Aramidfasern, kurz für aromatische Polyamidfasern, zählen neben Kohlenstofffasern, ultrahochmolekularen Polyethylenfasern (UHMWPE) und Basaltfasern zu den vier Hochleistungsfasern, deren Entwicklung in China Priorität hat. Wie herkömmliches Nylon gehört auch Aramidfaser zur Familie der Polyamidfasern und weist Amidbindungen in der Hauptmolekülkette auf. Der entscheidende Unterschied liegt in der Art der Bindung: Während die Amidbindungen von Nylon an aliphatische Gruppen gebunden sind, sind sie bei Aramidfasern mit Benzolringen konjugiert. Diese spezielle Molekularstruktur verleiht Aramidfasern eine extrem hohe axiale Festigkeit (>20 cN/dtex) und einen hohen Elastizitätsmodul (>500 GPa), wodurch sie sich als bevorzugtes Material zur Verstärkung von High-End-Kabeln eignen.
Arten von Aramidfasern
AramidfaserSie umfassen hauptsächlich vollaromatische Polyamidfasern und heterocyclische aromatische Polyamidfasern, die weiter in ortho-Aramid, para-Aramid (PPTA) und meta-Aramid (PMTA) unterteilt werden können. Meta-Aramid und para-Aramid werden industriell verarbeitet. Molekularstrukturell besteht der Hauptunterschied zwischen diesen beiden 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, auch Poly(p-phenylenterephthalamid) (PPTA), in China als Aramid 1414 bekannt, ist ein lineares Hochpolymer, dessen Amidbindungen zu über 85 % 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 Polymerspinnlösung hergestellt wurde und leitete damit eine neue Ära von Hochleistungssynthetikfasern ein. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften erreicht es eine Zugfestigkeit von 3,0–3,6 GPa, einen Elastizitätsmodul von 70–170 GPa und eine Bruchdehnung von 2–4 %. Diese außergewöhnlichen Eigenschaften verleihen ihm unersetzliche Vorteile in Bereichen wie der Verstärkung von Glasfaserkabeln, dem ballistischen Schutz und anderen.
Meta-Aramid
Meta-Aramid, auch Poly(m-phenylenisophthalamid) (PMTA) genannt und in China als Aramid 1313 bekannt, ist eine führende, hochtemperaturbeständige organische Faser. Ihre Molekularstruktur besteht aus Amidgruppen, die Meta-Phenylenringe verknüpfen und so eine zickzackförmige, lineare Kette bilden, die durch starke intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen in einem dreidimensionalen Netzwerk stabilisiert wird. Diese Struktur verleiht der Faser hervorragende Flammwidrigkeit, thermische Stabilität und Strahlungsbeständigkeit. Ein typisches Produkt ist Nomex® von DuPont mit einem Sauerstoffindex (LOI) von 28–32, einer Glasübergangstemperatur von ca. 275 °C und einer Dauereinsatztemperatur über 200 °C. Daher findet es breite Anwendung in feuerfesten Kabeln und Hochtemperatur-Isoliermaterialien.
Herausragende Eigenschaften von Aramidfasern
Aramidfasern bieten höchste Festigkeit, hohen Elastizitätsmodul, Hitzebeständigkeit, Säure- und Laugenbeständigkeit, geringes Gewicht, Isolationseigenschaften, Alterungsbeständigkeit, lange Lebensdauer, chemische Stabilität, keine Bildung von Schmelztropfen bei der Verbrennung und keine toxischen Gasemissionen. Im Hinblick auf Kabelanwendungen übertrifft Para-Aramid Meta-Aramid in der Wärmebeständigkeit mit einem Dauereinsatztemperaturbereich von -196 bis 204 °C und ohne Zersetzung oder Schmelzen bei 500 °C. Zu den herausragendsten Eigenschaften von Para-Aramid zählen höchste Festigkeit, hoher Elastizitätsmodul, Hitzebeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit und geringe Dichte. Seine Festigkeit übersteigt 25 g/dtex – das 5- bis 6-Fache von hochwertigem Stahl, das 3-Fache von Glasfaser und das Doppelte von hochfestem Nylon-Industriegarn. Sein Elastizitätsmodul ist 2- bis 3-mal so hoch wie der von Stahl oder Glasfaser und 10-mal so hoch wie der von hochfestem Nylon. Es ist doppelt so zäh wie Stahldraht und wiegt nur etwa ein Fünftel davon, wodurch es sich besonders gut für den Einsatz als Verstärkung in Glasfaserkabeln, Unterseekabeln und anderen hochwertigen Kabeltypen eignet.
