Кевларовые стены что это

Что такое кевлар и кевларовые волокна: описание свойств нити и тканей

Несмотря на то, что кевларовое волокно было изобретено много лет назад до сих пор люди не перестают удивляться его уникальным свойствам. Материал совершил переворот в области тканей, которые разработаны для защиты благодаря своим параметрам и характерным особенностям.

Кевлар: что же все-таки это такое

Ткань из синтетического волокна с кристаллической структурой называется кевлар. Невероятную прочность ткани придает бензольное кольцо, которое лежит в сечении кристалла. По своим характеристикам материя крепче и прочнее металла, при этом она очень тонкая и легкая. Кевларовое волокно

У всех по-разному происходит знакомство с кевларом, что это такое каждый узнает из определенных жизненных ситуаций. Современная молодежь знакома с материалом благодаря игре раст, в которой персонажам предлагается приобрести доспехи и амуницию именно из него. Более старшее поколение ассоциирует волокно с защитной одеждой и спортивным инвентарем. Разновидности кевларового волокна

Вкратце о возникновении

В далеком 1975 году впервые на рынке был представлен и сразу же начал пользоваться огромным спросом, которые с каждым днем только увеличивается, материал под названием кевлар. Получен был этот уникальный полимер в лабораториях всемирно известного концерна Дюпон. Официально его создателем считается химик Стефани Кволек.

В те времена он употреблялся для шин в качестве армирующего материала. Впоследствии он нашел применение для разнообразных композитных материалов, изготовления спортивного оборудования и кабельной продукции. Кевларовая ткань стала употребляться для выпуска средств персональной защиты. Кевларовая нить

Производство кевларовой ткани

Впервые узнав о таком материале, у многих напрашивается вопрос, из чего делать кевлар. Для его получения берется раствор хлористого кальция и метилпирролидон. К нему присоединяются специальные реагенты, выделяющие необычное вещество с качествами жидких кристаллов. Процесс осуществляется при низких температурах.

Снаружи получившийся полимер представляет собой крошку или гель, который подвергается промыванию и просушиванию. Затем он пропускается через фильеры, в результате этого формируются волокна, затем получаются нити. Что такое кевларовые нити, догадаться не сложно. В нитки скручивают полученные волокна, которые уже образуют готовый продукт. После этого они вторично посылаются в осадительную ванну, промываются и высушиваются.

Обратите внимание! Так как при получении кевлара появляются существенные трудности, заключающиеся в использовании серной кислоты, процесс является сильно затратным.

Технические характеристики и свойства

Технические характеристики и свойства кевлара по истине уникальны. Основной особенностью считается высокая механическая прочность. При этом масса и плотность сравнительно низкие.

Кевлар — это материал с уникальной устойчивостью к растяжению и со способностью к самотушению. При этом он не горит и не плавится. Только при температуре выше 430 градусов начинает разлагаться. В результате воздействия высоких температур, не сразу, а по прошествии определенного времени, начинает терять свою прочность.

К органическим растворителям и коррозии имеет устойчивость, отличается высоким модулем упругости. Под воздействием низких температур не только ни ухудшаться, а наоборот становится крепче. Устойчив к порезам и обладает низкой удельной электропроводностью. Водонепроницаемая кевларовая ткань

Сферы внедрения кевлара

Несмотря на широкую распространенность и востребованность, что такое кевлар знают не многие. Хотя это высокопрочное волокно на протяжении многих десятилетий находит самое разнообразное применение.

В основном свое применение кевлар находит в областях, для которых важны следующие характеристики:

  • стойкость к износу;
  • тепловая стабильность;
  • низкая структурная твердость;
  • значительная легкость;
  • хорошая крепость при низком весе.

Поэтому логично, что из ткани кевлара изготавливаются средства персональной защиты, различная одежда для военнослужащих и спецподразделений. Кевларовая пластина

Авиационная промышленность

О свойствах кевлара, что это за материал не понаслышке знают в авиационной промышленности. Он применяется при производстве ряда беспилотных летательных аппаратов с целью обеспечения защиты.

Средства индивидуальной бронезащиты

Механические свойства делают кевларовые волокна пригодными для выпуска средств персональной бронезащиты. Из него изготавливаются боевые шлемы, бронежилеты, баллистические маски для защиты лица.

Благодаря кевларовой броне вооруженные силы различных стран создают специальные пуленепробиваемые маски и подшлемники для экипажей бронетанковой техники. Кроме этого именно с помощью кевлара осуществляется бронирование авианосцев класса «Нимиц».

