4つの高性能繊維の1つ：アラミド繊維

アラミド繊維（芳香族ポリアミド繊維）は、炭素繊維、超高分子量ポリエチレン繊維（UHMWPE）、玄武岩繊維とともに、中国で開発が優先される4つの高性能繊維の一つに挙げられています。一般的なナイロンと同様に、アラミド繊維はポリアミド繊維に属し、主分子鎖にアミド結合を有しています。主な違いは結合にあります。ナイロンのアミド結合は脂肪族基に結合しているのに対し、アラミドはベンゼン環に共役しています。この特殊な分子構造により、アラミド繊維は非常に高い軸強度（>20cN/dtex）と弾性率（>500GPa）を有し、ハイエンドケーブルの補強材として最適です。

アラミド繊維の種類

アラミド繊維ポリアミド繊維は、主に全芳香族ポリアミド繊維と複素環芳香族ポリアミド繊維から成り、これらはさらにオルトアラミド、パラアラミド（PPTA）、メタアラミド（PMTA）に分類されます。これらのうち、メタアラミドとパラアラミドは工業化されています。分子構造の観点から見ると、これら2つの主な違いは、アミド結合が結合しているベンゼン環の炭素原子の位置にあります。この構造上の違いは、機械的特性と熱安定性に大きな違いをもたらします。

パラアラミド

パラアラミド、またはポリ(パラフェニレンテレフタルアミド) (PPTA) は、中国ではアラミド1414とも呼ばれ、アミド結合の85%以上が芳香環に直接結合した線状高分子です。パラアラミド製品の中で最も商業的に成功しているのは、デュポン社のケブラー®と帝人のトワロン®で、これらは世界市場を席巻しています。パラアラミドは、液晶ポリマー紡糸溶液を用いて製造された最初の繊維であり、高性能合成繊維の新たな時代を切り開きました。機械的特性に関しては、引張強度は3.0～3.6GPa、弾性率は70～170GPa、破断伸びは2～4%に達します。これらの優れた特性により、光ケーブルの補強、防弾などの分野でかけがえのない利点がもたらされています。

メタアラミド

メタアラミド、またはポリ(m-フェニレンイソフタルアミド) (PMTA) は、中国ではアラミド1313としても知られ、耐熱性に優れた有機繊維の代表格です。その分子構造は、メタフェニレン環をアミド基が連結したジグザグの直鎖構造で、3次元ネットワークを形成し、強力な分子間水素結合によって安定化されています。この構造により、優れた難燃性、熱安定性、耐放射線性を備えています。代表的な製品として、デュポン社のノーメックス®が挙げられます。限界酸素指数 (LOI) は28～32、ガラス転移温度は約275℃、連続使用温度は200℃を超えており、耐火ケーブルや高温絶縁材などに広く使用されています。

アラミド繊維の優れた特性

アラミド繊維は、超高強度、高弾性率、耐熱性、耐酸性および耐アルカリ性、軽量、絶縁性、耐老化性、長寿命、化学的安定性、燃焼時の溶融液滴なし、毒性のないガス放出などの特徴を備えています。ケーブル用途の観点から見ると、パラアラミドはメタアラミドよりも耐熱性に優れ、連続使用温度範囲は-196～204℃で、500℃でも分解または溶融しません。パラアラミドの最も注目すべき特性には、超高強度、高弾性率、耐熱性、耐薬品性、低密度などがあります。その強度は25g/dtexを超え、これは高品質の鋼の5～6倍、グラスファイバーの3倍、高強度ナイロン工業用糸の2倍に相当します。弾性率は鋼やグラスファイバーの2～3倍、高強度ナイロンの10倍です。鋼線の 2 倍の強度があり、重量はわずか 1/5 程度なので、光ケーブル、海底ケーブル、その他のハイエンド ケーブルの補強材として特に適しています。

アラミド繊維の機械的特性

メタ系アラミドは、一般的なポリエステル、綿、ナイロンよりも高い破断強度を持つ柔軟なポリマーです。伸び率が高く、手触りが柔らかく、紡糸性に優れ、様々なデニールの短繊維やフィラメントに生産できます。標準的な繊維機械を用いて織物や不織布に紡糸し、様々な産業の防護服のニーズに合わせて加工することができます。電気絶縁材として、メタ系アラミドの難燃性と耐熱性は際立っています。LOI（燃焼時間積）が28を超えるため、炎を消した後も燃え続けることはありません。その難燃性は化学構造に内在しており、洗濯や長期使用による性能低下がなく、永久的に難燃性を維持します。メタ系アラミドは優れた熱安定性を備え、205℃での連続使用が可能で、205℃を超える温度でも強度を強く保持します。分解温度が高く、高温でも溶融したり滴下したりせず、370℃以上で炭化し始めます。これらの特性により、高温ケーブルや耐火ケーブルの絶縁および補強に最適です。

