Aramidfasern, kurz für aromatische Polyamidfasern, zählen neben Kohlenstofffasern, Fasern aus ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMWPE) und Basaltfasern zu den vier Hochleistungsfasern, deren Entwicklung in China Priorität hat. Wie gewöhnliches Nylon gehören Aramidfasern zur Familie der Polyamidfasern und enthalten Amidbindungen in der Hauptmolekülkette. Der Hauptunterschied liegt in der Bindung: Die Amidbindungen von Nylon sind mit aliphatischen Gruppen verknüpft, während die von Aramid mit Benzolringen konjugiert sind. Diese spezielle Molekularstruktur verleiht Aramidfasern eine extrem hohe axiale Festigkeit (> 20 cN/dtex) und einen hohen Elastizitätsmodul (> 500 GPa), was sie zum bevorzugten Material für die Verstärkung hochwertiger Kabel macht.
Arten von Aramidfasern
Aramidfaserumfasst hauptsächlich vollaromatische Polyamidfasern und heterozyklische aromatische Polyamidfasern, die weiter in Ortho-Aramid, Para-Aramid (PPTA) und Meta-Aramid (PMTA) unterteilt werden können. Meta-Aramid und Para-Aramid sind diejenigen, die industriell eingesetzt werden. Aus molekularer Sicht liegt der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Fasern in der Position des Kohlenstoffatoms im Benzolring, an das die Amidbindung gebunden ist. Dieser Strukturunterschied führt zu signifikanten Unterschieden in den mechanischen Eigenschaften und der thermischen Stabilität.
Para-Aramid
Para-Aramid oder Poly(p-phenylenterephthalamid) (PPTA), in China auch als Aramid 1414 bekannt, ist ein linearer Hochpolymer, bei dem über 85 % der Amidbindungen direkt an aromatische Ringe gebunden sind. Die kommerziell erfolgreichsten Para-Aramid-Produkte sind Kevlar® von DuPont und Twaron® von Teijin, die den Weltmarkt dominieren. Es war die erste Faser, die jemals mithilfe einer flüssigkristallinen Polymer-Spinnlösung hergestellt wurde, und läutete eine neue Ära synthetischer Hochleistungsfasern ein. Die mechanischen Eigenschaften erreichen eine Zugfestigkeit von 3,0 bis 3,6 GPa, einen Elastizitätsmodul von 70 bis 170 GPa und eine Bruchdehnung von 2 bis 4 %. Diese außergewöhnlichen Eigenschaften verschaffen ihm unersetzliche Vorteile bei der Verstärkung optischer Kabel, beim ballistischen Schutz und in anderen Bereichen.
Meta-Aramid
Meta-Aramid oder Poly(m-phenylenisophthalamid) (PMTA), in China auch als Aramid 1313 bekannt, ist eine führende hochtemperaturbeständige organische Faser. Ihre Molekularstruktur besteht aus Amidgruppen, die Meta-Phenylenringe verbinden und so eine zickzackförmige lineare Kette bilden, die durch starke intermolekulare Wasserstoffbrücken in einem 3D-Netzwerk stabilisiert wird. Diese Struktur verleiht der Faser hervorragende Flammhemmung, Wärmestabilität und Strahlungsbeständigkeit. Ein typisches Produkt ist Nomex® von DuPont mit einem Sauerstoffindex (LOI) von 28–32, einer Glasübergangstemperatur von etwa 275 °C und einer Dauergebrauchstemperatur von über 200 °C, weshalb es häufig in feuerbeständigen Kabeln und Hochtemperatur-Isoliermaterialien eingesetzt wird.