Бронежилеты из кевларового волокна по праву считаются самыми качественными. Такая броня способна обеспечить защиту от скользящих ударов холодного оружия, ослабить попадание пуль, обезопасить от проникновения и распространения осколков. Защита обеспечивается благодаря уникальной легкости, прочности и относительной долговечности используемого материала. Бронежилет из кевлара

При этом отдавая предпочтение изделиям из кевлара, таким как бронежилеты, следует учитывать то, что полимер наделен некими аспектами. Так как броня получается мягкой, защитить от выстрела в упор или проникающего удара ножом, а также шилом, она не сможет. Для таких целей разрабатываются специальные модели с особыми жесткими панелями. К недостаткам можно отнести еще светочувствительность. При постоянном и длительном воздействии солнечных лучей материал начинает постепенно разрушаться.

Так как кевларовая нить считается дорогостоящим материалом, до сих пор не произошла всеобщая «кевларизация». Оснащать тактильными изделиями из этого материала армию и подразделения могут позволить себе только экономически развитые страны.

Защита на руки

Для защиты рук от повреждений при столкновении с зубами противника, а также для значительного усиления удара используются тактические перчатки со вставками кевларовых пластин. Такие перчатки еще называют своеобразным современным аналогом кастета. У сотрудников специализированных подразделений, а также у экстремалов, любителей активного отдыха и уличных бойцов подобные аксессуары пользуются большим спросом. Такая популярность объясняется прочностью, устойчивостью к влаге и повреждениям, а также теплотой. Руки в таких перчатках будут полностью защищены. Кевларовая защита на руки

Спортивный инвентарь

Доски из сноуборда, лодки, весла, лыжи и спортивные шлемы из кевлара отличаются легкостью и высокой прочностью. Спортивным товарам, произведенным из этого материала, отдают предпочтения, как любители, так и профессиональные спортсмены.

Именно этот материал помогает минимизировать передачу вибрации, обеспечить выдерживание деформационных нагрузок без повреждений. В результате пластичности материала изделия предохраняются от различных серьезных повреждений, раздробления. Кроме этого он отличается полной безопасностью и надежностью даже под воздействием высоких ударных нагрузок. Гиря в мягкой оболочке из кевлара

Помимо всего прочего, кевлар используется для обкладки на некоторых велосипедных шинах. Именно он сводит к минимуму вероятность прокалывания. Добавляются слои кевлара на ракетки в настольном теннисе. Это позволяет увеличить отскок и добиться снижения веса. Используется материал для производства безопасной одежды для мотоциклистов. Особенно им заменяются элементы из пластика для защиты плеч и локтей. Ракетка для настольного тенниса с кевларовым покрытием

Другие области применения

Высокие химические и механические показатели устойчивости, а также прочность кевлара обеспечивает широкое применение его в различных сферах. Этот материал считается одним из высокотехнологичных в современном мире. Кевларовый обод велосипеда

Чаще всего он используется в следующих целях:

  • В качестве армирующего волокна — применяется для придания материалу легкости и прочности. С его помощью укрепляются кабеля, а также они защищаются от обрывов и растяжений.
  • В процессе выпуска ортопедических протезов.
  • Для производства канатов — изделия выделяются устойчивостью к коррозии, надежностью, незначительным весом, не электропроводностью. Благодаря этим характеристикам канаты обширно используются в судостроении и горной промышленности, заменяя собой стальные тросы.
  • Для получения гибридного материала под названием карбон-кевлар — используется для сооружения корпусов лодок, которые способны развивать значительные скорости.
  • Для производства новейшего суперпрочного строительного материала под названием кевларобетон — используется для изготовления тротуарной плитки, фасадного камня для стен, памятников, бордюров, ступенек и многого другого. При этом стоят такие строительные материалы довольно дорого из-за используемого кевлара.
  • Для производства лески — если человек занимается рыбалкой профессионально, то он отдает предпочтение только качественным снастям. Также незаменима будет на рыбалке кевларовая перчатка, особенно при ловле сомов или щуки.
  • Для изготовления защиты картера — обеспечивает высокий уровень устойчивости к механическим повреждениям. Она термостабильна и отличается высокой степенью устойчивости к воздействию химикалий. При этом композит из кевлара стоит сравнительно дешевле.

Рулон кевлара

Кевларовые волокно сегодня используются в разнообразных сферах. Без этого материала практически невозможно представить пассивную защиту, а бронежилеты и шлемы спасли уже немало жизней.

Читать еще:  Тонкая стяжка пола на бетонное основание

Что такое кевлар? Общие сведения, свойства, применение

Главная страница » Что такое кевлар? Общие сведения, свойства, применение

Природа дала человеку целый ряд уникальных в своём роде материалов. Например, древесина — материал настолько прочный и универсальный, что допускает использование практически везде: от изготовления бумаги до строительства домов. Можно выделить овечью шерсть — крайне эффективный изоляционный материал или натуральную кожу, обладающую свойствами самовосстановления. Натуральные материалы действительно уникальны, но далеко не идеальны для применения в современном мире. Теперь люди всё чаще полагаются на кевлар или карбон – синтетические материалы прочнее стали.