アラミド繊維の化学的安定性

メタアラミドは、濃硫酸や濃硝酸には敏感ですが、ほとんどの化学薬品や濃無機酸に対して優れた耐性を有しています。また、室温では優れた耐アルカリ性も備えています。

アラミド繊維の耐放射線性

メタ系アラミドは優れた耐放射線性を有します。例えば、1.2×10⁻² W/cm²の紫外線と1.72×10⁸ radのガンマ線に長時間曝露しても、強度は変化しません。この優れた耐放射線性により、原子力発電所や宇宙船で使用されるケーブルに特に適しています。

アラミド繊維の耐久性

メタ系アラミドは優れた耐摩耗性と耐薬品性も備えています。国内産メタ系アラミド繊維は、100回の洗濯後でも、元の引裂強度の85%以上を維持します。ケーブル用途において、この耐久性は長期的な機械的・電気的性能の安定性を保証します。

アラミド繊維の用途

アラミド繊維は、優れた機械的特性、耐高温性、化学的安定性により、中国の航空宇宙、自動車、電気機械、建設、スポーツ産業で広く利用されており、高性能産業の将来の発展における重要な材料とみなされています。特に、通信用光ケーブル、電力ケーブル、耐高温ケーブル、海底ケーブル、特殊ケーブルなどの分野で、アラミドはかけがえのない役割を果たしています。

航空宇宙および軍事分野

アラミド繊維は、低密度、高強度、優れた耐腐食性を特徴とし、ロケットモーターケースや広帯域レドーム構造など、航空宇宙機の構造部品に広く応用されています。その複合材料は優れた耐衝撃性と電磁波透過性を備え、航空機の大幅な軽量化と安全性の向上に貢献します。防衛分野では、防弾チョッキ、ヘルメット、耐爆コンテナなどに利用されており、次世代の軽量軍事防護の主要素材となっています。

建設・運輸分野

建設業界では、軽量、柔軟性、耐腐食性といった特性から、アラミド繊維は構造補強材や橋梁ケーブルシステムに利用されています。特に不規則な構造物の補強に効果的です。輸送分野では、アラミドは自動車や航空機のタイヤコード織物に使用されています。アラミド繊維で補強されたタイヤは、高い強度、耐パンク性、耐熱性、長寿命を備え、現代の高速車両や航空機の性能要求を満たしています。

電気・電子・ケーブル業界

アラミド繊維は、電気、電子、電線・ケーブル製造部門、とりわけ以下の分野で顕著な用途があります。

光ケーブルの張力部材: 高い引張強度と弾性率を持つアラミド繊維は、通信用光ケーブルの張力部材として機能し、繊細な光ファイバを張力による変形から保護し、安定した信号伝送を確保します。

ケーブルの補強：特殊ケーブル、海底ケーブル、電力ケーブル、耐高温ケーブルでは、アラミドが中心補強材または外装層として広く使用されています。金属補強材と比較して、アラミドは軽量でありながら優れた強度を備え、ケーブルの引張強度と機械的安定性を大幅に向上させます。

絶縁性と難燃性：アラミド複合材料は優れた誘電安定性と熱安定性を有し、ケーブル絶縁層、難燃性ジャケット、ハロゲンフリー低煙性シースなどに広く使用されています。アラミド紙は、絶縁ワニスを含浸させた後、天然マイカと組み合わせることで、耐熱モーターや変圧器に使用されます。

耐火ケーブルおよび鉄道輸送ケーブル: アラミド繊維は、その固有の耐火性と耐熱性により、安全基準が厳しい船舶用ケーブル、鉄道輸送ケーブル、原子力グレードの耐火ケーブルに最適です。

EMC と軽量化: アラミドは優れた電磁透過性と低誘電率を備えているため、EMI シールド層、レーダー レドーム、光電子統合コンポーネントに適しており、電磁両立性の向上とシステム重量の軽減に役立ちます。

その他のアプリケーション

アラミド繊維は、芳香族環含有量が高いため、優れた化学的安定性と耐腐食性を備えており、過酷な環境で使用される海洋ロープ、石油掘削ケーブル、架空伝送用光ケーブルなどに適しています。また、高級スポーツ用品、防護具、自動車用ブレーキパッドにも広く使用されており、シーリング・断熱材、断熱パネル、その他のシーリング部品において、アスベストに代わる環境に優しい代替品として採用が進んでおり、性能と環境安全性の両立を実現しています。