Кевлар — это полимерный материал: обзор свойств и сферы применения

Время чтения:4 минуты

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.

Содержание

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.

MILITECH

Кевлар с карбоном в композицииКомпозит, 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:

  • Кевлар 29
  • Кевлар 49

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.

ЖИЛЕТ

Полиамид в традиционных вещахПолиамиды 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.

НА СМАРТФОН

Кевларовый чехол смартфонаЭтот 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.

АРАМИДНАЯ

Кевларовое волокноКевларовое 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.

ВОЛОКНО

Кевларовая спортивная каноэСпортивное 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:

  • нейлону,
  • кевлару,
  • хомексу.

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.

НОВОЕ

Кевларовый кузов автомобиляПримерно 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.

Формы выпуска кевлара

Кевларовое волокно это промежуточное изделие. Оно очень тонкое и прозрачное. Его толщина составляет всего 1 мкм. Волокно применяют для изготовления:

  • Грубых шнуров для канатов и тросов.
  • Прядильных нитей.
  • Роговины.
  • Ткани.

Волокна кевлара очень короткие. При этом для некоторых способов применения они могут дополнительно измельчаться. Так, материал для производства войлока и нетканых изделий имеет длину всего 6 мм. Для армирования смол волокна могут измельчаться до 1 мм.

Нити и пряжа в свободной продаже практически не встречаются, так как являются промежуточным сырьем для изготовления различных изделий. Частный покупатель может приобрести кевлар в виде готовой ткани. Она используется для пошива различной защитной одежды.

Kevlar 2

Высокая прочность ткани объясняется не только характеристиками волокон, их которых она состоит, но и особому способу плетения. За счет этого она хорошо держит удары, отличается стойкостью к порезам. Минимальная плотность кевларовой ткани составляет всего 36 г/м². В таком исполнении ее толщина составляет всего 0,08 мм. Она очень легкая, может использовать даже для пошива легкой летней одежды, которая в разы превосходит по прочности любые другие материалы, даже более плотные. Самой прочной является ткань с плотностью 460 г/м². Ее толщина составляет 0,6 мм. Она менее гибкая, но обладает максимальной прочностью, доступной для кевлара.

Прочностные характеристики кевлара высокие, но не настолько, как бытует о нем мнение. Даже самая плотная ткань в один слой не способна остановить пулю или сильный колотый удар ножа.

Свойства кевлара

Материал является крайне прочным, при этом отличается легкостью и гибкостью. Благодаря этому он получил широкое распространение при изготовлении специализированного оборудования и бытовых вещей. При этом себестоимость его производства в меру высокая.

В целом к положительным качествам кевлара можно отнести:
  • Высокая прочность на растяжение.
  • Стойкость к порезам.
  • Химическая нейтральность к агрессивным веществам.
  • Минимальная токопроводность.
  • Высокая стойкость к горению.
  • Отличается сложностью плавления.
  • Является нетоксичным.
  • Не поддается коррозии.

Кроме этого нужно отметить, что при понижении температуры кевлар наоборот становится только прочнее. Он способен переносить снижение температуры до -200°С. Одежда и прочие вещи из кевлара не дают никаких вредных испарений или неприятного запаха пластика. Материал поддается естественному природному разрушению. Он не настолько опасный для экологии, как многие виды пластика. При этом нужно отметить, что кевлар и не производится в столь большом количестве, чтобы его отходы являлись источником загрязнения.

Не лишен материал и недостатков. К ним можно отнести:
  • Терморазложение.
  • Теряет прочность при намокании.
  • Постепенно разрушается под воздействием ультрафиолета.

При нагреве кевларовые волокна становятся менее прочными. Если поднять их температуру до +450°С, то произойдет терморазрушение материала. Кроме этого, он как и многие подобные волокна теряет прочность при намокании. Когда же волокна высыхают, они возвращают свои нормальные характеристики.

Изделия из кевлара понемногу разрушаются под воздействием ультрафиолета. По возможности их лучше хранить в темном месте. Это не является проблемой в тех случаях, когда на кевларовые волокна солнечный свет не попадает. Примером этого является кевларовый корд в шинах. Он закрыт резиной, поэтому может служить практически вечно. Другое дело одежда и защитная экипировка из кевлара. Для компенсации этих недостатков, ткань зачастую покрывают защитными прозрачными полимерами, стойкими к ультрафиолету, которые также препятствуют намоканию.