Что такое кевлар?

Синтезированный искусственно кевлар – материал, показывающий пятикратно увеличенную прочность по сравнению с традиционной сталью. По сути, являющийся пластиком, материал кевлар способен противостоять удару ножа и защитить от пули.

Применение этого искусственного материала фактически неограниченно – от изготовления корпусов речных лодок и морских катеров, до производства тормозных колодок и тетивы спортивных луков.

Существуют, в буквальном смысле, сотни синтетических пластиков, получаемых методом полимеризации (соединения молекул длинной цепью), и каждый продукт обладает совершенно разными свойствами. Удивительные свойства кевлара отчасти связаны с внутренней структурой, где присутствуют волокна, тесно связанные между собой.

Композит, созданный на основе кевларового волокна и углеродного волокна (карбона). Облегчённый, удобный материал и при этом обладающий уникальными свойствами прочности

Материал совершенно не похож на хлопок, производимый из соответствующего сырья. Кевлар является запатентованным продуктом, который производится исключительно химической компанией «DuPont», и выпускается двумя основными модификациями:

По химической структуре изделия напоминают другой универсальный защитный материал, именуемый – хомекс (Homex). Продукты кевлар и хомекс являются примерами химических веществ, относимых к разряду синтетических ароматических полиамидов (арамидов). Эти синтетические ткани производятся в химической лаборатории (в отличие от натуральных тканей).

Что такое полиамид и полимер?

Соединение кольцеобразных ароматических молекул вместе, образующих длинную цепь, называется полиамидом. Полиамиды размещаются внутри структуры параллельно кевларовым волокнам, подобно стальным стержням (арматуре) железобетона.

Полимер может быть представлен множеством идентичных молекул, связанных вместе (каждая из которых называется мономером). Пластмассы – пример классических полимеров современного мира. Очевидно — мономеры кевлара основаны на модифицированной бензолоподобной кольцевой структуре.

Полиамиды напоминают о себе присутствием в составе предметов широко распространённых в бытовой сфере, а также в других, относящихся, например, к промышленно-производственной сфере

Подобно продукту хомекс, продукт кевлар следует рассматривать «дальним родственником» нейлона — первого коммерчески успешного «суперполиамида», разработанного компанией «DuPont» ещё вначале XIX века. Впервые формула кевлара была получена в 1960-х годах, а первый образец произвели в 1971 году.

Преимущественные стороны кевлара

Отметить преимущественные стороны материала позволяют следующие качества:

  • сильный, но относительно легкий материал. Удельная прочность на растяжение кевлара 29 и кевлара 49 более чем в восемь раз выше, чем у стальной проволоки;
  • в отличие от большинства пластиков, этот вариант не плавится до температуры 450ºC;
  • по сравнению с родственным материалом хомекс, кевлар воспламеняется, но при удалении источника тепла горение обычно прекращается;
  • крайне низкие температуры не оказывают особого влияния на материал примерно до границы -196 ° C.

Как и для многих других пластмасс, длительное воздействие ультрафиолетового света вызывает изменение цвета и некоторую деградацию волокон структуры кевлара.

Вместе с тем, материал успешно противостоит воздействию различных химических веществ. Правда, длительное воздействие сильных кислот или оснований ухудшает структуру со временем.

Этот кевларовый чехол смартфона надолго обеспечит владельца дорогостоящего аппарата от проблем повреждения, появления царапин на корпусе устройства и других. Фактически – стальной чехол

Компанией «DuPont» проводилось тестирование кевлара долговременным воздействием горячей воды (более 200 дней). По результатам испытаний выяснилась полная неизменность сверхпрочных свойств, которые практически не подвержены влиянию влаги.

Недостатки материала

Между тем, кевлар также обладает определёнными недостатками. В частности, обладая очень высокой прочностью на растяжение, материал показывает низкую прочность на сжатие.

Вот почему кевлар не используется вместо стали в качестве основного строительного материала при работе с такими объектами, как здания, мосты и другие конструкции, где присутствуют силы сжатия.

Технология производства кевлара?

Существует двухэтапная технология изготовления. Изначально подготавливается основной пластик, на основе которого делается материал (химическое вещество поли-пара-фенилентерефталамид). Далее подготовленная основа преобразуется в прочные волокна.

Кевларовое волокно – основа, использованием которой создаются крепкие прочные вещи, к примеру, защитного характера – бронированные жилеты, одежда специального назначения, а также масса иных предметов

Полиамиды, подобные кевлару, представляют собой полимеры (массивные молекулы, состоящие из множества одинаковых частей, соединенных вместе длинными цепями), образованные многократным повторением амидов. Амиды — простые химические соединения, где часть органической (углеродной) кислоты заменяет один из атомов водорода аммиака (NH3).

