Микро и нановолокна из арамида

Арамид — это ароматический полиамид, синтетический полимер, в котором прочные ароматические кольца соединены амидными связями. Это придаёт материалу уникальные свойства:

Прочность на разрыв — в 5 раз выше, чем у стали при равной массе
Высокая термостойкость
Малый вес
Гибкость и устойчивость к ударным нагрузкам

Арамиды — не просто материал, а технологическая платформа для будущих инноваций. Основное назначение — получение сверхпрочных волокон. Получают их тремя основными методами: мокрое формование, сухое формование и гелевое прядение. Наиболее распространённый метод — мокрое формование из жидкокристаллического раствора. В результате получаются пучки из сотен непрерывных волокон. Ровинг из волокон имеет диаметр 0,1–1 мм. Обычно диаметр одиночного волокна 10–15 мкм. Оно, в свою очередь, состоит из структурных элементов — нано- и микрофибрилл с диаметром 0,1–1 мкм.

Нановолокна из арамида — это волокна с диаметром в диапазоне от 50 до 500 нанометров (0,05–0,5 мкм), что в 20–200 раз тоньше традиционного арамидного волокна (10–15 мкм). Они не являются просто уменьшенной копией арамидного волокна (Кевлара), а представляют собой новый класс материалов, получаемых с помощью передовых методов, таких как электропрядение (electrospinning). При этом получаются нановолокна длиной всего 2–3 мм. Масштабирование: электропрядение — медленный процесс, не подходит для массового производства. Однако представляет значительный интерес получить нано- и микроволокна арамида приемлемой длины для большего технологического применения.

На нашем предприятии проведена успешная дефибрилляция арамидных волокон с использованием ультразвука и раствора смачивающего полярного растворителя (диметилсульфоксид (DMSO)). В результате получено микро- и нановолокно в виде перепутанной ваты с диаметром волокон 50–500 микрометров. Прочность такого волокна ниже, чем у непрерывного волокна (из-за дефектов), но зато высокая удельная прочность.

Преимущества нановолокон перед классическими арамидами

Огромная удельная поверхность — полезно для:

Фильтрации (газы, аэрозоли)
Датчиков
Катализаторов

Высокая пористость и воздухопроницаемость — важны для лёгкой защитной одежды.

Гибкость и прозрачность — можно создавать гибкие прозрачные плёнки.

Возможность функционализации — нанесение покрытий, внедрение наночастиц (Ag, TiO₂).

Основное применение микро- и нановолокон из арамида

Фильтрация — улавливание тонких частиц, вирусов, дыма. Наноматы из Номекса эффективны в респираторах нового поколения
Защитная одежда — многослойные ткани: микроволокна — прочность, нановолокна — барьер против химикатов и биоагентов
Электроника — диэлектрические подложки, изоляция в гибких печатных платах, суперконденсаторы
Композиты — нановолокна как «наноармирование» полимеров, повышают прочность и трещиностойкость
Биомедицина — каркасы для тканевой инженерии (ограниченно — из-за биосовместимости)
Антикоррозионные покрытия — барьерные слои на металлах

За рубежом проводятся интенсивные работы по поиску промышленных технологий получения и исследования микро- и нановолокон арамида.

Исследования и прорывы (на 2020–2024 гг.)

Китай (2022): учёные из Цзилиньского университета впервые получили нановолокна из модифицированного Кевлара с помощью ионных жидкостей
Россия (НИТУ «МИСиС»): разработаны гибридные наномембраны из арамида и оксида графена для защиты от химических угроз
США (MIT, 2021): созданы прозрачные арамидные наноплёнки для защиты экранов и оптики
Европа (Horizon Europe): проекты по созданию умных тканей с нановолокнами арамида и датчиками

Ближайшие перспективы

Нанокомпозиты «next generation»: арамидные нановолокна + углеродные нанотрубки / графен
3D-наноструктуры: каркасы для лёгких сверхпрочных материалов
«Умные» защитные ткани: сенсоры напряжения, самовосстанавливающиеся покрытия
Переработка: получение нановолокон из отработанных бронежилетов — экологичное вторичное использование

На Фото микро- и нановолокна арамида, полученные на нашем предприятии и их электронные снимки.

Микро и нановолокна из арамида — это новое поколение высокотехнологичных материалов, которое пока находится на стадии активных исследований, но уже демонстрирует огромный потенциал.

Они не заменяют традиционные арамидные волокна, а дополняют их, расширяя функциональность: от сверхтонких фильтров до гибкой электроники.