Кевларовые перчатки обеспечивают надежную защиту от порезов, вызванных стеклом, а также от кратковременного воздействия огня и горячих объектов. Эти перчатки мягкие, гибкие и обладают дышащими свойствами, что делает их похожими на трикотажные изделия. Они позволяют выполнять работу с мелкими деталями, так как не снижают чувствительность рук.
Материал кевлар: что это, его характеристики и история создания
Кевлар был создан в 1964 году американской компанией DuPont, которая является крупнейшим разработчиком и производителем нейлона на мировом рынке. Этот уникальный материал был разработан химиком Стефани Кволек, которая пришла работать в компанию как стажер. Первоначально Стефани хотела стать врачом, но ее увлечение химией и производством веществ заставило ее изменить свои планы и остаться на этом пути.
Интересно отметить, что появление кевлара стало случайностью. Компания искала способ создания сверхпрочного материала и решила использовать полимеры, такие как полиарамид. Производство полимерных нитей включает процесс плавления сырья с последующим пропусканием его через специальные отверстия. Однако полиарамид плохо плавится, что привело к необходимости использовать раствор. В поисках подходящего растворителя возникли сложности, так как доступные варианты были либо мутными, либо вызывали поломки оборудования при использовании.
К счастью, Стефани смогла убедить руководство рискнуть, и в итоге нашли решение, которое оказалось подходящим для производства прочной пряжи. Проведенные испытания показали поразительный результат – прочность нового материала оказалась выше, чем у стали!
Кевлар впервые появился на рынке в 1975 году. В это время в России и Европе разрабатывались схожие материалы, такие как СВМ и Twaron, однако кевлар оказался наиболее успешным и распространенным, что стало причиной того, что ткани этой группы стали называть по его имени.
Что представляет собой кевлар?
Кевлар – это высокопрочный полимерный материал, запатентованный компанией DuPont (США). Внешний вид кевлара характеризуется желтоватым оттенком, ведь это параарамидное синтетическое волокно, составленное из бензольных колец, объединенных в длинные молекулярные цепи. Кевлар выпускают в различных формах, включая нити, пряди и тканые полотна.
Для ткачества используется пряжа с количеством волокон, варьирующимся от 130 до 1000. Такой набор волокон может быть сплетён в различных рисунках, наиболее часто применяется полотняное переплетение, в котором нити основы и утка чередуются в шахматном порядке. Эта структура создает легкий и тонкий материал, что делает его удобным для шитья. В то же время тяжёлые пряжи, состоящие из 500 до 10,000 волокон, предназначены для технических нужд и создают надежные изделия.
Свойства кевларовой ткани
Кевлар обладает рядом основных характеристик:
- Прочность. Этот материал в пять раз прочнее стали, что обеспечивает защиту от механических повреждений.
- Легкость. Вес одного метра ткани колеблется от 30 до 60 граммов, что делает кевлар удобным в носке.
- Термостойкость. Он начинает разрушаться при температуре выше 430°C, но теряет часть своей прочности уже начиная с 150°C. С другой стороны, кевлар не воспламеняется. Он также сохраняет свои качества при низких температурах, достигающих -190°C, что придаёт ему дополнительную прочность. Резкие перепады температур не наносят ущерба кевлару.
- Стойкость к механическим повреждениям. Некоторые изделия, изготовленные из семислойного кевлара, способны обеспечивать надежную защиту от пуль и осколков.
- Способность к воздухообмену. Благодаря хорошей вентиляции одежда из кевлара удобна в ношении.
- Низкая электропроводность. Этот материал не проводит электричество, что увеличивает безопасность его использования в определенных сферах.
- Безопасность и нетоксичность. Кевлар не выделяет вредных веществ и безопасен для здоровья.
- Устойчивость к коррозии. Материал обладает высокой стойкостью к воздействиям органических растворителей.
Тем не менее, у кевлара существуют и слабые места. Он может пострадать от ультрафиолетового излучения, прямых солнечных лучей и влаги, что приводит к ухудшению прочности и разрушению структуры ткани.
Частая стирка, особенно с использованием отбеливателей и агрессивных химических соединений, негативно сказывается на характеристиках материала. Также, при физическом воздействии, он теряет свою прочность. Чтобы уменьшить износ ткани наглядно видно, что рекомендуется проводить дополнительную обработку, которая создаёт защитный слой, устойчивый к влаге и ультрафиолету. С другой стороны, кевлар теряет устойчивость к истиранию. Для снижения стоимости и устранения этих недостатков в него добавляют стеклянные или углеродные волокна.
Преимущества кевлара
Среди многочисленных свойств кевлара можно выделить его важные преимущества:
- Это прочный, но сравнительно легкий материал. Удельная прочность на растяжение кевлара 29 и 49 превышает удельную прочность стальной проволоки более чем в восемь раз;
- В отличие от большинства пластиков, этот материал не плавится до температуры 450ºC;
- Хотя кевлар воспламеняется, его горение прекращается при удалении источника тепла, в отличие от схожего материала – номекса;
- Кевлар сохраняет свои свойства при крайних низких температурах, фактически до -196 °C.
