Allgemeine Struktur von Aramiden 230px Wiederholeinheiten von aromatischen Polyamiden, die aus einem Diamin und einem Dicarbonsäurechlorid hergestellt wurden. Ar1 steht für den „Aryl-Rest“ des eingesetzten Dicarbonsäurechlorids, Ar2 für den Aryl-Rest der eingesetzten Diaminverbindung. Die Carbonsäureamid-Gruppen sind blau gekennzeichnet.
Aramide (eine Wortzusammenfassung aus Aromatische Polyamide) ist der ISO-Gattungsbegriff für solche Polyamide, bei denen die Amidgruppen an aromatischen Gruppen gebunden sind. Aramide zählen zu den Flüssigkristallpolymeren (FKP). Sie werden hauptsächlich in Form von Fasern (Filamenten und Stapelfasern), aber auch in Form von Fibriden und Pulpen, Folien, Papieren und Partikeln hergestellt.Menachem Lewin (Hrsg.): Handbook of Fiber Chemistry. Third Edition. Taylor & Francis Group, Boca Raton 2007, ISBN 978-0-8247-2565-5, S. 977f. Nach der Definition der US-amerikanischen Federal Trade Commission für Textilfasern sind Aramide Polyamide mit aromatischen Gruppen in der Hauptkette, bei denen mindestens 85 % der Amidgruppen direkt an zwei aromatische Ringe gebunden sind.Commercial Practices, Part 303, § 303.7 Generic names and definitions for manufactured fibers. Die EU-Textilkennzeichnungsverordnung fordert dies ebenfalls, bezeichnet jedoch auch aromatische Polyamidimide als Aramide.Europäischen Textilkennzeichnungsverordnung, Anhang I
Man unterscheidet zwischen meta-Aramiden, para-Aramiden und para-Aramid-Copolymeren. Die meta-Aramidfasern werden unter den Hochleistungsfaserstoffen der Gruppe der unschmelzbaren hochtemperatur- bzw. flammbeständigen Fasern mit mechanischen Eigenschaften im Bereich der konventionellen textilen Fasern zugerechnet. Sie zeichnen sich durch außergewöhnliche chemische Resistenz und hohe Hitzebeständigkeit aus.Walter Loy: Chemiefasern für technische Textilprodukte. 2., grundlegende überarbeitet und erweiterte Auflage. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2008, ISBN 978-3-86641-197-5, S. 107/108.S. L. Kwolek, H. H. Yang: History of Aramid Fibers. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (Hrsg.): Manmade Fibers:Their Origin and Development. Elsevier Applied Science, London and New York 1993, ISBN 1-85166-888-8, S. 316. Die para-Aramidfasern wie auch die para-Aramid-Copolymer-Fasern zählen zur Gruppe der hochfesten Synthesefasern mit erhöhter Temperaturbeständigkeit.Walter Loy: Chemiefasern für technische Textilprodukte. 2., grundlegende überarbeitet und erweiterte Auflage. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2008, ISBN 978-3-86641-197-5, S. 77. Bekannte Markennamen für m-Aramidfasern sind Nomex von DuPont sowie Teijinconex von Teijin Aramid, für p-Aramidfasern Kevlar von DuPont und Twaron von Teijin Aramid und für para-Aramid-Copolymer Technora von Teijin Aramid.
220px|Poly(p-phenylenterephthalamid) Poly(p-phenylenterephthalamid) 220px|Poly(m-phenylenisophthalamid) Poly(m-phenylenisophthalamid)
Geschichte der Aramide Die Suche nach hochfesten und hochtemperaturbeständigen Fasern ist in hohem Maße durch den Bedarf der Weltraumfahrt ausgelöst worden.Stefan Mecheels, Herbert Vogler, Josef Kurz: Kultur- & Industriegeschichte der Textilien. Wachter GmbH, Bönnigheim 2009, ISBN 978-3-9812485-3-1, S. 445.Hermann Klare: Geschichte der Chemiefaserforschung. Akademie-Verlag, Berlin 1985, S. 311. Die Chemiefaserforschung erkannte schon in den 1940er Jahren, dass Polyamide mit einem aromatischen Kern relativ hohe Schmelzpunkte haben sowie steifer und dimensionsstabiler sind als solche mit aliphatischen Gruppen. Man war sich aber auch im Klaren, dass hochschmelzende vollaromatische Polyamide nicht aus der Schmelze verspinnbar sein würden und ebenfalls schwerlöslich wären.Hermann Klare: Geschichte der Chemiefaserforschung. Akademie-Verlag, Berlin 1985, S. 310/311. Deshalb bedurfte es einiger technischer Neuerungen zur Erzeugung von vollaromatischen Polyamiden mit hohem Molekulargewicht.
1950 entwickelte der Chemiker Emerson Wittbecker bei DuPont in den USA die Grenzflächenpolykondensation. Hinweise darauf erhielt er aus dem Bericht der Alliierten über die deutsche Synthesefaserforschung vor dem Zweiten Weltkrieg.Sanford L. Moskowitz: Advanced Materials Innovation – Managing Global Technology in the 21st century. John Wiley & Sons, Hoboken 2016, ISBN 978-0-470-50892-3, S. 75. Die Methode wurde bei DuPont weiterentwickelt und von Paul Morgan durch die Lösungspolykondensation erweitert. Die Forscher bei DuPont erfanden ausgehend von diesen Polykondensationsmethoden Ende der 1950er/Anfang der 1960er Jahre unter Leitung von P. W. Morgan die hitzebeständige Poly(m-phenylenterephthalamid)-Faser HT-1, sowohl als Filament, aber auch als Stapelfaser und als Fibride, die in Mischung mit kurzen Stapelfasern zu Papier verarbeitet werden konnten.LeRoy K. McCune: HT-1 High-Temperature-Resistant Polyamid Fibers and Paper. Paper at Thirty-Second Annual Meeting of Textile Research Institut, New York City, March 21, 1962. DuPont begann 1966 die industrielle Produktion der Faser und gab ihr 1967 den Handelsnamen Nomex.Dieter Veit: Fasern – Geschichte, Erzeugung, Eigenschaft, Markt. Springer Berlin 2023, ISBN 978-3-662-64468-3, S. 717.
Ein weiterer technischer Fortschritt wurde erreicht, als 1965 Stephanie Kwolek das flüssigkristalline Verhalten von p-Aramiden in Lösung entdeckte und sich dabei auch auf die Synthese von Poly(p-phenylenterephthalamid) konzentrierte, weil dieses p-Aramid auf kostengünstigen Ausgangsstoffen beruhte und die Entwicklung eines vollkommenen neuen Spinnprozesses durch Herbert Blades ermöglichte. Die erste Faser aus p-Aramid wurde als Fiber B bezeichnet. Die erste Produktionsanlage ist 1971 in Richmond, US-Bundesstaat Virginia mit einer Jahreskapazität von ca. 2.270 t gebaut worden. Die Faser wurde ab 1972 unter dem Markennamen Kevlar auf den Markt gebracht. 1978 wurde die Jahreskapazität auf ca. 6.800 t und im Jahr 1982 auf 20.500 t erhöht.S. L. Kwolek, H. H. Yang: History of Aramid Fibers. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (Hrsg.): Manmade Fibers: Their Origin and Development. Elsevier Applied Science, London and New York 1993, ISBN 1-85166-888-8, S. 315, 317.
Ende der 1950er Jahre begannen Forschungsarbeiten an Aramiden in der Sowjetunion, die vom Militär gefördert wurden. Die Faser, die vergleichbar zu der hitzebeständigen m-Aramid-Faser Nomex war, erhielt den Markennamen Fenilon. Sie wurde 1969 auf einer Pilotanlage des Unionsinstituts für Synthesefaserforschung erstmals hergestellt, aber erst 1985 wurde die erste industrielle Produktionsanlage in Betrieb genommen. Eine Faser mit hoher Festigkeit und hohem Modul wurde 1969 unter dem Namen Vniivlon entwickelt, deren Name nach weiteren Verbesserungen in SVM geändert wurde und die ab 1972 für weiterverarbeitende Technologien zur Verfügung stand.Karel F. Mulder: The Other Aramid Fibers. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (Hrsg.): Manmade Fibers: Their Origin and Development. Elsevier Applied Science, London and New York 1993, ISBN 1-85166-888-8, S. 346.S. L. Kwolek, H. H. Yang: History of Aramid Fibers. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (Hrsg.): Manmade Fibers: Their Origin and Development. Elsevier Applied Science, London and New York 1993, ISBN 1-85166-888-8, S. 336. Später wurden noch Armos, eine Aramid-Copolymerfaser, und eine p-Aramid-Faser produziert.Anthony R. Bunsell (Hrsg.): Handbook Terlon of Properties of Textile and Technical Fibers. 2. Auflage. Elsevier Ltd. 2018, ISBN 978-0-08-101272-7, S. 626.
Der britische Hersteller ICI startete Mitte/Ende der 1960er Jahre ein Forschungsprogramm zur Herstellung von Aramidfasern, produzierte auch einige Fasern auf einer kleintechnischen Anlage, aber das Management entschied, die Arbeiten 1976 einzustellen.Karel F. Mulder: The Other Aramid Fibers. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (Hrsg.): Manmade Fibers: Their Origin and Development. Elsevier Applied Science, London and New York 1993, ISBN 1-85166-888-8, S. 351/352.
Anfang der 1970er Jahre begann auch das niederländische Unternehmen AKZO mit der Entwicklung von Aramidfasern. Die Forscher von AKZO entwickelten Ende 1972 eine Aramid-Faser, die vergleichbare Eigenschaften zur Faser B (Kevlar) von DuPont zeigte. AKZO entwickelte diese Faser als Faser X ab 1975 als Arenka weiter. 1976 wurde die Pilotanlage für diese Faser in Betrieb genommen. Die Vorbereitungen für eine Großanlage für Aramidpolymere und einer Spinnanlage für Fasern begannen 1978. Arenka wurde 1982 in Twaron umbenannt. 1985 wurde die kommerzielle Produktion aufgenommen. 1989 ist das Aramidgeschäft von AKZO in eine separate Geschäftseinheit Twaron BV abgespalten worden, die im Jahr 2000 von der japanischen Teijin Group übernommen wurde. 2007 wurde der Name dieser Geschäftseinheit von Teijin Twaron BV in Teijin Aramid BV geändert. In Japan startete Teijin schon 1969 die Produktion einer hitzebeständigen Aramidfaser, die Nomex ähnelte. Sie erhielt den Markennamen Conex, heute bekannt als Teijinconex. Teijin entwickelte in den 1970er Jahren auch eine Aramidfaser mit hoher Festigkeit und hohem Modul, die als HM-50 bezeichnet wurde. 1987 wurde die erste Produktionsanlage eröffnet. Die Faser erhielt den Markennamen Technora.Karel F. Mulder: The Other Aramid Fibers. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (Hrsg.): Manmade Fibers: Their Origin and Development. Elsevier Applied Science, London and New York 1993, ISBN 1-85166-888-8, S. 353–356.S. L. Kwolek, H. H. Yang: History of Aramid Fibers. In: B. Seymour, Rogers S. Porters (Hrsg.): Manmade Fibers: Their Origin and Development. Elsevier Applied Science, London and New York 1993, ISBN 1-85166-888-8, S. 336.
In der Republik Korea begann das Unternehmen Kolon Industries im Jahr 1979 mit Entwicklungsarbeiten für p-Aramid. Heute werden unter dem Markennamen Heracron Filamente, Stapelfasern und Pulpe produziert.Kolon Industries
In der Volksrepublik China werden durch Yantai Tayho Advanced Materials Co., Ltd m-Aramid-Fasern unter dem Markennamen Newstar und p-Aramid-Fasern als Taparan hergestellt.Tayho Advanced Materials
Synthese 400px|mini|Aramidprozess (Melliand Textilberichte 1982) von Blumberg/Hillermeier 300px|mini|Zwei „para“-Aramidpolymere mit Wasserstoffbrückenbindungen
Bei der Synthese der Aramiden wird meist von einem aromatischen Dicarbonsäurehalogenid und einem Phenylendiamin ausgegangen, so z. B. von Paraphenylendiamin und Terephthaloyldichlorid.
700px|Kondensationsreaktion bei der Herstellung von PPTA Polykondensation bei der Herstellung von PPTA
Die Synthese erfolgt nach der Schotten-Baumann-Methode bei Temperaturen im Bereich von 0 bis −40 °C, um Nebenreaktionen zu vermeiden. Als Lösungsmittel wird N-Methylpyrrolidon, Dimethylacetamid oder Tetramethylharnstoff verwendet, die mit Salzen wie beispielsweise Calciumchlorid versetzt sind.Bernd Tieke: Makromolekulare Chemie. 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2014, ISBN 978-3-527-66227-2, S. 31 ff.
Spinnen Die Verarbeitung zu Fasern (das Spinnen) kann nur aus Lösungen erfolgen, da der Schmelzpunkt meist weit über dem thermischen Zersetzungspunkt liegt. Eine hohe Polymerkonzentration in der Spinnlösung ist vorteilhaft für die Filamentherstellung und kann zu hohen Orientierungen führen. Ein gutes Lösungsmittel für Aramide in hoher Konzentration und damit anisotropem Charakter ist konzentrierte Schwefelsäure.
Der Weg des Direktspinnens aus der Polymerlösung hat sich nicht als praktikabel erwiesen, ökonomischer sind Polymere vom Typ para-orientierter, aromatischer Dicarbonsäuren und Diamine. Die Faserherstellung über Polykondensation und der Gebrauch von Schwefelsäure als Lösungsmittel wird im Bild gezeigt.