La fibra aramidica, abbreviazione di fibra poliammidica aromatica, è tra le quattro fibre ad alte prestazioni prioritarie per lo sviluppo in Cina, insieme alla fibra di carbonio, alla fibra di polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE) e alla fibra di basalto. Come il nylon ordinario, la fibra aramidica appartiene alla famiglia delle fibre poliammidiche, con legami ammidici nella catena molecolare principale. La differenza fondamentale risiede nel legame: i legami ammidici del nylon sono legati a gruppi alifatici, mentre quelli dell'aramide sono coniugati ad anelli benzenici. Questa speciale struttura molecolare conferisce alla fibra aramidica una resistenza assiale (>20 cN/dtex) e un modulo elastico (>500 GPa) estremamente elevati, rendendola il materiale preferito per il rinforzo di cavi di fascia alta.
Tipi di fibra aramidica
fibra aramidicaInclude principalmente fibre poliammidiche interamente aromatiche e fibre poliammidiche aromatiche eterocicliche, che possono essere ulteriormente suddivise in orto-aramide, para-aramide (PPTA) e meta-aramide (PMTA). Tra queste, meta-aramide e para-aramide sono quelle che sono state industrializzate. Dal punto di vista della struttura molecolare, la principale differenza tra queste due risiede nella posizione dell'atomo di carbonio nell'anello benzenico a cui è legato il legame ammidico. Questa differenza strutturale porta a differenze significative nelle proprietà meccaniche e nella stabilità termica.
Para-aramide
La para-aramide, o poli(p-fenilentereftalammide) (PPTA), nota anche in Cina come Aramid 1414, è un polimero lineare ad alto peso molecolare con oltre l'85% dei suoi legami ammidici direttamente legati ad anelli aromatici. I prodotti para-aramide di maggior successo commerciale sono il Kevlar® di DuPont e il Twaron® di Teijin, che dominano il mercato globale. È stata la prima fibra mai prodotta utilizzando una soluzione di filatura polimerica cristallina liquida, inaugurando una nuova era di fibre sintetiche ad alte prestazioni. In termini di proprietà meccaniche, la sua resistenza alla trazione può raggiungere 3,0–3,6 GPa, il modulo elastico 70–170 GPa e l'allungamento a rottura 2–4%. Queste caratteristiche eccezionali le conferiscono vantaggi insostituibili nel rinforzo di cavi ottici, nella protezione balistica e in altri campi.
Meta-aramide
La meta-aramide, o poli(m-fenilene isoftalammide) (PMTA), nota anche in Cina come Aramid 1313, è una fibra organica leader nella resistenza alle alte temperature. La sua struttura molecolare è costituita da gruppi ammidici che collegano anelli di meta-fenilene, formando una catena lineare a zigzag stabilizzata da forti legami idrogeno intermolecolari in una rete tridimensionale. Questa struttura conferisce alla fibra eccellenti proprietà ignifughe, stabilità termica e resistenza alle radiazioni. Un prodotto tipico è il Nomex® di DuPont, con un indice limite di ossigeno (LOI) di 28-32, una temperatura di transizione vetrosa di circa 275 °C e una temperatura di servizio continuo superiore a 200 °C, che lo rendono ampiamente utilizzato nei cavi resistenti al fuoco e nei materiali isolanti per alte temperature.
