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ARAMIDFASERN HERSTELLUNG UND EIGENSCHAFTEN
ARAMID FIBRES MANUFACTURE AND PROPERTIES
Aramid, a portmanteau word formed from “aromatic polyamide”, was
discovered in 1965 by the DuPont company, which then developed and
marketed it under the name Kevlar
®
.
Aramid fibres exhibit a high specific (or weight-based) strength, low density,
high impact strength, good heat resistance and dimensional stability, good
vibration damping, and a high energy absorption capacity.
The strength is relatively low transverse to the fibres. Accordingly, the
transverse and compressive strengths of aramid-fibre-reinforced plastic,
compared with GRP or CRP, are considerably lower (e.g. the interlaminar
shear strength is approx. 50% of the material’s strength).
Manufacture
High modulus aramid fibres are spun from a liquid-crystalline solution of
polyparaphenylene terephthalamides in concentrated sulphuric acid.
After surface treatment, the HM fibres are subjected to additional mechanical
drawing so that the single fibrils are all oriented to a high degree.
Aramid types
High modulus fibres such as Kevlar
®
49 or Twaron
®
HM are used
predominantly for high-impact, wear-resistant lightweight components.
Low modulus fibres such as Kevlar
®
29 or Twaron
®
LM are used for hard
and soft ballistic materials (bulletproof vests and armouring).
Moisture absorption
Aramid fibres tend to absorb moisture.
According to the WLB (material specifications sheet), aramid fabrics intended for
aerospace applications must not contain more than 3% by weight of moisture.
After a longer period of unprotected storage the water content can be as
high as 7%, a reason why these fabrics must be dried in an oven at 120 °C
for about one to ten hours before they are processed.
Dimensional stability
Similar to carbon fibres, aramid fibres exhibit a negative coefficient of
thermal expansion along the fibres. The fibres contract at high temperatures
whereas the matrix resin expands.
Owing to these opposed forces, SRPs exhibit high dimensional stability
at raised temperatures.
Aromatisches Polyamid (Aramid) wurde 1965 von der Firma DuPont entdeckt
und unter dem Namen Kevlar
®
zur Marktreife entwickelt.
Aramidfasern besitzen eine hohe spezifische (gewichtsbezogene) Festigkeit,
niedrige Dichte, hohe Schlagzähigkeit, gute Wärmebeständigkeit und Dimen-
sionstabilität, gute Schwingungsdämpfung und ein hohes Arbeitsaufnahme-
vermögen.
Senkrecht zur Faserlängsachse ist die Festigkeit relativ gering. Demnach
sind die Querfestigkeit und die Druckfestigkeit von Aramidfaserkunststoff,
verglichen mit GFK oder CFK, wesentlich niedriger (z.B. interlaminare
Scherfestigkeit ca. 50 % der Materialfestigkeit).
Herstellung
Aramid-Hochmodulfasern werden aus einer flüssigkristallinen Lösung von
polyparaphenylenen Terephthalamiden in konzentrierter Schwefelsäure ver-
sponnen. Nach der Oberflächenbehandlung werden HM-Fasern zusätzlich
mechanisch gereckt, wobei ein hoher Orientierungsgrad der Einzelfibrillen
erreicht wird.
Aramidarten
Hochmodulfasern wie Kevlar
®
49 oder Twaron
®
HM werden hauptsächlich
für schlag- und stoßbeanspruchte, verschleißfeste Leichtbauteile eingesetzt
.
Niedermodulfasern wie Kevlar
®
29 oder Twaron
®
LM werden für die weiche
und harte Ballistik (Schußwesten und Panzerungen) verwendet.
Feuchtigkeitsaufnahme
Aramidfasern neigen zur Feuchtigkeitsaufnahme.
Nach Werkstoffleistungsblatt dürfen Aramidgewebe für die Luft- und
Raumfahrt bis zu 3 % Feuchtigkeit enthalten.
Nach längerer, ungeschützter Lagerung kann die Wasseraufnahme bis zu
7 % betragen, weshalb solche Gewebe vor der Verarbeitung im Ofen bei
120 °C ca. 1 - 10 Stunden zu trocknen sind.
Dimensionsstabilität
Ähnlich wie Kohlenstoffasern weisen Aramidfasern einen negativen
Wärmeausdehnungskoeffizienten in Faserlängsrichtung auf. Die Faser
verkürzt sich in der Wärme, während sich das Matrixharz dehnt.
Durch diese gegenläufigen Kräfte weist SFK bei erhöhten Temperaturen eine
hohe Maßhaltigkeit auf.
REM-Aufnahme eines Elementarfadens aus Aramid.
SEM photograph of a continuous aramid fibre.
ARAMIDFASERN ARAMID FIBRES