Mechanische Eigenschaften von Aramidfasern
Meta-Aramid ist ein flexibles Polymer mit höherer Reißfestigkeit als herkömmliches Polyester, Baumwolle oder Nylon. Es zeichnet sich durch hohe Dehnbarkeit, einen weichen Griff und gute Spinnbarkeit aus und kann zu kurzen Fasern oder Filamenten mit unterschiedlichen Feinheitsgraden (Denier) verarbeitet werden. Mit Standard-Textilmaschinen lässt es sich zu Geweben und Vliesstoffen verspinnen und so verarbeiten, dass es den Anforderungen verschiedener Branchen an Schutzkleidung gerecht wird. In der elektrischen Isolierung besticht Meta-Aramid durch seine flammhemmenden und hitzebeständigen Eigenschaften. Mit einem LOI-Wert von über 28 brennt es nach Verlassen der Flamme nicht weiter. Seine Flammwidrigkeit ist seiner chemischen Struktur inhärent, wodurch es dauerhaft flammhemmend wirkt – auch nach dem Waschen oder bei langfristiger Nutzung bleibt die Leistung erhalten. Meta-Aramid besitzt eine ausgezeichnete thermische Stabilität und kann bei 205 °C dauerhaft eingesetzt werden. Selbst bei Temperaturen über 205 °C behält es seine Festigkeit. Seine Zersetzungstemperatur ist hoch; es schmilzt oder tropft bei hohen Temperaturen nicht und beginnt erst oberhalb von 370 °C zu verkohlen. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet es sich ideal zur Isolierung und Verstärkung von Hochtemperatur- oder feuerbeständigen Kabeln.
Chemische Stabilität von Aramidfasern
Meta-Aramid weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber den meisten Chemikalien und konzentrierten anorganischen Säuren auf, ist jedoch empfindlich gegenüber konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure. Es besitzt zudem eine gute Alkalibeständigkeit bei Raumtemperatur.
Strahlungsbeständigkeit von Aramidfasern
Meta-Aramid zeichnet sich durch eine außergewöhnliche Strahlungsbeständigkeit aus. Beispielsweise bleibt seine Festigkeit auch bei längerer Einwirkung von ultraviolettem Licht (1,2 × 10⁻² W/cm²) und Gammastrahlung (1,72 × 10⁸ rad) unverändert. Aufgrund dieser herausragenden Strahlungsbeständigkeit eignet es sich besonders für Kabel, die in Kernkraftwerken und Raumfahrzeugen eingesetzt werden.
Haltbarkeit von Aramidfasern
Meta-Aramid zeichnet sich zudem durch hervorragende Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit aus. Nach 100 Wäschen behält ein aus heimischer Produktion hergestelltes Meta-Aramidgewebe über 85 % seiner ursprünglichen Reißfestigkeit. In Kabelanwendungen gewährleistet diese Langlebigkeit die langfristige Stabilität der mechanischen und elektrischen Eigenschaften.
Anwendungen von Aramidfasern
Aramidfasern finden aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften, ihrer hohen Temperaturbeständigkeit und ihrer chemischen Stabilität breite Anwendung in der chinesischen Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Elektromechanik-, Bau- und Sportindustrie. Sie gelten als Schlüsselmaterial für die zukünftige Entwicklung von Hochleistungsindustrien. Insbesondere in den Bereichen Kommunikations- und Glasfaserkabel, Stromkabel, hochtemperaturbeständige Kabel, Seekabel und Spezialkabel spielt Aramid eine unverzichtbare Rolle.
