Кевларовые перчатки защищают от порезов стеклом, кратковременного воздействия пламени и горячих предметов. Они мягкие, гибкие и дышащие (похожи на трикотажные перчатки) и позволяют работать даже с самыми мелкими деталями, поскольку не влияют на чувствительность рук.
Материал кевлар: что это, его характеристики и история создания
Кевлар был изобретен в 1964 году американской компанией Dupont, которая также известна как крупнейший в мире разработчик и производитель нейлона. Материал был изобретен Стефани Кволек, химиком, которая пришла в компанию в качестве стажера. Стефани мечтала изучать медицину, но процесс производства химических веществ оказался настолько интересным, что она решила остаться.
Само появление вещества считается случайностью. Да, производитель искал сверхпрочный материал. Было решено изготовить его с использованием полимеров — полиарамида. Полимерные нити изготавливаются путем плавления исходного сырья и пропускания его через отверстия. Однако полиарамид плохо плавится, поэтому его решили делать из раствора. Для этого они искали подходящий растворитель, но его не было. Ближайший был мутным, и его нельзя было заливать в машину, иначе он засорялся или ломался.
Поиски можно было бы продолжить, но Стефани убедила руководство рискнуть, и оказалось, что решение подходит для производства пряжи. И результат испытаний был потрясающим — материал оказался прочнее стали!
Кевлар был впервые представлен на рынке в 1975 году. В то время в России и Европе разрабатывались аналогичные материалы — СВМ и Twaron. Но кевлар опередил их, и поэтому все ткани этой группы стали называться так.
Что представляет собой кевлар?
Кевлар — это высокопрочный полимерный материал, патент на который принадлежит компании DuPont (США). Это желтоватого цвета параарамидное синтетическое волокно, состоящее из бензольных колец, соединенных в длинные молекулярные цепи. Полимер выпускается в виде нитей, прядей и тканых полотен.
Для ткачества используется пряжа с количеством волокон от 130 до 1000. Они могут быть сплетены с любым рисунком, но наиболее распространенным является полотняное переплетение, при котором нити основы и утка чередуются в шахматном порядке. Она тонкая и легкая и хорошо шьет. Тяжелая пряжа состоит из 500-10000 волокон и используется для технических целей.
Свойства кевларовой ткани
Основные характеристики ткани:
- Прочность. Материал в 5 раз прочнее стали.
- Легкость. Вес 1 метра ткани варьируется от 30 до 60 г.
- Термостойкость. Материал разрушается при температуре свыше 430°С, однако прочность кевлара несколько уменьшается после 150°С. Большим плюсом является то, что он не горюч. Низкие температуры (до –190°С) также не приводят к ухудшению его свойств и даже придают дополнительную прочность. Не страшны кевлару и резкие температурные перепады.
- Стойкость к механическому воздействию, в т. ч. проколам и порезам. Броня из 7 слоев материала обеспечивает надежную защиту от пуль и осколков.
- Способность к воздухообмену. Ткань хорошо пропускает воздух, поэтому одежда из нее комфортна в использовании.
- Низкая удельная электропроводность.
- Безопасность и нетоксичность.
- Устойчивость к коррозии и воздействию органических растворителей.
Материал имеет слабые места. Она боится ультрафиолетового излучения, прямых солнечных лучей и влаги, которые влияют на прочность кевларовых нитей и нарушают структуру ткани.
Многократная стирка, особенно с отбеливателем и агрессивными химикатами, также влияет на характеристики материала. При скручивании теряет прочность.
Свести к минимуму износ ткани под воздействием неблагоприятных факторов помогает дополнительная обработка, создающая водонепроницаемый, фотостабильный защитный слой. Еще одним недостатком материала является потеря устойчивости к истиранию. Чтобы снизить стоимость ткани и компенсировать эти недостатки, в кевларовую ткань добавляют стеклянные или углеродные волокна.
Преимущественные стороны кевлара
Следующие свойства материала могут быть использованы для выделения его преимуществ:
- 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 в случае со многими другими пластиками, длительное воздействие ультрафиолетового света вызывает обесцвечивание и некоторую деградацию структуры кевларовых волокон.
В то же время материал успешно противостоит воздействию различных химических веществ. Однако длительный контакт с сильными кислотами или щелочами со временем разрушает структуру.
Такой кевларовый чехол для смартфона надолго обеспечит владельца дорогостоящего устройства от проблем повреждений, появления царапин на корпусе устройства и других. Фактически — стальной корпус.