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.

АМУНИЦИЯ

Пуленепробиваемый жилет для собакПуленепробиваемые 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.


История изобретения кевлара

Этот уникальный полимер, как и многие другие синтетические волокна, был получен в лабораториях всемирно известного концерна Дюпон. Его официальным создателем является химик Стефани Кволек, руководительница группы, занимавшейся проблемой синтеза прочных полимерных волокон для армирования шин. В 1964 году Кволек предложила новый способ получения полиарамидных нитей – не из расплава, как для большинства полимеров, а из раствора. Поликонденсированный параарамид растворяют в кислоте, а затем из раствора выращивают непрозрачные кристаллические волокна различной плотности, имеющие желтовато-золотистый цвет; в среднем их толщина составляет примерно 11 мкм. Кристаллическая структура такого волокна представляет собой стержень, в сечении которого лежит бензольное кольцо, что придает структуре очень высокую прочность. При тестировании на разрыв первых лабораторных образцов полиарамидных волокон исследователи даже решили, что аппаратура неисправна, поскольку полученная прочность (до 260 сн/Текс) оказалась в несколько раз выше, чем у стали, и к тому же новые полимеры оказались гибкими и легкими. Для дальнейшего применения волокна скручивают в нить, их количество в одной нити может быть различным. Из нитей с количеством волокон до 1000 производят кевлар ткань, более толстые нити (до 10 тысяч волокон) используются в технических целях, для армирования различных материалов и для производства канатов.

В 1975 году новый сверхпрочный полимер поступил в продажу под торговой маркой Kevlar. Он, как и предполагалось, использовался в качестве армирующего материала для шин. Кроме того, он нашел применение для различных композитных материалов, для производства кабельной продукции, протезов, спортивного оборудования и т.п. Большую долю выпускаемой продукции занимает ткань кевларовая, которую используют в основном для производства средств индивидуальной защиты. Вне зависимости от формы выпуска, полиарамидные волокна и нити из них обладают такими характеристиками:

  • большая прочность на растяжение и на разрыв (порез);
  • небольшая плотность (30-60 г/кв.метр);
  • усиление прочности при понижении температуры вплоть до – 200 градусов;
  • высокая упругость;
  • химическая стойкость;
  • низкая электропроводность;
  • устойчивость к горению и плавлению;
  • отсутствие коррозии;
  • нетоксичность.

Кевлар: суперпрочность и сверхзащитаОднако кевларовые волокна имеют и свои недостатки. Их прочность уменьшается при повышении температуры, и при 450 градусах происходит процесс терморазложения. Они нестойки к действию УФ-излучения, утрачивают прочность при истирании и намокании. Однако при этом ткань кевлар является достаточно мягкой и имеет способности к воздухообмену, что позволяет использовать ее для одежды и обуви специального назначения.

Плюсы и минусы

Плюсы:

  • повышенная прочность и невосприимчивость к механическим повреждениям, включая проколы, надрезы, разрывы;
  • формоустойчивость;
  • огнеупорные свойства: полотно начинает разлагаться при температуре свыше 430 °С, при этом оно не горит и не вспыхивает;
  • стойкость к коррозии;
  • износостойкость;
  • при очень низких температурных режимах полотно становится еще прочнее;
  • низкая удельная электропроводность.

Минусы:

  • материя может разрушаться под воздействием ультрафиолетовых лучей;
  • при намокании полотно теряет свою прочность;
  • необходимость в особо бережном уходе;
  • сложности в работе с материалом;
  • малый уровень воздухообмена;
  • высокая цена.