Proprietà eccezionali della fibra aramidica
La fibra aramidica offre altissima resistenza, elevato modulo elastico, resistenza al calore, resistenza agli acidi e agli alcali, peso ridotto, isolamento, resistenza all'invecchiamento, lungo ciclo di vita, stabilità chimica, assenza di goccioline fuse durante la combustione e assenza di emissioni di gas tossici. Dal punto di vista applicativo dei cavi, la para-aramide supera la meta-aramide in termini di resistenza termica, con un intervallo di temperatura di servizio continuo da -196 a 204 °C e nessuna decomposizione o fusione a 500 °C. Le proprietà più importanti della para-aramide includono altissima resistenza, elevato modulo elastico, resistenza al calore, resistenza chimica e bassa densità. La sua resistenza supera i 25 g/dtex, ovvero da 5 a 6 volte quella dell'acciaio di alta qualità, 3 volte quella della fibra di vetro e il doppio di quella del filato industriale in nylon ad alta resistenza. Il suo modulo elastico è 2-3 volte quello dell'acciaio o della fibra di vetro e 10 volte quello del nylon ad alta resistenza. È due volte più resistente del filo d'acciaio e pesa solo circa 1/5 in più, il che lo rende particolarmente adatto all'uso come rinforzo nei cavi ottici, nei cavi sottomarini e in altri tipi di cavi di fascia alta.
Proprietà meccaniche della fibra aramidica
La meta-aramide è un polimero flessibile con una resistenza alla rottura superiore a quella del normale poliestere, cotone o nylon. Presenta un elevato tasso di allungamento, una mano morbida, una buona filabilità e può essere prodotta in fibre corte o filamenti di vari denari. Può essere filata in tessuti e non tessuti utilizzando macchinari tessili standard e lavorata per soddisfare le esigenze di abbigliamento protettivo di vari settori. Nell'isolamento elettrico, le proprietà ignifughe e di resistenza al calore della meta-aramide spiccano. Con un LOI superiore a 28, non continua a bruciare dopo aver lasciato la fiamma. La sua resistenza alla fiamma è intrinseca alla sua struttura chimica, rendendola permanentemente ignifuga, resistente alla perdita di prestazioni dovuta al lavaggio o all'uso prolungato. La meta-aramide ha un'eccellente stabilità termica, con un uso continuo a 205 °C e un'elevata ritenzione della resistenza anche a temperature superiori a 205 °C. La sua temperatura di decomposizione è elevata e non fonde né gocciola ad alte temperature, iniziando a carbonizzare solo sopra i 370 °C. Queste proprietà lo rendono ideale per l'isolamento e il rinforzo di cavi resistenti alle alte temperature o al fuoco.
Stabilità chimica della fibra aramidica
La meta-aramide ha un'eccellente resistenza alla maggior parte delle sostanze chimiche e degli acidi inorganici concentrati, sebbene sia sensibile agli acidi solforico e nitrico concentrati. Presenta inoltre una buona resistenza agli alcali a temperatura ambiente.
Resistenza alle radiazioni della fibra aramidica
La meta-aramide presenta un'eccezionale resistenza alle radiazioni. Ad esempio, in caso di esposizione prolungata a luce ultravioletta di 1,2×10⁻² W/cm² e raggi gamma di 1,72×10⁸ rad, la sua resistenza rimane invariata. Questa eccezionale resistenza alle radiazioni la rende particolarmente adatta per i cavi utilizzati nelle centrali nucleari e nei veicoli spaziali.
Durata della fibra aramidica
La meta-aramide mostra anche un'eccellente resistenza all'abrasione e agli agenti chimici. Dopo 100 lavaggi, il tessuto realizzato in meta-aramide di produzione nazionale conserva oltre l'85% della sua resistenza allo strappo originale. Nelle applicazioni di cavi, questa durevolezza garantisce stabilità delle prestazioni meccaniche ed elettriche a lungo termine.
Applicazioni della fibra aramidica
La fibra aramidica è ampiamente utilizzata nei settori aerospaziale, automobilistico, elettromeccanico, edile e sportivo in Cina grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche, alla resistenza alle alte temperature e alla stabilità chimica. È considerata un materiale chiave per il futuro sviluppo di settori ad alte prestazioni. In particolare, l'aramide svolge un ruolo insostituibile nei settori dei cavi ottici per comunicazioni, dei cavi di alimentazione, dei cavi resistenti alle alte temperature, dei cavi sottomarini e dei cavi speciali.
