Aramids



Арамиды - это семейство нaйлонов, включающее Номекс® и Кевлар®. Кевлар® используется для создания таких вещей, как пуленепробиваемые жилеты и непрокалываемые велосипедные шины. Я полагаю, можно даже сделать пуленепробиваемые велошины из Кевлара®, конечно, если они кому-нибудь понадобятся.

Смеси Номекса® и Кевлара® используются для создания огнеупорной одежды. Номекс® спасает водителей гигантских грузовиков и тракторов от смертельных ожогов, случись их огнедышащим колесницам выдохнуть слишком много огня. Благодаря Номексу®, важная часть Американской культуры, в отличие от искусства, не требует жертв. (Полимеры играют еще одну важную роль в соревнованиях гигантских грузовиков - в виде эластомеров, из которых делаются эти гигантские шины.) Смеси из Номекса® и Кевлара® также защищают пожарных.

Кевлар® является полиамидом, в котором все амидные группы разделены пара-фениленовыми группами, то есть амидные группы присоединяются к фенильным кольцам друг напротив друга, к атомам углерода номер 1 и номер 4. Кевлар показан на большом рисунке в начале страницы


Номекс®, с другой стороны, содержит мета-фениленовые группы, то есть амидные группы присоединены к фенильному кольцу в позициях 1 и 3.

Кевлар® является очень кристаллическим полимером. Прошло немало времени, прежде чем придумали, как сделать из Кевлара® что-нибудь полезное, поскольку он ни в чем не растворялся. Таким образом, его обработка в форме раствора была исключена. Он не плавится при температурах ниже 500 oC - (жарковато для тостера!), так что обработка плавлением была также исключена. Тогда исследовательнице по имени Штефани Кволек (Stephanie Kwolek) пришла в голову гениальная идея. Нажмите сюда, чтобы выяснить, в чем эта идея заключалась.

Арамиды используются в виде волокон. Они образуют даже лучшие волокна, чем неароматические полиамиды, например, нaйлон 6,6.

Почему? Почему?

Ладно, поскольку кажется, что всем просто необходимо узнать, я скажу вам. Это связано с ловкими трюками, которые умеют проделывать амиды. Они обладают способностью принимать две различные формы или изомеры. Вы можете видеть на рисунке амид с малым молекулярном весом. На этих двух картинках изображено одно и то же соединение, но в виде различных изомеров. Тот, что слева, называется транс изомером, а тот, что справа - цис- изомером.

По-латыни транс означает "по другую сторону". Таким образом, когда углеводородные группы амида находятся по разные стороны от амидной связи, то есть связи между кислородом в карбониле и азотом в амиде, такое соединение называется транс- амидом. Аналогично, цис по-латыни значит "по одну сторону", поэтому когда обе углеводородные группы находятся по одну сторону от амидной связи, мы называем такое соединение цис- амидом.

Одна и та же молекула амида может разворачиваться из цис-изомера в транс и обратно, если ей сообщить немного энергии.

Такие же цис- и транс- изомеры существуют также и среди полиамидов. Когда все амидные группы в полиамиде (как например, в найлоне 6,6) находятся в транс состоянии, то полимер полностью вытянут в прямую линию. Это как раз то, что нам нужно для волокон, поскольку длинные прямые, полностью вытянутые макромолекулы более плотно упаковываются в кристаллическую форму, которая и образует волокно. Но, увы, всегда хотя бы некоторая часть амидных связей находится в цис- состоянии. Поэтому макромолекулы найлона 6,6 никогда не становятся полностью вытянутыми.

Но Кевлар® - другой. Когда он пытается перейти в цис- состояние, атомы водорода в больших ароматических группах мешают ему это сделать! В цис-изомере атомы находятся лишь чуть ближе, чем им бы хотелось быть. Поэтому Кевлар® остается почти полностью в транс- состоянии, так что он может полностью вытягиваться и образовывать замечательные волокна.

Теперь будет полезно посмотреть на увеличенную картину процесса. Посмотрите на следующую картинку, и вы увидите, что когда Кевлар® пытается образовать цис- изомер, то атомам водорода в фенильных группах не хватает места. Поэтому обычно наблюдается только транс- изомер.

Но существует другой полимер, который вытягивается даже лучше, чем Кевлар®, и называется он полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом. Он даже заменил Кевлар® при изготовлении пуленепробиваемых жилетов!

Но вернемся опять к Кевлару®...

А фенильные кольца соседних макромолекул очень легко и аккуратно укладываются друг на друга, что делает полимер еще более кристаллическим, а волокна - более прочными.

Другие полимеры, используемые в виде волокон включают:


Вернуться в директорию Второго Уровня


Вернуться в основную директорию Макрогалереи


Авторское Право ©1995,1996 | Факультет Науки о Полимерах | Университет Южного Миссисипи