Области применения кевлара

Процесс совершенствования свойств кевлара происходит постоянно, и в настоящее время выпускается несколько разновидностей этого уникального волокна, ориентированных на определенную область применения. Среди них такие марки, как:

  • К29, который применяется для повышения прочности кабелей, армирования шин, шлангов и в военной промышленности (индивидуальных защитных средств и брони);
  • К49 – высокомодульное волокно для оптоволоконной продукции, армирования композитов, изготовления ткани, спортивных аксессуаров, судостроения, авиационно-космического комплекса;
  • К2100 – цветные нити, которые используют для оплетки канатов и кабелей, производства защитной одежды и аксессуаров;
  • К119 – с повышенной гибкостью, применяется для армирования резиновых изделий;
  • АР (advanced performance) – кевлар нового поколения, прочность которого на 15% выше. чем у базовой марки К29;
  • КМ2 и КМ2+ — высокопрочное волокно для изготовления бронежилетов, пуленепробиваемых шлемов и других средств защиты военных и работников силовых структур;
  • ХР – композитный материал на основе смолы повышенной вязкости и кевлара КМ2+.

Отдельно следует выделить кевларовые волокна с алюминиевым покрытием, которые способны выдерживать температуру до 500 градусов. Они способны защитить от брызг металла, контакта с раскаленными поверхностями и даже какое-то время от открытого пламени и используются в защитных костюмах для пожарных, металлургов, работников других опасных профессий.

Кевлар: суперпрочность и сверхзащитаКроме применения волокна для разнообразных технических конструкций, ткань кевлар является основой наиболее распространенной защитной одежды. Изобретательница этого материала Стефани Кволек считала своим главным достижением спасение множества жизней благодаря кевларовым бронежилетам, шлемам и другим средствам защиты, которые сейчас используются военными подразделениями НАТО. Опытным путем было установлено, что надежную защиту от пули обеспечивают семь слоев материала. При этом кевларовые слои покрывают водостойким светонепроницаемым материалом, чтобы не допустить уменьшения прочности вследствие намокания или воздействия ультрафиолета.

Распространенной является также ткань кевлар, созданная путем армирования обычного материала полиарамидными волокнами. Она характеризуется повышенной прочностью и долговечностью и может быть использована для создания защитных костюмов и аксессуаров работникам различных профессий. Также кевларовый материал находит применение в виде вставок в обычную одежду, износостойких и непрокалывающихся стелек, защитных перчаток и т.п. Такие аксессуары ценятся работниками силовых подразделений, любителями экстремальных видов спорта и людьми, ведущими активный образ жизни, в частности, страйкболистами, сноубордистами, байкерами. Хотя ткань кевлар стоит довольно дорого (порядка 30 долларов за квадратный метр), ее надежность и защитные свойства вполне оправдывают такие расходы.

Принципы производства

Производство кевларовой нити

Производство кевлара – дорогостоящий процесс, поэтому этот материал стоит больше. Один погонный метр может стоить более 30 долларов, но эта цена обусловлена сверхпрочными свойствами.

Для получения полимерных нитей нужно пройти не одну химическую реакцию. В качестве основы используется раствор кальций хлора и метил-пирролидона. В них заливают специальные реагенты, которые выпадают осадком и образуют жидкокристаллическую субстанцию. Это нечто среднее между гелем и порошком.

Перед загрузкой вещества в машину промывают от остатков раствора и сушат. Потом будущий полимер пропускают через формы (этим занимается специальное оборудование). Так однородная субстанция превращается в тончайшие нити (или волокна, зависит от сферы применения). Чтобы это произошло, необходимо много серной кислоты – она и делает процесс производства дорогим для производителя.

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;

Кевлар — это полимерный материал: обзор свойств и сферы применения

Кевлар — это полимерный материал: обзор свойств и сферы применения

  • флок-кевлар — измельчённое волокно (до 1 мм), применяют для армирования различных смол.

Кевларовые ткани имеют и минусы:

  • теряют прочность при истирании;
  • разрушаются под действием ультрафиолета. Требуют специального покрытия смолой.

Защитная одежда из кевлара

Читайте про: мешковина в интерьере

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.

Кевлар — это полимерный материал: обзор свойств и сферы применения

Кевлар — это полимерный материал: обзор свойств и сферы применения

Кевларовые перчатки могут защитить от порезов о стекло, кратковременного воздействия пламени и раскалённых предметов, при этом они мягкие, эластичные и хорошо пропускают воздух (по внешнему виду напоминают трикотажные) и позволяют работать даже с самыми мелкими деталями, так как не нарушают чувствительности рук.

бронежилетС 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

телефон

  • 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.

