Сучасний світ приносить із собою виклики, які природа ніколи не передбачала. Постійний розвиток закономірно підвищив попит на виробництво міцних та стійких синтетичних матеріалів. Одним із таких матеріалів є кевлар – революційне синтетичне волокно, яке розширює межі можливого вже з 1968 року. Що таке кевлар, які він має властивості, де використовується і чому займає таке важливе місце в житті людини, дізнаєтесь у статті.
Що таке кевлар і які його властивості?
Кевлар – це надзвичайно універсальний і міцний вид синтетичного матеріалу з безліччю цікавих властивостей та широким застосуванням на практиці. Належить до пара-арамідних волокон і відзначається високою міцністю на розрив при низькій питомій вазі, яка порівнянна лише з вуглецевими волокнами. Характеризується чудовою термостійкістю та відмінною жорсткістю, що само по собі зумовлює широкий спектр застосування на практиці.
Завдяки дуже міцним зв'язкам та паралельному розташуванню своїх молекул, які між собою з'єднані водневими зв'язками, кевлар є куленепробивним і забезпечує сильний захисний бар'єр проти стирання, проколювання та розрізання. Волокна кевлару є вогнестійкими і захищають від теплових ризиків. Кевлар є стійким до корозії, непровідним і стійким до більшості хімікатів, окрім дуже сильних кислот і лугів. Він також ультралегкий та у п'ять разів міцніший за сталь. Однак погано витримує ультрафіолетове випромінювання та вологу.
Його молекулярна формула – [-CO-C6H4-CO-NH-C6H4-NH-]n.
Відносна густина становить 1,44 г/см3, розривна міцність волокон досягає 20-21 сН/дтекс (модуль міцності 3,6-4,1 ГПа), при 160 °C міцність знижується на 10 %, при 450 °C сублімує.
Винахід, що змінив світ
Можна сказати, що цей революційний матеріал виник трохи й завдяки випадковості. Винахідницею цього унікального волокна є американська вчена Стефані Кволек. Вона працювала хімічком у компанії DuPont – одній з найбільших компаній у сфері переробки полімерів, яка незадовго до Другої світової війни прославилася патентом на нейлон.
У 1964 році Стефані почала працювати над покращенням виробництва полімерних речовин зі стрижневою структурою з метою заміни відносно важких сталевих армувань у автомобільних шинах більш придатним і легшим полімером. Після тривалих досліджень вона створила незвично на той час виглядаюче рішення у вигляді перших арамідних волокон, які запатентувала у 1968 році. Саме волокно під торговою маркою кевлар компанія DuPont вивела на ринок у 1971 році.
Від моменту свого відкриття кевлар пройшов розвиток, і з 1988 року доступне вже його друге покоління. Початкова група продуктів має позначення K29 та K49. Кевлар наразі доступний у кількох версіях:
- K29 – багатоцільова пряжа
- K49 – пряжа з високим модулем
- K100 – кевлар, забарвлений виробником
- K119 – кевларова пряжа з підвищеною розтяжністю та гнучкістю
- K129 – легкий, високопродуктивний тип пряжі
- Kevlar AP – волокно нового покоління, яке пропонує вдосконалену продуктивність, цінність та підвищену гнучкість дизайну в багатьох застосуваннях
- Kevlar KM2 – тканина, яка відповідає вимогам щодо продуктивності для шоломів і бронежилетів для військових підрозділів
Кевлар зберігає свої властивості навіть після повторних навантажень. Частково це можна пояснити його внутрішньою структурою (тим, як його молекули природно впорядковані у регулярних та паралельних лініях), а частково – способом, яким з нього виготовляють волокна.
Спосіб виробництва
Кевларове волокно виготовляється формуванням розплаву парафенілендіаміну та терефталоїл хлориду (PPD-T), який під постійною швидкістю та високим тиском проходить через формувальну фільєру, де потім твердіє у формі волокна в потоці холодного повітря. Прядильна установка потім спрядає окремі волокна в безперервно спряджену нитку. Та намотується на котушки і надалі обробляється для подальшого використання на практиці.