Hervorragende Eigenschaften der Aramidfaser
Aramidfasern bieten ultrahohe Festigkeit, einen hohen Elastizitätsmodul, Hitzebeständigkeit, Säure- und Laugenbeständigkeit, geringes Gewicht, Isolierung, Alterungsbeständigkeit, lange Lebensdauer, chemische Stabilität, keine geschmolzenen Tröpfchen bei der Verbrennung und keine giftigen Gasemissionen. Aus Sicht der Kabelanwendung übertrifft Para-Aramid Meta-Aramid in der Wärmebeständigkeit mit einem Dauergebrauchstemperaturbereich von -196 bis 204 °C und keiner Zersetzung oder Schmelze bei 500 °C. Zu den bemerkenswertesten Eigenschaften von Para-Aramid zählen ultrahohe Festigkeit, hoher Elastizitätsmodul, Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit und geringe Dichte. Seine Festigkeit übersteigt 25 g/dtex – das 5- bis 6-fache von hochwertigem Stahl, das 3-fache von Fiberglas und das doppelte von hochfestem Nylon-Industriegarn. Sein Elastizitätsmodul ist 2-3-mal so hoch wie der von Stahl oder Fiberglas und 10-mal so hoch wie der von hochfestem Nylon. Es ist doppelt so robust wie Stahldraht und wiegt nur etwa 1/5 davon, wodurch es sich besonders gut für den Einsatz als Verstärkung in optischen Kabeln, Unterseekabeln und anderen hochwertigen Kabeltypen eignet.
Mechanische Eigenschaften von Aramidfasern
Meta-Aramid ist ein flexibles Polymer mit einer höheren Bruchfestigkeit als herkömmliches Polyester, Baumwolle oder Nylon. Es hat eine hohe Dehnungsrate, fühlt sich weich an, lässt sich gut verspinnen und kann zu Kurzfasern oder Filamenten mit unterschiedlicher Denier-Zahl verarbeitet werden. Es kann mit Standard-Textilmaschinen zu Geweben und Vliesstoffen gesponnen und für die Anforderungen verschiedener Branchen an Schutzkleidung verarbeitet werden. In der elektrischen Isolierung zeichnen sich Meta-Aramid durch seine flammhemmenden und hitzebeständigen Eigenschaften aus. Mit einem LOI von über 28 brennt es nach dem Verlassen der Flamme nicht weiter. Seine Flammwidrigkeit ist seiner chemischen Struktur inhärent, wodurch es dauerhaft flammhemmend ist und nicht durch Waschen oder Langzeitgebrauch an Leistung verliert. Meta-Aramid verfügt über eine ausgezeichnete thermische Stabilität bei Dauergebrauch bei 205 °C und behält seine Festigkeit auch bei Temperaturen über 205 °C stark bei. Seine Zersetzungstemperatur ist hoch, und es schmilzt oder tropft bei hohen Temperaturen nicht, sondern beginnt erst über 370 °C zu verkohlen. Diese Eigenschaften machen es ideal zur Isolierung und Verstärkung in Hochtemperatur- oder feuerbeständigen Kabeln.
Chemische Stabilität von Aramidfasern
Meta-Aramid weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen die meisten Chemikalien und konzentrierten anorganischen Säuren auf, ist jedoch empfindlich gegenüber konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure. Darüber hinaus weist es bei Raumtemperatur eine gute Alkalibeständigkeit auf.
Strahlungsbeständigkeit von Aramidfasern
Meta-Aramid weist eine außergewöhnliche Strahlenbeständigkeit auf. Beispielsweise bleibt seine Festigkeit bei längerer Einwirkung von 1,2×10⁻² W/cm² ultraviolettem Licht und 1,72×10⁸ Rad Gammastrahlen unverändert. Diese hervorragende Strahlenbeständigkeit macht es besonders geeignet für Kabel, die in Kernkraftwerken und Raumfahrzeugen eingesetzt werden.
Haltbarkeit von Aramidfasern
Meta-Aramid weist zudem eine hervorragende Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit auf. Nach 100 Wäschen behält Gewebe aus im Inland produziertem Meta-Aramid über 85 % seiner ursprünglichen Reißfestigkeit. In Kabelanwendungen gewährleistet diese Haltbarkeit langfristige mechanische und elektrische Leistungsstabilität.
Anwendungen von Aramidfasern
Aramidfasern werden aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften, ihrer hohen Temperaturbeständigkeit und ihrer chemischen Stabilität häufig in der chinesischen Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Elektromechanik-, Bau- und Sportindustrie eingesetzt. Sie gelten als Schlüsselmaterial für die zukünftige Entwicklung leistungsstarker Industrien. Insbesondere bei optischen Kommunikationskabeln, Stromkabeln, hochtemperaturbeständigen Kabeln, Seekabeln und Spezialkabeln spielt Aramid eine unersetzliche Rolle.
