Загадочный кевлар: что это за материал и почему он прочнее стали

В детстве Стефани Кволек хотела стать модельером: она самостоятельно придумывала выкройки, а когда матери не было дома, пробиралась к швейной машинке, чтобы сшить кукле очередное платье. Но в 1946 году, окончив Технологический институт Карнеги (ныне Университет Карнеги-Меллон) по специальности «химия», она мечтала о медицине. Чтобы заработать денег на обучение, Стефани временно поступила на работу в один из ведущих химических концернов, Dupont, широко известный благодаря изобретению нейлона. Атмосфера в исследовательских лабораториях Dupont напоминала университет, да и химия была не менее интересна, чем медицина, и Стефани решила остаться. Сейчас можно сказать, что решение было удачным — благодаря нему была создана удивительная кевларовая ткань.

Кевларовая ткань представляет собой синтетический продукт специального назначения. Ее практически не используют в быту, что обусловлено не только уникальными характеристиками, но и высокой стоимостью. Кевлар производства «Дюпон» используется преимущественно для спецодежды и при изготовлении средств индивидуальной защиты.

Не занимайтесь самолечением! В наших статьях мы собираем последние научные данные и мнения авторитетных экспертов в области здоровья. Но помните: поставить диагноз и назначить лечение может только врач.

История создания кевлара

В 1964 году в Dupont пытались разработать прочные, но легкие полимерные нити, которые могли бы заменить тяжелый стальной корд в автомобильных шинах (в целях экономии топлива). Группа Стефани Кволек работала с полиарамидами, молекулы которых имеют стержнеобразную форму. Полимерные волокна обычно изготавливаются путем прядения при выдавливании расплава через тонкие отверстия — фильеры. Однако полиарамид плавится с трудом, и поэтому было решено использовать прядение из раствора. Наконец Стефани удалось подобрать растворитель, но раствор был мутно-опалесцирующим и по своему виду напоминал самогон (вместо того чтобы быть прозрачным и густым, как патока). Инженер-прядильщик категорически отказался заливать подобную гадость в машину из-за риска засорить тонкие фильеры. Стефани с большим трудом уговорила его попробовать вытянуть нить из такого раствора. К всеобщему удивлению, нить прекрасно вытягивалась и была исключительно прочной. Полученную пряжу отправили на тестирование. Когда Стефани Кволек увидела полученные результаты, первой ее мыслью было, что прибор сломался — столь высокими были цифры. Однако повторные измерения подтвердили феноменальные свойства материала: он в несколько раз превосходил сталь по прочности на разрыв. В 1975 году новый материал, Kevlar, был выпущен на рынок.

Производство кевларовой ткани

Виды кевлара и их свойства

У ткани кевлар немало разновидностей. Каждая обладает уникальными характеристиками и используется в различных сферах жизни. По этой причине нельзя назвать универсальные свойства кевлар, ведь в каждом конкретном случае они будут разниться. Назовем основные виды ткани:

• К29 – ходовой вариант, который нашел применение в производстве спецодежды, военной экипировки, спортивного снаряжения. Это одна из старейших марок, что используется в качестве основного материала при производстве силовых кабелей, тормозных колодок автомобиля и др.;
• К49 – материал, применяемый в качестве армирующего при изготовлении композитов. Используется в судо-и авиастроении, в кабельной промышленности, при производстве пластмасс;
• K100 – если обычно кевлар бывает черным, то у этой марки нити окрашенные. Это необходимо для изготовления защитных и обшивочных покрытий, при производстве спортивной одежды и экипировки;
• К119 – марка гибкого арамидного материала с повышенной прочностью и растяжением. К119 используется для усиления резиновых изделий, в том числе автомобильных шин;
• K129 – укрепленное волокно, нашедшее применение в производстве бронежилетов и бронешлемов;
• КМ2 и КМ2+ – арамидное волокно с улучшенными характеристиками. Укладывается в несколько слоев, имеет влагостойкую защиту, используется в военной промышленности;
• XP – разновидность КМ2+ с добавлением смол. Обладает улучшенными баллистическими показателями.

Применение кевлара

Сейчас кевлар применяется практически везде: из него делают тросы, кузова автомобилей и катеров, паруса, фюзеляжи самолетов и детали космических кораблей, лыжи и теннисные ракетки. Но тем, что из кевлара делают пуленепробиваемые жилеты для полиции и костюмы пожарных, Стефани Кволек гордилась особенно: это (как и другие) применение кевларового волокна помогло спасти миллионы жизней.

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

Преимущества кевлара

Оценить прочность кевлара сумели не только военные специалисты. Уникальный материал широко используется в автомобильной промышленности, спортивной среде и ортопедии. Изделия из арамидного волокна отличаются высоким модулем упругости. К другим достоинствам ткани причисляют:

1. термоустойчивость – ткань хорошо переносит высокие и низкие температуры. Не теряет прочности при криогенных температурах. При взаимодействии с огнем не горит, не дымится, однако длительный плюс свыше +200 способен уменьшать устойчивость материла к внешним воздействиям;
2. низкая электропроводность – позволяет использовать экипировку из кевлара при работах с электрическим током;
3. устойчивость к воздействию химических веществ – материал не теряет прочности при взаимодействии с химикатами и абразивными веществами, не подвергается коррозии, не окисляется;
4. отсутствие токсичности – несмотря на искусственное производство материала, он абсолютно безопасен для человека. Разложение арамидных волокон происходит при температуре свыше 430 ?C, если изделие не укреплено алюминием.

При всем при этом материал гигроскопичен, не препятствует естественному воздухообмену, устойчив к механическим воздействиям. Его невозможно порезать или растянуть, разорвать или проткнуть.