Кевлар виготовляється у декількох модифікаціях і постачається у формі волокна, штапелю, пластівців або тканини.
Найчастіше використання кевлару
Унікальні властивості кевлару дозволяють його застосування у незліченній кількості сфер, і можна також сказати, що нові сфери його застосування з’являються майже щодня.
Надзвичайна міцність та стійкість до тепла, наприклад, зумовлюють його використання в автомобільній, морській чи авіаційній промисловості, насамперед при виробництві кузовів автомобілів, авіаційних компонентів, гальмівних накладок, корпусів кораблів або гоночних шин.
Кевлар знаходить застосування також у гірничодобувній промисловості, використовується для виробництва конвеєрних стрічок для транспортування руди, що значно покращує продуктивність та ефективність витрат.
Цей матеріал знають також спортсмени, оскільки він є частиною численного спортивного обладнання (тенісні ракетки, захисне спорядження, ключки для хокею, лижі, сітки, трекінгові плащі тощо).
При розмові про кевлар не можна в жодному разі забути й про мотоциклістів, оскільки і їх на дорогах супроводжує кевлар, цього разу у формі кевларової тканини. Їхніми найулюбленішими елементами є кевларові джинси, кевларові комбінезони, рукавиці чи шоломи. Переваги кевларових штанів проявляються насамперед при падінні та подальшому ковзанні, коли контактні поверхні розігріваються навіть понад 200 градусів. У такій ситуації стійкий та міцний кевлар є справжнім благословенням.
Кевларова тканина широко застосовується також при виробництві захисних засобів та одягу. Типовим прикладом є робочі та пожежні уніформи, поліцейські уніформи чи повне армійське спорядження. З цього матеріалу, здатного витримувати навіть складніші умови, сьогодні вже звично виготовляють вогнестійке взуття, кевларові рукавиці, захисні лицьові маски, жилети, шоломи, захисне спорядження чи повні комбінезони. Цікавим фактом також є те, що рукавиці з кевлару мають у порівнянні зі шкіряними до 5 разів вищу стійкість до порізів.
Куленепробивний жилет з кевлару
Однозначно найвиразнішим та найкориснішим застосуванням кевлару стало виробництво кевларового жилета. Кевлар є, зрештою, одним з небагатьох матеріалів, який буквально рятує людські життя, і не одна особа з військових, охоронного персоналу чи поліцейського корпусу вже могла в цьому переконатися на власному досвіді.
Сучасне поколіня сучасних куленепробивних кевларових жилетів вже вміє забезпечити своїм носіям, окрім захисту від високошвидкісних куль, також відносно високий комфорт носіння.
Принцип куленепробивності жилета працює спрощено приблизно так:
Жилет пошитий з кількох шарів кевлару, які міцно з’єднані між собою. Кевларові волокна поглинають кінетичну енергію куль, що знижує здатність кулі проникнути в тіло. Без достатньої пробивної сили кулі стають безпечними.
У момент, коли куля або будь-який інший високошвидкісний снаряд потрапляє в кевлар, волокна буквально утримують снаряд, розсіюючи його кінетичну енергію, яку потім поглинають у собі. Куля таким чином опиняється у паутині міцних волокон, завданням яких є поглинути і розсіяти енергію удару. Додаткову енергію поглинає кожен наступний шар матеріалу в жилеті, аж поки куля повністю не зупиниться. Цей процес полегшує також досить велика площа одягу, що довело свою ефективність у запобіганні так званій тупій травмі (пошкодженню внутрішніх органів силою удару, а не проникненням кулі).
А що додати на завершення? Способи використання цього просто-таки чудесного винаходу здаються нескінченними, і ми вже не можемо дочекатися, що ще принесе нам це відкриття.