Таким образом, основной способ получения полиамида состоит в том, чтобы взять химикат, подобный аммиаку, чтобы ввести в реакцию с органической кислотой. Это пример того, что химики называют реакцией конденсации, когда два вещества сливаются в одно.

Химическая структура кевлара естественным образом превращает материал в крошечные прямые стержни, плотно упакованные вместе, подобно множеству жестких карандашей, плотно набитых в коробку.

Эти стержни образуют дополнительные связи между собой (водородные связи), придающие дополнительную прочность, как если бы «карандаши» склеивали. Эта скреплённая структура стержней придает кевлару удивительные свойства.

Спортивное каноэ – маломерное судно (лодка) без традиционных уключин под вёсла, корпус которого выполнен на основе кевлара. Этому судну не страшны бурные горные реки и другие экстремальные условия хода

Натуральные материалы — шерсть и хлопок, требуется спрячь в волокна, прежде чем удастся получить полезные текстильные изделия. Аналогичная технология относится и к искусственным волокнам:

Основную арамидную массу превращают в волокна с помощью процесса, называемого «мокрое прядение». Процесс предполагает вытягивание горячего, концентрированного и очень вязкого раствора поли-пара-фенилентерефталамида через фильеру (металлический формирователь — нечто похожее на решето).

Получают тонкие, прочные и жёсткие волокна, которые наматываются на барабаны. Затем волокна нарезаются по длине и сплетаются в прочный мат. Так создаётся сверхпрочный, сверхтвердый материал, именуемый кевларом.

Где допустимо использовать материал?

Материал допустимо использовать как индивидуально, так и в составе композита, чтобы придать дополнительную прочность. Очевидный факт, кевлар наиболее известен, благодаря производству пуленепробиваемых жилетов, бронежилетов с защитой от ножей, а также десятка других уникальных изделий.

Примерно таким видится кевларовый материал, из которого выполнен кузов легкового автомобиля. Традиционно подобное исполнение присуще спортивным авто и дорогим внедорожникам

Продукт также используется:

  • в качестве арматуры автомобильных шин,
  • деталей автомобильных тормозных колодок,
  • в качестве материала струн спортивных луков,
  • для приготовления кузова автомобилей, корпусов лодок и самолётов.

Применение в строительстве зданий и сооружений также поддерживается, но не в качестве основных конструкционных материалов.

Кевлар как антибаллистический материал

Пуля огнестрельного оружия движется с высокой скоростью, будучи наделённой значительным количеством кинетической энергии. По сути, не существует вещей полностью пуленепробиваемых. Но вещи, подобные пуленепробиваемому стеклу, достаточно успешно защищают от пуль, поглощая и рассеивая кинетическую энергию.

Пуленепробиваемые жилеты используются не только для защиты непосредственно военнослужащих. Защитная одежда из кевларового волокна нередко защищает служебных собак

В этом плане кевлар выступает удачным антибаллистическим материалом, так как для прохождения через материал ножа или пули требуется много энергии. Плотно сплетенные волокна из высокоориентированных полимерных молекул чрезвычайно трудно раздвинуть (разделить). Для разделения требуется значительное количество энергии.

Летящая пуля (или толкаемое лезвие ножа), наделённая высоким уровнем энергии, утрачивает значительную часть этой энергии, когда пробивается сквозь материал. Даже если пуле удаётся проникнуть сквозь кевлар, скорость значительно замедляется и не наносит серьёзного ущерба.

Структура кевлара прочнее стали, но материал примерно в 5,5 раз менее плотный (около 1,44 г/см 3 ), по сравнению со сталью, плотность которой составляет около 7,8–8 г/см 3 . То есть, определенный объем кевлара по массе весит в 5–6 раз меньше, чем тот же объем стали.

Поэтому кевларовые доспехи обеспечивает такую же защиту, как сталь, но при этом более лёгкие и гибкие с точки зрения комфортной одежды. Увеличение эффективности защиты достигается увеличением толщины кевларовых пластин.

Кевларовая ткань: материал прочнее стали

Кевлар — название торговой марки высокопрочного полимерного материала (KEVLAR), разработанного учёными американской химической компании DuPont (Дюпон). По прочностным характеристикам превосходит сталь, но намного легче по весу.

Кевлар — первый в группе


Кевлар был изобретён в 1964 году американской учёной-химиком Стефани Луизой Кволек во время её работы в Дюпон.

Читать еще:  Крошится бетон что делать

К 1971 году группе учёных компании удалось доработать материал, и началось его массовое производство.

Кевлар это аналог СВМ и тварон (чего многие и не знают), созданных практически одновременно в России и Европе. Но так как он был первым, все материалы, относящиеся к этой группе, стали называть именно так.

Производство

Кевлар выпускают в виде:

  • технических нитей;
  • пряжи;
  • ровинга;
  • тканей.