Важно отметить, что длительное воздействие ультрафиолетовых лучей может вызвать обесцвечивание и частичное разрушение структуры волокон кевлара.
Безусловно, в процессе эксплуатации материал уверенно противостоит различным химическим веществам. Однако следует остерегаться длительного контакта с сильными кислотами и щелочами, что может в конечном итоге разрушить его структуру.
К примеру, кевларовый чехол для смартфона обеспечит защите вашего устройства от повреждений и царапин, практически гарантируя долгий срок его службы благодаря своей прочности, сопоставимой со стальным корпусом.
Проверка, проведенная компанией DuPont, показала, что влияние горячей воды, оставаясь для этого материала на протяжении длительного времени (более 200 дней), не ухудшает его прочностные характеристики.
Недостатки материала
Однако кевлар также обладает некоторыми недостатками. Несмотря на свою высокую прочность на растяжение, он имеет слабую ударную прочность при сжатии. Это приводит к тому, что кевлар не может быть использован в качестве основного конструкционного материала для таких объектов, как здания, мосты и другие конструкции, где возникают значительные сжимающие силы.
Что такое кевлар?
Кевлар – это, фактически, высокопрочный пластик. Существует огромное количество синтетических пластмасс, которые производятся в результате полимеризации – химического процесса, при котором высокомолекулярные соединения (полимеры) образуются из низкомолекулярных соединений (мономеров) с совершенно различными свойствами. Удивительные свойства кевлара отчасти объясняются его внутренней структурой и тем, что он состоит из волокон, плотно связанных друг с другом.
Следует отметить, что кевлар является запатентованным материалом, производимым только компанией DuPont™, и существует в двух основных вариантах: Kevlar 29 и Kevlar 49 (при этом и другие марки создаются для специализированных применений). Химическая структура кевлара сопоставима с номексом, другим универсальным защитным материалом.
Кевлар и номекс – это примеры веществ, относящихся к синтетическим ароматическим полиамидам, общая аббревиатура которых – арамиды. Подобно номексу, кевлар является дальним родственником нейлона, первого коммерчески успешного «суперполиамида», который был разработан компанией DuPont в 1930-х годах.
Неужели это не перчатка бесконечной красоты? На представленных фото – защитные кевларовые перчатки от DuPont.
Кевлар был открыт в 1964 году химиком Стефани Кволек (1923–2014). В паре с Полом Морганом они получили патент на изобретение кевлара в 1966 году, а с 1971 года этот материал начали активно применять в промышленности. Первоначально кевлар разрабатывался как легкая замена стальным элементам при производстве автомобильных шин, а со временем завоевал всемирную известность благодаря своему применению в защитных жилетах и перчатках.
Свойства кевлара
Как уже отмечалось, кевлар в пять раз прочнее стали и при этом довольно легкий материал. Интересен факт, что, в отличие от большинства пластиков, кевлар не плавится: он выдерживает высокие температуры и начинает разлагаться только при температуре около 450 °C. В отличие от родственного номекса, кевлар может воспламеняться; однако горение прекращается после удаления источника тепла. Низкие температуры не оказывают значительного влияния на кевлар: представители компании DuPont заявляют о том, что при температуре до -196 °C материал не теряет прочности и не становится хрупким.
Длительное воздействие ультрафиолетовых лучей может привести к выцветанию и частичной деградации структуры волокон кевлара. С другой стороны, данный материал способен выдерживать воздействие множества химических веществ. Однако длительный контакт с сильными кислотами или щелочами может нанести ему ущерб.
Кевлар изготавливается в различных форматах: это технические нити, пряжа, ровинг и ткани.
Хотите оставаться в курсе последних новостей из мира науки и техники? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram, чтобы не пропустить ничего интересного!
Производство кевлара
Как вы, вероятно, знаете, натуральные материалы, такие как шерсть и хлопок, должны быть сначала спрядены в волокна, прежде чем они станут пригодными для использования в текстильной продукцию. То же самое касается и искусственных волокон, таких как нейлон, кевлар и номекс.
Производство кевлара состоит из двух основных этапов. Первый этап тесно связан с химией – первоочередная задача заключается в производстве базового пластика, из которого и изготавливается кевлар. Это химическое вещество названо полипара-фенилен-терефталамидом. Фактическое преобразование этого химического продукта в более полезный, практичный и долговечный материал происходит на втором и заключительном этапе производства.
На текущий момент, на заводе Spruance в Честерфилде производится более 80% мирового объема кевлара. На этом предприятии синтетические волокна наматываются в шпули, как показано на изображении, а затем используются для производства различных изделий.
В процессе сложного производства горячий и вязкий раствор полипара-фенилентерефталамида пропускается через матрицу – металлическую форму, напоминающую сито. В результате этого процесса формируются длинные, тонкие, прочные и жесткие волокна, которые затем наматываются на барабаны. Далее эти волокна разрезаются на определенные длины и сплетаются в прочный мат, известный под именем кевлар.