Luft- und Raumfahrt sowie Militär
Aramidfasern zeichnen sich durch geringe Dichte, hohe Festigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus. Sie werden häufig in Strukturkomponenten von Luft- und Raumfahrzeugen eingesetzt, beispielsweise in Raketenmotorgehäusen und Breitband-Radomstrukturen. Die Verbundwerkstoffe weisen eine hervorragende Schlagfestigkeit und elektromagnetische Wellendurchlässigkeit auf, was das Gewicht von Flugzeugen deutlich reduziert und die Sicherheit erhöht. Im Verteidigungssektor wird Aramid in kugelsicheren Westen, Helmen und explosionssicheren Behältern eingesetzt und ist damit ein führendes Material für die nächste Generation leichter militärischer Schutzausrüstung.
Bau- und Transportbereiche
In der Bauindustrie werden Aramidfasern aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer Flexibilität und Korrosionsbeständigkeit zur Strukturverstärkung und für Brückenseilsysteme eingesetzt. Sie eignen sich besonders gut zur Verstärkung unregelmäßiger Strukturen. Im Transportwesen wird Aramid in Reifencordgeweben für Autos und Flugzeuge eingesetzt. Aramidverstärkte Reifen bieten hohe Festigkeit, Durchstoßfestigkeit, Hitzebeständigkeit und eine lange Lebensdauer und erfüllen damit die Leistungsanforderungen moderner Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge und -flugzeuge.
Elektro-, Elektronik- und Kabelindustrie
Aramidfasern finden besonders häufig Anwendung in der Elektro- und Elektronikbranche sowie in der Draht- und Kabelherstellung, insbesondere in den folgenden Bereichen:
Zugelemente in optischen Kabeln: Mit ihrer hohen Zugfestigkeit und Elastizität dient Aramidfaser als Zugelement in optischen Kommunikationskabeln, schützt empfindliche optische Fasern vor Verformung unter Spannung und gewährleistet eine stabile Signalübertragung.
Verstärkung in Kabeln: In Spezialkabeln, Seekabeln, Stromkabeln und hochtemperaturbeständigen Kabeln wird Aramid häufig als zentrales Verstärkungselement oder Panzerschicht verwendet. Im Vergleich zu Metallverstärkungen bietet Aramid eine höhere Festigkeit bei geringerem Gewicht und verbessert so die Zugfestigkeit und mechanische Stabilität des Kabels erheblich.
Isolierung und Flammschutz: Aramid-Verbundwerkstoffe verfügen über eine ausgezeichnete dielektrische und thermische Stabilität. Sie werden häufig in Kabelisolationsschichten, flammhemmenden Ummantelungen und halogenfreien, raucharmen Ummantelungen eingesetzt. Aramidpapier wird nach der Imprägnierung mit Isolierlack mit natürlichem Glimmer für den Einsatz in hochtemperaturbeständigen Motoren und Transformatoren kombiniert.
Feuerbeständige Kabel und Kabel für den Schienenverkehr: Aufgrund ihrer inhärenten Flammwidrigkeit und Hitzebeständigkeit eignen sich Aramidfasern ideal für den Einsatz in Schiffskabeln, Schienenverkehrskabeln und feuerbeständigen Kabeln für den Nuklearbereich, wo strenge Sicherheitsstandards gelten.
EMV und Leichtbau: Aufgrund seiner hervorragenden elektromagnetischen Transparenz und niedrigen Dielektrizitätskonstante eignet sich Aramid für EMI-Abschirmschichten, Radarkuppeln und optoelektronische Integrationskomponenten und trägt so zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit und zur Reduzierung des Systemgewichts bei.
Andere Anwendungen
Aufgrund ihres hohen Gehalts an aromatischen Ringen bietet Aramidfaser eine hervorragende chemische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit und eignet sich daher für Schiffstaue, Ölbohrkabel und optische Freileitungskabel in rauen Umgebungen. Sie wird außerdem häufig in hochwertiger Sportausrüstung, Schutzausrüstung und Autobremsbelägen verwendet und wird zunehmend als umweltfreundliche Alternative zu Asbest in Dichtungs- und Dämmanwendungen, Wärmedämmplatten und anderen Dichtungskomponenten eingesetzt, um sowohl Leistung als auch Umweltverträglichkeit zu gewährleisten.
Veröffentlichungszeit: 31. Juli 2025