Благодаря высоким показателям прочности и устойчивости к внешним механическим и химическим воздействиям кевлар широко применяется в самых разных сферах и признан одним из самых высокотехнологичных современных материалов. О других материалах высоких технологий читайте здесь.

Структура и свойства

Молекулярная структура кевлара: жирным выделен мономер, пунктирные линии указывают на водородные связи

Молекулярная структура кевлара: жирным выделен мономер, пунктирные линии указывают на водородные связи.

После образования волокон кевлара их прочность на растяжение составляет около 3620 МПа, а относительная плотность 1,44. Своей высокой прочностью полимер обязан множеству связей между мономерами. Эти связи имеют большее влияние свойства на кевлара, чем ван-дер-ваальсовы силы и длина цепи, которые обычно влияют на свойства других синтетических полимеров и волокон, таких как Dyneema. Наличие солей и некоторых других примесей, особенно кальция, может повлиять на свойства конечного продукта, и при производстве стараются избежать включения примесей в состав кевлара.

Характеристики материала

  • тонкий и легкий – толщина выпускаемых волокон составляет 1 мкм;
  • готовая ткань не растягивается даже при частой носке;
  • устойчив к воздействию огня – начинает плавиться только при температуре свыше 430 градусов, но должно пройти определенное количество времени (поэтому материал подходит для форм спецслужб);
  • его нельзя повредить при помощи растворителей;
  • несмотря на отсутствие тянущихся свойств, упругий;
  • не подвержен коррозии;
  • отрицательная температура не делает материал хуже, а только усиливает его прочность;
  • материал не проводит электрический ток и не накапливает статическое электричество;
  • волокна кевлара невозможно порезать, даже проведя по ним острым лезвием ножа.

Состав

Кевларовая нить

Пришло время узнать, из чего делают кевлар – такой прочный материал, который нельзя заменить больше ничем. Он представляет собой пара-арамидное волокно желтоватого оттенка. Это полимер, так что полученные нити являются синтетическими. Их добавляют в состав тканей, из которых шьют прочную спецодежду и элементы экипировки (например, перчатки).

Как композит кевлар тоже используется (покрышки), но здесь, кроме него добавляют угле-волокно и стекловолокно, хотя кевлар в разы превосходит их по прочности. Если он будет основным материалом, то вещь из него будет слишком дорогой.

Прочность составляет в среднем 360 кг на 1 мм2, но у некоторых видов может доходить до 550 кг. По структуре и свойствам кевлар постарались как можно больше приблизить к прочному, природному материалу – паутине. В сравнении со сталью, у которой эта цифра доходит только до 150 кг, кевлар гораздо прочнее. А также он имеет малую плотность (около 1500 кг на кубический метр), это чуть больше воды (1000 кг/м3).

Какие бывают виды

Кевлар выпускается в двух видах:

  • Длинные нити в катушках, для ткачества больших кевларовых полотен. Далее эта ткань используется для изготовления спецодежды. Также нити приплетают к другим смесовым материалам для добавления им прочности (перчатки альпинистов). Путем скрутки нитей можно достичь максимальных характеристик, что позволяет делать даже сверхпрочные тросы.
  • Измельченное волокно с частицами размером 1 мм – из него производят пластины, которые потом используются как один из слоев композита.

В продаже кевлар имеет несколько маркировок, каждая со своими характеристиками, и предназначается для определенных вещей.

Название Характеристики Применение
K-29 Стандартные свойства. Первый материал, выпущенный в 1975 году Тормозные колодки, кабели, броня для человека и машин
K-49 Высокомодульное волокно Армирование пластмассы, оплетка стекловолокна, канаты
K-100 Имеет окрас Пряжа
K-119 Более длинная и гибкая нить Армирование резиновых изделий
K-129 Повышенная прочность Броня
AP Прочнее K-29 на 15% Общее
XP Вязкая смола с добавлением волокон кевлара Бронежилеты
KM2 Волокна для производства ткани Соответствует требованиям ГОСТа для производства бронешлемов и бронежилетов

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.

Кевлар — это полимерный материал: обзор свойств и сферы примененияКевларовое 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.

Кевлар — это полимерный материал: обзор свойств и сферы примененияРазновидности 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.

Кевлар — это полимерный материал: обзор свойств и сферы примененияКевларовая нить

Кевлар — первый в группе

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

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.