Settori aerospaziale e militare
La fibra aramidica presenta bassa densità, elevata resistenza ed eccellente resistenza alla corrosione. Trova ampia applicazione nei componenti strutturali dei veicoli aerospaziali, come gli involucri dei motori dei razzi e le strutture dei radome a banda larga. I suoi materiali compositi presentano un'eccellente resistenza agli urti e trasparenza alle onde elettromagnetiche, riducendo significativamente il peso degli aeromobili e migliorando la sicurezza. Nel settore della difesa, l'aramide viene utilizzata in giubbotti antiproiettile, caschi e contenitori antideflagranti, rendendola un materiale leader per la prossima generazione di protezioni militari leggere.
Settori dell'edilizia e dei trasporti
Nel settore edile, la fibra aramidica viene utilizzata per rinforzi strutturali e sistemi di cavi per ponti grazie alla sua leggerezza, flessibilità e resistenza alla corrosione. È particolarmente efficace nel rinforzo di strutture irregolari. Nel settore dei trasporti, l'aramide viene utilizzata nei tessuti per pneumatici di automobili e aerei. Gli pneumatici rinforzati in aramide offrono elevata resistenza, resistenza alle forature, resistenza al calore e lunga durata, soddisfacendo i requisiti prestazionali dei moderni veicoli e aerei ad alta velocità.
Industria elettrica, elettronica e dei cavi
La fibra aramidica trova applicazioni particolarmente importanti nei settori elettrico, elettronico e della produzione di fili e cavi, in particolare nei seguenti ambiti:
Elementi di trazione nei cavi ottici: grazie all'elevata resistenza alla trazione e al modulo elastico, la fibra aramidica funge da elemento di trazione nei cavi ottici per comunicazioni, proteggendo le delicate fibre ottiche dalla deformazione sotto tensione e garantendo una trasmissione stabile del segnale.
Rinforzo nei cavi: nei cavi speciali, nei cavi sottomarini, nei cavi elettrici e nei cavi resistenti alle alte temperature, l'aramide è comunemente utilizzata come elemento di rinforzo centrale o strato di armatura. Rispetto ai rinforzi metallici, l'aramide offre una resistenza superiore a un peso inferiore, migliorando notevolmente la resistenza alla trazione e la stabilità meccanica del cavo.
Isolamento e resistenza alla fiamma: i compositi aramidici possiedono un'eccellente stabilità dielettrica e termica. Sono ampiamente utilizzati negli strati isolanti dei cavi, nelle guaine ignifughe e nelle guaine a bassa emissione di fumi e prive di alogeni. La carta aramidica, dopo essere stata impregnata con vernice isolante, viene combinata con mica naturale per l'impiego in motori e trasformatori resistenti alle alte temperature.
Cavi ignifughi e per trasporto ferroviario: la resistenza intrinseca alla fiamma e la tolleranza al calore della fibra aramidica la rendono ideale per l'uso nei cavi navali, nei cavi per trasporto ferroviario e nei cavi ignifughi di grado nucleare, dove gli standard di sicurezza sono rigorosi.
EMC e leggerezza: l'eccellente trasparenza elettromagnetica e la bassa costante dielettrica dell'aramide lo rendono adatto per strati di schermatura EMI, radome radar e componenti di integrazione optoelettronici, contribuendo a migliorare la compatibilità elettromagnetica e a ridurre il peso del sistema.
Altre applicazioni
Grazie al suo elevato contenuto di anelli aromatici, la fibra aramidica offre un'eccezionale stabilità chimica e resistenza alla corrosione, rendendola adatta per funi marine, cavi per trivellazione petrolifera e cavi ottici aerei per trasmissioni in ambienti difficili. È inoltre ampiamente utilizzata in attrezzature sportive di alta qualità, dispositivi di protezione individuale e pastiglie freno per autoveicoli, e viene sempre più adottata come alternativa ecologica all'amianto in applicazioni di sigillatura e isolamento, pannelli di isolamento termico e altri componenti di tenuta, garantendo sia prestazioni che sicurezza ambientale.
Data di pubblicazione: 31-lug-2025