الیاف و پارچه های کولار ( آرامیدها ), (KEVLAR) و نقش آن در استحکام بخشی به قطعات کامپوزیت و بالا بردن مقاومت ضربه ای , مهندسین کامپوزیت را بسیار راغب به استفاده در تمامی قطعات کامپوزیتی که ضربه پذیری بالا را طلب میکنند کرده است .
تاریخچه تولید و پیدایش کولار
دانشمندان دریافتند که پارا بنزوئیک اسید می تواند پلیمریزه شده و تحت شرایط ویژه ای حل و منتج به پلیمر سخت قابل رشته شدن گردد. این سرآغاز فکر به تولید الیافی به نام کولار شد.
Poly-paraphenylene terephthalamide – برند کولار – توسط آمریکایی لهستانی تبار و شیمیدان برجسته استفانی Kwolek اختراع شد.
خانم Stephunie Kwolek محقق مرکز تحقیقاتی دوپان در ویلینگتون این کشف بزرگ را انجام داد. او دریافت که پارا بنزوئیک اسید می تواند پلیمریزه شده و تحت شرایط ویژه ای حل و منتج به پلیمر سخت قابل رشته شده می گردد
در سال ۱۹۶۴، گروه او شروع به جستجو برای یک فیبر قوی بسیار سبک وزن و جدید برای استفاده در لاستیک های سبک اما قوی کرد. در آن زمان, Stephanie Kwolek مشغول به کار با پلیمرهای , poly-p-phenylene-terephthalat وpolybenzamide شد که کریستال مایع منحصر به فردی بود که با آن پلیمر ایجاد شده بود.
محلول ابری شکل که او ساخته بود پس از هم زدن به حالت شیری تبدیل میشد که ویسکوزیتهٔ آن پایین بود و معمولاً دور انداخته میشد. Kwolek، تکنسین‌ها و Charles Smullen محلولی را برای اداره کردن اسپینرت ارائه داد. راه حلی شگفت‌انگیز که از پاره شدن الیاف جلوگیری میکرد و برخلاف نایلون بود. سرپرست او و مدیر آزمایشگاه اهمیت کشف چنین اتفاقی را دریافتند و یک میدان جدید در شیمی پلیمر به سرعت به وجود آمد. در سال ۱۹۷۱، کولار مدرن معرفی شد .
کولار اولین بار در سال 1970 توسط dupont معرفی شد و جز اولین دسته الیاف با قدرت کششی و مدول بالا بوده که در کامپوزیت های پیشرفته به کار می رود.
کولار , نام تجاری برای الیاف ساخته شده از پارا آرامید قوی و سبک که با دیگر آرامیدها مثل نومکس و تکنورا ارتباط دارد.
به طور معمول به صورت نخ و یا پارچه های بافته شده و یا به عنوان یک بخش از مواد کامپوزیتی استفاده می شود.
کولارها بسته به درجه آرايش يافتگي مولكولي، سفتي‌هاي متفاوت دارند. كولار 29 و كولار 49 دو مورد از انواع کولارها با خواص منحصر به فرد هستند که در صنایع گوناگون از سیم و کابل تا هوافضا استفاده مي‌شوند.
كولارها تقويت كننده ممتازي در صنايع فضايي محسوب مي‌شوند. در سالهاي اخير كولار 149 نوع سفت تر كولارها معرفي شده است.
در زیر به خواص الیاف و پارچه های کولار به صورت خلاصه می پردازیم:
1- کولار , الیاف پارا آرامید سنتتیک شده هستند
2- الیاف کولار ابتدا در سال 1965 در کمپانی دوپونت آمریکا تولید گردید . و در ابتدا به عنوان جایگزینی مناسب برای سیمهای استیل در تایرها مورد استفاده قرار گرفت .
3- الیافی با خواص مشابه در سال 1970 با نام TWARON در کمپانی AKZO ساخت شد .
4-نسبت استحکام کششی به وزن در کولار بسیار آیده آل می باشد.و در واقع این نسبت 5 برابر بیشتر از استیل می باشد.
انواع شناخته شده تر کولار در ایران عبارتند از:
K29:این نوع از کولار دارای مدول کششی استاندارد بوده و در صناع کامپوزیت , تسمه های کشنده ,تایرها و دیسکهای ترمز مورد مصرف هستند
K49:این نوع از کولار دارای مدول کششی بالاتر بوده و در تسمهای کشش بسیار مستحکم مورد استفاده هستند
K129:دارای استحکام بالاتری نسبت به دو مدل قبلی بوده و در پنلهای بالستیک مانند انواع جلیقه و کلاه ضد گلوله کاربرد دارد
K149:دارای بالاترین استحکام در میان انواع پارچه ها و الیاف کولار است و در مصارف بالستیکی خاص مورد استفاده است.
مقایسه خواص الیاف کولار با سایر الیاف (الیاف شیشه و کربن و ..)
| Fibres | Strength (MPa) | Modulus (GPa) | Density (g cm -3 ) |
| E-glass | 3445 | 81.8 | 2.62 |
| S-glass | 4585 | 88.9 | 2.50 |
| Carbon AS4 | 4000 | 241 | 1.77 |
| Carbon IM6 | 4380 | 276 | 1.77 |
| Kevlar 29 | 3600 | 83 | 1.44 |
| Kevlar 49 | 4000 | 131 | 1.45 |
| Kevlar 149 | 3400 | 186 | 1.47 |
کاربرد الیاف و پارچه های کولار در صنایع گوناگونی مانند :
تسمه های کشنده مستحکم و مقاوم نسبت به سایش – دستکشها و پوششهای ضد برش – سازه های هوایی -فضایی به جهت خواص منحصر به فرد کولار( استحکام بالا در دماهای زیر صفر) – کاربردهای بالستیکی ماننده انواع جلیقه ضد گلوله ,کلاه و لباسهای مین زدایی – لباسهای آتشنشانان به جهت استحکام و مقاومت خوب در مقابل حرارت – در توربینهای بادی – ودر صنایع کشتیسازی جهت مقاومت به ضربه و… نومکس نیز از خانواده کولار است .
هانی کمبهای نومکس که به عنوان لایه میانی در سازه های کامپوزیتی جهت کاهش وزن مورد استفاده هستند هم اکنون در صنایع هوایی کشورمان ایران بسیار پر کاربرد هستند
فایبرگلاس ارایه دهنده الیاف کولار بافته شده جهت تولید قطعات خاص , با استحکام بالا و طبق مشخصات فنی ارایه شده می باشد . الیاف کولار ارایه شده توسط فایبرساز دارای خواص مکانیکی بالا ,تهیه شده از کمپانی های معتبر می باشد و کیفیت محصول قبل از ارایه توسط قسمت تولید فایبرساز آزموده شده و مورد تایید قرار گرفته است .