Свойства кевлара

Обычный диаметр волокон 1 мкм, непрозрачные.

  1. Основной характеристикой материала является его высокая механическая прочность. Плотность и, соответственно, масса достаточно низкие.
  2. Кевлар обладает устойчивостью к растяжению.
  3. Не горит и не плавится, обладает способностью к самотушению. Начинает разлагаться при температурах от 430 °C. При воздействии высоких температур начинает терять прочность только с течением времени, не сразу.
  4. Имеет устойчивость к органическим растворителям.
  5. Обладает высоким модулем упругости.
  6. Устойчив к коррозии.
  7. Под воздействием очень низких температур (криогенных) не только не портится, но и становится ещё прочнее.
  8. Обладает низкой удельной электропроводностью.
  9. Устойчив к порезам.

Применение

Изначально целью разработчиков было создать лёгкое, но очень прочное волокно, которое можно было бы использовать при производстве шин.

Кевларовые ткани

Выпускаются обычно в виде полотна в рулонах под названием Кевлар-49. Также бывают другие виды:

  • штапель-кевлар — коротко нарезанные волокна длиной чуть более шести мм. Прочностные свойства теряются из-за нарезки, но сохраняются барьерные. Используется для производства пряжи, войлока и нетканых изделий с высокими теплоизоляционными и виброизоляционными свойствами;

  • флок-кевлар — измельчённое волокно (до 1 мм), применяют для армирования различных смол.
  • теряют прочность при истирании;
  • разрушаются под действием ультрафиолета. Требуют специального покрытия смолой.

Защитная одежда из кевлара

Армирующие свойства кевлара используют, включая его в состав тканей, из которых изготавливают элементы защитной одежды: перчатки, отдельные вставки в костюм, наколенники, антипрокольные стельки, одежду спортивной группы — для сноубординга, мотоспорта и т. д. Подобная ткань становится устойчивой к порезам и прокалыванию.

С 1970 года велась разработка антипрокольной ткани для бронежилета, а затем началось производство лёгких пуленепробиваемых бронежилетов из нескольких слоёв кевлара. Для того чтобы качества материала не ухудшались под воздействием воды и ультрафиолета, кевларовая броня имеет покрытие из водостойкой ткани.

Также производят другие элементы защиты от огнестрельных и осколочных поражений, например, в бронеавтомобилях.

Спортивное снаряжение

Лыжи, доски для сноуборда, шлемы, лодки и вёсла из кевлара обладают очень высокой прочностью и лёгкостью.

Судостроение

Кевлар начали применять в судостроении относительно недавно — последние два десятилетия. Процесс его производства высокотехнологичный и достаточно дорогой, поэтому его применяют выборочно — для отделки корпуса по швам, в килевой части.
Применяется для строительства яхт. Из этого материала они получаются очень лёгкими, расходуют меньше топлива и способны развивать более высокую скорость.

Узнайте из видео, что это такое кевларовые пакеты и пострадает ли кевларовая ткань от ножа.

Другие сферы

  • Кевлар используется в качестве армирующего волокна, чтобы придать материалу прочность и лёгкость. Им укрепляют кабели, продевая нить из кевлара по всей длине, защищая его от растяжения и обрыва.
  • Также его применяют для изготовления ортопедических протезов.
  • Кевларовые канаты характеризуются высокой прочностью, малым весом, устойчивостью к коррозии, не электропроводностью, благодаря чему широко используются в судостроении и горной промышленности, где заменяют стальные тросы.
  • Прочностные свойства волокон кевлара объединяют с термостойкостью карбона и получают гибридный материал — карбон-кевлар. Его используют для строительства корпусов лодок, способных развивать высокую скорость.


Кевлар – что такое за ткань

Даже сегодня ткань, о которой пойдет речь, кажется удивительной, а в то время, когда она была изобретена, это открытие было поистине невероятным. Кевлар совершил переворот в сфере материалов, предназначенных для защиты, тяжелые конструкции ушли в прошлое и уступили место прочным, но в то же время легким изделиям.

Что такое кевлар

Итак, кевлар – что это такое? Представляем вашему вниманию ткань из синтетического волокна с кристаллической структурой. В сечении одного такого кристалла лежит бензольное кольцо , и именно это придает кевларовой ткани невероятную прочность. Если сравнивать эту материю со сталью, кевлар окажется прочнее и крепче в пять раз. Что интересно, когда проводили тестовые испытания материала, ученые грешили на лабораторные приборы, думали, что оборудование неисправно – настолько невероятными были показатели.

При этом ткань кевлар тонкая и легкая – один метр весит от 30 до 60 грамм, в зависимости от длины нити. Впрочем, к свойствам материи мы еще вернемся, а достоинств у нее не мало.