Luft- und Raumfahrt sowie Militärbereich
Aramidfasern zeichnen sich durch geringe Dichte, hohe Festigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aus. Sie finden breite Anwendung in Strukturbauteilen von Luft- und Raumfahrzeugen, beispielsweise in Raketenmotorgehäusen und Breitband-Radomstrukturen. Ihre Verbundwerkstoffe weisen eine hervorragende Schlagfestigkeit und elektromagnetische Transparenz auf, wodurch das Gewicht von Flugzeugen deutlich reduziert und die Sicherheit erhöht wird. Im Verteidigungsbereich wird Aramid für kugelsichere Westen, Helme und explosionsgeschützte Behälter verwendet und ist damit ein führender Werkstoff für die nächste Generation leichter militärischer Schutzausrüstung.
Bau- und Transportwesen
In der Bauindustrie wird Aramidfaser aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer Flexibilität und Korrosionsbeständigkeit zur Tragwerksverstärkung und für Brückenseilsysteme eingesetzt. Sie eignet sich besonders gut zur Verstärkung unregelmäßiger Strukturen. Im Transportwesen findet Aramid Anwendung in Reifenkordgeweben für Automobile und Flugzeuge. Aramidverstärkte Reifen bieten hohe Festigkeit, Pannensicherheit, Hitzebeständigkeit und lange Lebensdauer und erfüllen somit die Leistungsanforderungen moderner Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge und Flugzeuge.
Elektro-, Elektronik- und Kabelindustrie
Aramidfasern finden besonders in der Elektro-, Elektronik- und Draht- und Kabelherstellung Anwendung, insbesondere in folgenden Bereichen:
Zugbeanspruchte Elemente in Glasfaserkabeln: Dank ihrer hohen Zugfestigkeit und ihres hohen Elastizitätsmoduls dient die Aramidfaser als Zugbeanspruchungselement in optischen Kommunikationskabeln. Sie schützt die empfindlichen Glasfasern vor Verformungen unter Zugspannung und gewährleistet eine stabile Signalübertragung.
Verstärkung in Kabeln: Bei Spezialkabeln, Seekabeln, Stromkabeln und hochtemperaturbeständigen Kabeln wird Aramid häufig als zentrales Verstärkungselement oder Armierungsschicht eingesetzt. Im Vergleich zu Metallverstärkungen bietet Aramid eine höhere Festigkeit bei geringerem Gewicht und verbessert so die Zugfestigkeit und mechanische Stabilität der Kabel erheblich.
Isolierung und Flammschutz: Aramid-Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch hervorragende dielektrische und thermische Stabilität aus. Sie finden breite Anwendung in Kabelisolationsschichten, flammhemmenden Ummantelungen und halogenfreien, raucharmen Schutzschläuchen. Aramidpapier wird nach der Imprägnierung mit Isolierlack mit natürlichem Glimmer kombiniert und findet Verwendung in hochtemperaturbeständigen Motoren und Transformatoren.
Feuerbeständige Kabel und Kabel für den Schienenverkehr: Die inhärente Flammbeständigkeit und Hitzebeständigkeit der Aramidfaser machen sie ideal für den Einsatz in Schiffskabeln, Kabeln für den Schienenverkehr und feuerbeständigen Kabeln in Kernkraftwerksqualität, wo strenge Sicherheitsstandards gelten.
EMV und Leichtbau: Dank seiner hervorragenden elektromagnetischen Transparenz und niedrigen Dielektrizitätskonstante eignet sich Aramid für EMI-Abschirmschichten, Radarradome und optoelektronische Integrationskomponenten. Dies trägt zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit und zur Reduzierung des Systemgewichts bei.
Weitere Anwendungen
Aufgrund seines hohen Gehalts an aromatischen Ringen bietet Aramidfaser hervorragende chemische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit und eignet sich daher für Schiffe, Ölbohrkabel und Freileitungen in rauen Umgebungen. Sie findet außerdem breite Anwendung in hochwertigen Sportgeräten, Schutzausrüstung und Bremsbelägen für Kraftfahrzeuge und wird zunehmend als umweltfreundliche Alternative zu Asbest in Dichtungs- und Isolieranwendungen, Wärmedämmplatten und anderen Dichtungskomponenten eingesetzt, wodurch sowohl Leistung als auch Umweltverträglichkeit gewährleistet werden.
Veröffentlichungsdatum: 31. Juli 2025