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.

Кевлар — это полимерный материал: обзор свойств и сферы примененияВодонепроницаемая кевларовая ткань

Другие виды арамидных тканей

Аналоги кевлараПомимо кевлара современная химическая промышленность разработана другие виды арамидных тканей.

Тварон

По свойствам и характеристикам аналогичен кевлару. Тварон был разработан компанией Тейджин Арамид, заводы которой расположены в Японии и Нидерландах. Ткань отличается высокой прочностью, небольшим весом, химической нейтральностью, термостойкостью, диэлектрическими свойствами и т.д. Но основное преимущество тварона заключается в отсутствии деформации даже в самых сложных условиях эксплуатации.

СВМ

Арамидная ткань, разработанная в 1970 году в СССР. Этот синтетический материал по свойствам схож с кевларом, но превосходит его по составу и некоторым параметрам. Аббревиатура СВМ расшифровывается как синтетический высокопрочный материал. Позднее на основе СВМ были разработаны нити второго поколения – Русар и Армос.

Новые арамидные волокна превосходят кевлар по следующим показателям – удлинение при разрыве, удельная нагрузка нити на разрыв, прочность нити и т.д.

Номекс

Номекс — разработка известной компании DuPont и относится к категории мета-арамидов. Номекс по прочности уступает кевлару, однако, стойкость к изгибу у номекса в 3 раза выше, чем у других арамидных тканей.

Номекс используется в авиации и судостроении, для изоляции кабелей и двигателей, в изделиях, подвергаемых воздействию высоких температур и т.д.


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

1 Комментарий

  1. Здравствуйте, уважаемые создатели сайта «Текспром». Большое вам спасибо за вашу статью и информацию о кевларе. Мы были очень удивлены, узнав о существовании такого материала, хотя создан он, оказывается, достаточно давно. Поразительно, что такой лёгкий материал устойчив к порезам и защищает от огня и высоких температур. Особенно радует, что кевлар не опасен для экологии и поддаётся естественному природному разрушению.
    Просто потрясающе, насколько широк спектр применения этого уникального волокна! И очень удивило, что создателем является женщина. Ещё раз спасибо вам за эту информацию!
    Когда мы искали материал о кевларе в других источниках, то были удивлены и вот этой статьёй о создателе не менее прочной нити. Может вы захотите поделится ею и с посетителями вашего сайта. А нам было бы интересно узнать как вы относитесь к этому.

    Случайность или замысел?
    Паучий шелк
    Паутина легче хлопка, но ее удельная прочность выше, чем у
    стали. Уже не одно десятилетие ученые исследуют вещество, из
    которого паук-крестовик плетет свою паутину. Больше всего их
    поражает каркасная паутина — самый крепкий из семи видов
    паучьего шелка. Она более прочная и влагостойкая, чем шелковины
    гусеницы-шелкопряда, которые традиционно используются в
    изготовлении одежды.
    Обратите внимание. Для производства синтетических волокон,
    например кевлара, требуются высокие температуры и кислотные
    растворители. А пауки производят свой шелк при комнатной
    температуре и в качестве растворителя используют обыкновенную
    воду. Но при этом самое изумительное то, что каркасная паутина
    крепче кевлара. Если ее увеличить до размера футбольного поля,
    то она смогла бы остановить мощный авиалайнер!
    Неудивительно, что исследователи заинтригованы прочностью
    паутины. «Ученым хотелось бы создать материал подобной
    прочности для применения в разных отраслях промышленности, от
    производства бронежилетов до строительства вантовых мостов»,—
    пишет Эйми Каннингем в одном журнале (Chemical & Engineering
    News).
    Но воспроизвести каркасную паутину пока не удается, поскольку
    вещество, из которого она состоит, производится в теле паука,
    причем как это происходит — до конца не ясно. «Невольно
    задумаешься о своей ничтожности, когда множество умнейших
    людей не в силах повторить то, что пауки в подвалах делают без
    всяких усилий»,— признает биолог Черил Хайаши на страницах
    журнала «Сайенс энд текнолоджи».
    Что вы думаете? Появились ли пауки и их шелк, не уступающий по
    прочности стали, в результате слепого случая? Или же это дело рук
    разумного Творца?

Добавить комментарий