Наглядно увидеть, что это за материал — кевлар, можно в нашей подборке фото.

Кстати, из чего делают кевлар? Конечно же, мы расскажем о технологии изготовления этой удивительной материи:

  • Сам процесс производства кевлара не из дешевых, именно это и обуславливает его конечную высокую стоимость – от тридцати долларов за квадратный метр
  • Сам кевлар является полимером и получается в результате процесса поликонденсации, который осуществляется при очень низкой температуре в специальном растворе
  • Если точнее, берется раствор хлористого кальция и метил-пирролидона, в него добавляются реагенты, которые, в свою очередь, выделяют жидкокристаллическое вещество.
  • Такое вещество визуально представляет собой крошку или гель. На следующем этапе получившуюся субстанцию промывают и высушивают
  • Теперь полученный полимер получают через специальные высокопрочные формы – чтобы получить нить или волокно. На этом этапе используется серная кислота, которая и делает процесс дорогостоящим

В результате получается материя с уникальными свойствами:

  • Высочайшая прочность, материал невозможно порвать, порезать или растянуть. Этот показатель имеет свойство увеличиваться при понижении температуры
  • А вот плотность при этом не высокая, всего 30-60 г/кв.метр. Для сравнения, плотность ткани, из которой сшиты ваши джинсы – 400 г/кв.метр.
  • Полимер устойчив к воздействию химических веществ
  • Он не горит, не тлеет и не плавится при воздействии высоких температур, однако, становится менее прочен при нагреве более чем до 150 градусов. Терморазлагается кевларовое волокно при температуре 430-450 градусов
  • Кевлар абсолютно не токсичен
  • Не подвержен коррозии
  • Имеет низкую электропроводность

Учитывая все описанные свойства, сложно представить, что эта ткань, к тому же, мягкая, гигроскопичная и воздухопроницаемая – вещи из нее довольно комфортно носить.

Однако, есть у кевлара и слабые стороны. Так, ткань теряет прочность при намокании, нагревании, а также при длительном воздействии ультрафиолетовых лучей.

Кто изобрел кевлар

Мы описали производство кевлара, и теперь вам наверняка интересно узнать, кто же придумал этот сложный процесс? Одну из самых прочных тканей на земле изобрела дама – Стефани Кволек , которая в то время (1964 год) сотрудничала с известным американским химическим концерном Дюпон.

Работая над усовершенствованием получения полиарамидов, Стефани первой отказалась от метода расплава и получила необычный раствор, который, при пропускании сквозь высокопрочные формы, превращался в арамидные волокна — кевлар.

Кевларовая нить

Что такое кевларовая нить? В нити скручивают полученные арамидные волокна, причем их количество может отличаться, давая разную толщину готового продукта. Вот, например, нити, в которых не более 1000 волокон , используются для создания кевларовой ткани – готовый материал получается тонким, легким и, при этом, прочным. Если было использовано до 10000 волокон, такая нить используется в технических целях, например, для армирования тех или иных материалов, а также в производстве высокопрочного троса, канатов и пр.

Разновидности и применение

Одежда из кевлара предназначена для того, чтобы уберечь ее владельца от опасности. Однако, сфера применения материала гораздо шире. На сегодняшний день выпускается несколько разновидностей полимерного волокна, каждая из которых предназначена для определенных целей.

Эта разновидность самая распространенная и сфера ее применения, пожалуй, самая широкая.

  • Кевларовая одежда шьется для работников служб быстрого реагирования, военных
  • Отдельные защитные элементы, например, тактические перчатки, антипрокольные стельки, наколенники, налокотники и пр.
  • Отдельные вставки в защитный костюм
  • Одежда для спорта, например, сноубординга или мотоспорта (мотокуртки, шлемы и пр.), то есть тех видов спорта, которые связаны с риском получить травму
  • Для изготовления ортопедических протезов
  • Спортивное снаряжение (лыжи, доски для сноуборда, весла, обкладка велосипедных шин и пр.)
  • Основа для струн в струнных музыкальных инструментах

Это высокомодульное волокно используется в оптоволоконной продукции, в судостроении, в авиации, также оно предназначено для армирования композитов

Эта разновидность представляет собой цветные нити. Такие нити используются для оплетки кабелей и канатов, с целью защитить их от повреждения. Кроме того, эта разновидность также используется в пошиве защитной и спортивной одежды

Материал с повышенной гибкостью, применяется, в основном, для армирования резиновых изделий

Эти виды разработаны и применяются для изготовления защитных костюмов работникам силовых и военных структур. Кевларовые бронижилеты, шлемы – все это обшивается водонепроницаемой тканью, чтобы материал не утратил прочность во время дождя. Материал здесь укоадывается в несколько слоев.