Компания «DuPont» провела тест, в котором кевлар подвергался воздействию горячей воды в течение длительного периода времени (более 200 дней). Испытания показали, что чрезвычайно прочные свойства совершенно не подвержены воздействию влаги.
Недостатки материала
Однако кевлар имеет и некоторые недостатки. В частности, хотя он имеет очень высокую прочность на растяжение, он имеет низкую прочность на сжатие.
По этой причине кевлар не используется вместо стали в качестве основного конструкционного материала для зданий, мостов и других сооружений, где возникают сжимающие усилия.
Что такое кевлар?
Кевлар — это, по сути, чрезвычайно прочный пластик. Существуют буквально сотни синтетических пластмасс, изготовленных путем полимеризации — химического процесса, в ходе которого высокомолекулярные соединения (полимеры) образуются из низкомолекулярных соединений (мономеров), обладающих совершенно разными свойствами. Удивительные свойства кевлара частично объясняются его внутренней структурой и тем, что он состоит из волокон, тесно связанных между собой.
Обратите внимание, что кевлар, запатентованный материал, производимый только химической компанией DuPont™, выпускается двух основных марок: Kevlar 29 и Kevlar 49 (другие марки производятся для специальных применений). Химическая структура кевлара аналогична структуре номекса, другого гибкого защитного материала.
Кевлар и номекс являются примерами химических веществ, называемых синтетическими ароматическими полиамидами или сокращенно арамидами. Как и номекс, кевлар является дальним родственником нейлона, первого коммерчески успешного «суперполиамида», разработанного компанией DuPont в 1930-х годах.
Чем не перчатка бесконечной красоты? На фото — кевларовые защитные перчатки Dupon.
Кевлар был открыт в 1964 году американским химиком Стфани Кволеком (1923-2014). В 1966 году Кволек вместе с Полом Морганом получил патент на изобретение кевлара, а с 1971 года кевлар используется в промышленности. Первоначально кевлар был разработан как легкая замена стальным крепежным элементам в автомобильных шинах, а сегодня он известен во всем мире благодаря использованию в защитных жилетах и перчатках.
Свойства кеврала
Как упоминалось ранее, кевлар примерно в пять раз прочнее стали и при этом относительно легкий. Интересно, что в отличие от большинства пластмасс, кевлар не плавится: материал выдерживает высокие температуры и разлагается только при температуре около 450 °C. В отличие от родственного материала Nomex, кевлар может воспламеняться, но горение обычно прекращается после удаления источника тепла. Очень низкие температуры не влияют на кевлар: представители компании Dupon отметили «отсутствие хрупкости или ухудшения качества материала» при температурах д о-196 °C.
Как и в случае с другими пластмассами, длительное воздействие ультрафиолетовых лучей (например, солнечного света) приводит к обесцвечиванию и некоторой деградации кевларовых волокон. Этот материал может выдерживать воздействие различных химических веществ, хотя длительное воздействие сильных кислот может со временем разрушить его.
Кевлар выпускается в виде: технических нитей, нитей, пряжи, тканей.
Хотите быть в курсе последних новостей из мира науки и техники? Подписывайтесь на наш новостной канал Telegram, чтобы не пропустить ничего интересного!
Производство кевлара
Вы, наверное, знаете, что натуральные материалы, такие как шерсть и хлопок, должны быть спрядены в волокна, прежде чем они станут пригодными для использования тканями. То же самое относится и к искусственным волокнам, таким как нейлон, кевлар и номекс.
В производстве кевлара есть два основных этапа. Первый напрямую связан с химией — сначала необходимо произвести основной пластик, из которого изготавливается кевлар (химическое вещество под названием полипара-фенилен-терефталамид). Фактическое преобразование химического продукта в более полезный, практичный и долговечный материал происходит на второй и последней стадии производства.
Более 80% мирового кевлара в настоящее время производится на заводе Spruance в Честерфилде. Синтетические волокна сматываются в шпули, как показано здесь, а затем из них изготавливаются другие изделия.
В ходе сложного процесса горячий и вязкий раствор полипара-фенилентерефталамида пропускается через матрицу (металлическую форму, немного напоминающую сито). В результате получаются длинные, тонкие, прочные и жесткие волокна, которые наматываются на барабаны. Затем волокна разрезаются по длине и сплетаются в жесткий мат, который мы знаем как кевлар.
