Що потрібно знати про кевлара - матеріалі, міцніший за сталь?

Природа багата дивовижними матеріалами.Візьмемо, наприклад, дерево: цей матеріал настільки міцний і універсальний, що його можна використовувати практично для всього на світі - від виготовлення паперу до будівництва будинків. Ще є шерсть, яка дозволяє тваринам зберігати тепло при мінусових температурах і шкіра - матеріал, здатний до відновлення після пошкоджень всього за кілька днів. Однак, якими б неймовірними не були ці матеріали, вони далеко не ідеальні і не підходять для універсального застосування. Але чи є матеріал, яким ми користуємося щодня? Міцний синтетичний матеріал з красивою назвою кевлар, часто описують як матеріал «в п'ять разів міцніший за сталь при рівній вазі». Цікаво, що застосовується кевлар як у виготовленні човнів, тятиви для лука, так і в автомобільній промисловості. У цій статті поговоримо про кевлара і причини, за якими він настільки міцний.

Cверхпрочний кевлар відомий своїм застосуванням в бронежилетах і автомобільної промисловості. Застосовується в промисловому проізведстве починаючи з 1971 року.

зміст

• 1 Що таке кевлар?
• 2 Властивості кеврал
• 3 Виробництво кевлара
• 4 Де і для чого використовується кевлар?

Що таке кевлар?

По суті, кевлар - це надміцний пластик.У світі існують буквально сотні синтетичних пластмас, виготовлених шляхом полімеризації - хімічні процеси утворення високомолекулярних сполук (полімерів) з низькомолекулярних (мономерів), які володіють абсолютно різними властивостями. Що ж до кевлара, то його дивовижні властивості частково пояснюються його внутрішньою структурою та тим, що він зроблений з волокон, які щільно пов'язані один з одним.

Відзначимо, що кевлар - запатентований матеріал, вироблений тільки хімічною компанією DuPont ™, поставляється в двох основних різновидах під назвою кевлар 29 і кевлар 49 (Інші різновиди виготовляються для спеціального застосування). За своєю хімічною структурою кевлар нагадує інший універсальний захисний матеріал - номекс.

Кевлар і номекс - це приклади хімічних речовин,званих синтетичними ароматичними поліамідами або арамидов для стислості. Ці синтетичні матеріали виготовляються в хімічній лабораторії (на відміну від натуральних тканин, наприклад бавовни або вовни). Як і номекс, кевлар є далеким родичем нейлону, першого комерційно успішного «суперполіаміда», розробленого компанією DuPont в 1930-х роках.

Ну чим не рукавичка нескінченності? На фото захисні рукавички з кевлара від Dupon.

Кевлар був відкритий в 1964 голу американськимхіміком Стфані Кволек (1923-2014). Патент на винахід кевлара Кволек отримала разом з Полом Морганом в 1966, а починаючи з 1971 року кевлар активно застосовується в промисловому виробництві. Незважаючи на те, що спочатку кевлар був розроблений як легка заміна сталевих кріплень в автомобільних шинах, сьогодні він відомий у всьому світі завдяки використанню бронежилетів і захисних рукавичок.

властивості кеврал

Як уже згадувалося вище, кевлар приблизно в п'ятьразів міцніше сталі, при цьому він відносно легкий. Цікаво й те, що на відміну від більшості пластмас кевлар НЕ плавиться: матеріал витримує високі температури і розкладається тільки при температурі близько 450 ° C. На відміну від свого родинного матеріалу номекс, кевлар може займатися, але горіння зазвичай припиняється, якщо прибрати джерело тепла. Дуже низькі температури не роблять ніякого впливу на кевлар: Представники компанії Dupon не виявлено «ніякого охрупчивания або деградації матеріалу» аж до температури -196 ° C.

Як і інші пластмаси, тривала діяультрафіолетового світла (наприклад, при сонячному світлі) викликає знебарвлення і деяку деградацію волокон кевлара. Цей матеріал може протистояти атакам різних хімічних речовин, хоча тривалий вплив сильних кислот з часом може його зруйнувати.

Кевлар випускають у вигляді: технічних ниток; пряжі; ровінгу; тканин.

Хочете завжди бути в курсі останніх новин зі світу науки і технологій? Підписуйтесь на наш новинний канал в Telegram щоб не пропустити нічого цікавого!

виробництво кевлара

Ви, мабуть, знаєте, що натуральні матеріали,такі як шерсть і бавовна, повинні бути скручені в волокна, перш ніж перетворитися на корисні текстильні вироби. Те ж саме вірно і для штучних волокон, таких як нейлон, кевлар і номекс.

Існує два основних етапи виготовленнякевлара. Перший пов'язаний безпосередньо з хімією - спочатку необхідно провести основний пластик, з якого зроблений кевлар (хімічна речовина під назвою полі-пара-фенілен терефталамід). Безпосереднє перетворення хімічного продукту в більш корисний, практичний і міцний матеріал відбувається в ході другого, заключного етапу виробництва.

В даний час більше 80% кевлара в світі виробляється на заводі Честерфілда в Спруенсе. Синтетичне волокно намотується на котушки, як показано тут, а потім перетворюється в інші продукти.

За допомогою складного процесу гарячий і в'язкийрозчин полі-пара-фенілен терефталаміда пропускається через фільєру (металевий формувальник, трохи схожий на сито). В результаті виходять довгі, тонкі, міцні і жорсткі волокна, які намотуються на барабани. Потім волокна розрізаються по довжині і сплітаються в жорсткий килимок, відомий нам як кевлар.

Читайте також: З яких матеріалів можна будувати будинки на Марсі?

Де і для чого використовується кевлар?

Кевлар може використовуватися сам по собі або впоєднанні з іншими матеріалами для надання їм додаткової міцності. Широку популярність цей матеріал отримав, ймовірно, завдяки його використанню в куленепробивних бронежилетах і передачі «Руйнівники легенд», але у нього є десятки інших застосувань. Так як початковою метою розробників було створення легкого міцного волокна, яке можна було б використовувати при виробництві шин, сьогодні кевлар використовується в автомобільнійпромисловості, але не тільки. Відомо його застосування при виробництві човнів, літаків і навіть в будівельній галузі, хоча і не є основним конструкційним і будівельним матеріалом.