل متزايد. يُعد نسيج الأراميد نوعًا من الألياف طُوِّر مبكرًا، ويُستخدم على نطاق واسع، ويتميز بإنتاجية كبيرة وسرعة تطور. يتميز نسيج الأراميد بألياف عالية الأداء، تتميز بمقاومة الحرارة والتآكل الكيميائي والإشعاعي ومقاومة اللهب والمتانة العالية. ولذلك، يتمتع بنطاق واسع من التطبيقات في الصناعة والجيش والحماية من الحرائق والفضاء وغيرها من المجالات.
صناعة: يُستخدم قماش الأراميد في صناعة منتجات مقاومة لدرجات الحرارة العالية والتآكل، مثل مواد الترشيح عالية الحرارة، وأغطية الصمامات، وحشيات الختم. كما يُستخدم قماش الأراميد على نطاق واسع في صناعات النسيج، والبتروكيماويات، والإلكترونيات، وبناء السفن، وغيرها.
الجوانب العسكرية: تُستخدم أقمشة الأراميد بشكل رئيسي في إنتاج معدات الحماية، مثل السترات الواقية من الرصاص، والسترات الواقية من الطعن، والخوذات. بفضل متانة قماش الأراميد ومقاومته العالية للحرارة، فإنه يحمي الجنود بفعالية من الرصاص والقذائف وغيرها من الهجمات.
في مجال الحماية من الحرائق: يُمكن استخدام قماش الأراميد كأحزمة واقية من الحرائق، وستائر واقية من الحرائق، ومواد أخرى. ونظرًا لخصائصه المقاومة للهب، يُمكنه منع الحرائق بفعالية بعد نشوبها.
الفضاء والطيران: تُستخدم أقمشة الأراميد في صناعة منتجات عالية المتانة ومقاومة للحرارة العالية، مثل مقاعد الطائرات، وبدلات الفضاء، والمظلات. كما تُستخدم أيضًا في مظلات الأقمار الصناعية، وعزل الصواريخ حراريًا، وغيرها.