Читать еще:  Как утеплить бетонный пол в квартире

С алюминиевым покрытием

Кевларовые волокна с алюминиевым покрытием предназначены для пошива изделий, которые будут использоваться в условиях повышенной температуры. Они защищают владельца от открытого огня, брызг раскаленного металла и пр. Используется такое волокно для пошива спецодежды пожарным, спасателям, металлургам.

Что такое кевлар? Общие сведения, свойства, применение

Главная страница » Что такое кевлар? Общие сведения, свойства, применение

Природа дала человеку целый ряд уникальных в своём роде материалов. Например, древесина — материал настолько прочный и универсальный, что допускает использование практически везде: от изготовления бумаги до строительства домов. Можно выделить овечью шерсть — крайне эффективный изоляционный материал или натуральную кожу, обладающую свойствами самовосстановления. Натуральные материалы действительно уникальны, но далеко не идеальны для применения в современном мире. Теперь люди всё чаще полагаются на кевлар или карбон – синтетические материалы прочнее стали.

Что такое кевлар?

Синтезированный искусственно кевлар – материал, показывающий пятикратно увеличенную прочность по сравнению с традиционной сталью. По сути, являющийся пластиком, материал кевлар способен противостоять удару ножа и защитить от пули.

Применение этого искусственного материала фактически неограниченно – от изготовления корпусов речных лодок и морских катеров, до производства тормозных колодок и тетивы спортивных луков.

Существуют, в буквальном смысле, сотни синтетических пластиков, получаемых методом полимеризации (соединения молекул длинной цепью), и каждый продукт обладает совершенно разными свойствами. Удивительные свойства кевлара отчасти связаны с внутренней структурой, где присутствуют волокна, тесно связанные между собой.

Композит, созданный на основе кевларового волокна и углеродного волокна (карбона). Облегчённый, удобный материал и при этом обладающий уникальными свойствами прочности

Материал совершенно не похож на хлопок, производимый из соответствующего сырья. Кевлар является запатентованным продуктом, который производится исключительно химической компанией «DuPont», и выпускается двумя основными модификациями:

По химической структуре изделия напоминают другой универсальный защитный материал, именуемый – хомекс (Homex). Продукты кевлар и хомекс являются примерами химических веществ, относимых к разряду синтетических ароматических полиамидов (арамидов). Эти синтетические ткани производятся в химической лаборатории (в отличие от натуральных тканей).

Что такое полиамид и полимер?

Соединение кольцеобразных ароматических молекул вместе, образующих длинную цепь, называется полиамидом. Полиамиды размещаются внутри структуры параллельно кевларовым волокнам, подобно стальным стержням (арматуре) железобетона.

Полимер может быть представлен множеством идентичных молекул, связанных вместе (каждая из которых называется мономером). Пластмассы – пример классических полимеров современного мира. Очевидно — мономеры кевлара основаны на модифицированной бензолоподобной кольцевой структуре.

Полиамиды напоминают о себе присутствием в составе предметов широко распространённых в бытовой сфере, а также в других, относящихся, например, к промышленно-производственной сфере

Подобно продукту хомекс, продукт кевлар следует рассматривать «дальним родственником» нейлона — первого коммерчески успешного «суперполиамида», разработанного компанией «DuPont» ещё вначале XIX века. Впервые формула кевлара была получена в 1960-х годах, а первый образец произвели в 1971 году.

Преимущественные стороны кевлара

Отметить преимущественные стороны материала позволяют следующие качества:

  • сильный, но относительно легкий материал. Удельная прочность на растяжение кевлара 29 и кевлара 49 более чем в восемь раз выше, чем у стальной проволоки;
  • в отличие от большинства пластиков, этот вариант не плавится до температуры 450ºC;
  • по сравнению с родственным материалом хомекс, кевлар воспламеняется, но при удалении источника тепла горение обычно прекращается;
  • крайне низкие температуры не оказывают особого влияния на материал примерно до границы -196 ° C.

Как и для многих других пластмасс, длительное воздействие ультрафиолетового света вызывает изменение цвета и некоторую деградацию волокон структуры кевлара.

Вместе с тем, материал успешно противостоит воздействию различных химических веществ. Правда, длительное воздействие сильных кислот или оснований ухудшает структуру со временем.

Этот кевларовый чехол смартфона надолго обеспечит владельца дорогостоящего аппарата от проблем повреждения, появления царапин на корпусе устройства и других. Фактически – стальной чехол

Компанией «DuPont» проводилось тестирование кевлара долговременным воздействием горячей воды (более 200 дней). По результатам испытаний выяснилась полная неизменность сверхпрочных свойств, которые практически не подвержены влиянию влаги.

Недостатки материала

Между тем, кевлар также обладает определёнными недостатками. В частности, обладая очень высокой прочностью на растяжение, материал показывает низкую прочность на сжатие.

Вот почему кевлар не используется вместо стали в качестве основного строительного материала при работе с такими объектами, как здания, мосты и другие конструкции, где присутствуют силы сжатия.

Технология производства кевлара?

Существует двухэтапная технология изготовления. Изначально подготавливается основной пластик, на основе которого делается материал (химическое вещество поли-пара-фенилентерефталамид). Далее подготовленная основа преобразуется в прочные волокна.

Кевларовое волокно – основа, использованием которой создаются крепкие прочные вещи, к примеру, защитного характера – бронированные жилеты, одежда специального назначения, а также масса иных предметов

Полиамиды, подобные кевлару, представляют собой полимеры (массивные молекулы, состоящие из множества одинаковых частей, соединенных вместе длинными цепями), образованные многократным повторением амидов. Амиды — простые химические соединения, где часть органической (углеродной) кислоты заменяет один из атомов водорода аммиака (NH3).

Таким образом, основной способ получения полиамида состоит в том, чтобы взять химикат, подобный аммиаку, чтобы ввести в реакцию с органической кислотой. Это пример того, что химики называют реакцией конденсации, когда два вещества сливаются в одно.

Химическая структура кевлара естественным образом превращает материал в крошечные прямые стержни, плотно упакованные вместе, подобно множеству жестких карандашей, плотно набитых в коробку.

Эти стержни образуют дополнительные связи между собой (водородные связи), придающие дополнительную прочность, как если бы «карандаши» склеивали. Эта скреплённая структура стержней придает кевлару удивительные свойства.

Спортивное каноэ – маломерное судно (лодка) без традиционных уключин под вёсла, корпус которого выполнен на основе кевлара. Этому судну не страшны бурные горные реки и другие экстремальные условия хода

Натуральные материалы — шерсть и хлопок, требуется спрячь в волокна, прежде чем удастся получить полезные текстильные изделия. Аналогичная технология относится и к искусственным волокнам:

Основную арамидную массу превращают в волокна с помощью процесса, называемого «мокрое прядение». Процесс предполагает вытягивание горячего, концентрированного и очень вязкого раствора поли-пара-фенилентерефталамида через фильеру (металлический формирователь — нечто похожее на решето).

Получают тонкие, прочные и жёсткие волокна, которые наматываются на барабаны. Затем волокна нарезаются по длине и сплетаются в прочный мат. Так создаётся сверхпрочный, сверхтвердый материал, именуемый кевларом.

Где допустимо использовать материал?

Материал допустимо использовать как индивидуально, так и в составе композита, чтобы придать дополнительную прочность. Очевидный факт, кевлар наиболее известен, благодаря производству пуленепробиваемых жилетов, бронежилетов с защитой от ножей, а также десятка других уникальных изделий.

Примерно таким видится кевларовый материал, из которого выполнен кузов легкового автомобиля. Традиционно подобное исполнение присуще спортивным авто и дорогим внедорожникам

Продукт также используется:

  • в качестве арматуры автомобильных шин,
  • деталей автомобильных тормозных колодок,
  • в качестве материала струн спортивных луков,
  • для приготовления кузова автомобилей, корпусов лодок и самолётов.

Применение в строительстве зданий и сооружений также поддерживается, но не в качестве основных конструкционных материалов.

Кевлар как антибаллистический материал

Пуля огнестрельного оружия движется с высокой скоростью, будучи наделённой значительным количеством кинетической энергии. По сути, не существует вещей полностью пуленепробиваемых. Но вещи, подобные пуленепробиваемому стеклу, достаточно успешно защищают от пуль, поглощая и рассеивая кинетическую энергию.

Пуленепробиваемые жилеты используются не только для защиты непосредственно военнослужащих. Защитная одежда из кевларового волокна нередко защищает служебных собак

В этом плане кевлар выступает удачным антибаллистическим материалом, так как для прохождения через материал ножа или пули требуется много энергии. Плотно сплетенные волокна из высокоориентированных полимерных молекул чрезвычайно трудно раздвинуть (разделить). Для разделения требуется значительное количество энергии.

Летящая пуля (или толкаемое лезвие ножа), наделённая высоким уровнем энергии, утрачивает значительную часть этой энергии, когда пробивается сквозь материал. Даже если пуле удаётся проникнуть сквозь кевлар, скорость значительно замедляется и не наносит серьёзного ущерба.

Структура кевлара прочнее стали, но материал примерно в 5,5 раз менее плотный (около 1,44 г/см 3 ), по сравнению со сталью, плотность которой составляет около 7,8–8 г/см 3 . То есть, определенный объем кевлара по массе весит в 5–6 раз меньше, чем тот же объем стали.

Поэтому кевларовые доспехи обеспечивает такую же защиту, как сталь, но при этом более лёгкие и гибкие с точки зрения комфортной одежды. Увеличение эффективности защиты достигается увеличением толщины кевларовых пластин.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector