Кевларовая нить — что это такое, применение материала

Ткань кевлар вблизи

Кевлар – этот материал прочности, сравним со сталью, но легче металла. Его нити добавляются в спецодежду, но в то же время из него производят даже покрышки! Что такое кевлар и каковы все сферы его применения – узнаем далее в статье.

История происхождения

Kevlar был произведен в 1964 году американской компанией Dupont, которая также известна как крупнейший мировой создатель и производитель нейлона. Изобрел этот материал Стефани Кволек – химик, пришедший в эту компанию на стажировку. Стефани мечтала о медицине, но процесс производства химических материалов оказался так интересен, что она решила остаться.

Само появление полотна считают случайностью. Да, производитель искал сверхпрочный материал. Его было решено изготовить при помощи из полимеров – полиарамида. Полимерные нити изготавливают, расплавляя начальное сырье и пропуская его через отверстия. Но полиарамид плохо поддается расплавке, поэтому его решили извлечь из раствора. Для этого подбирали подходящий растворитель, но такого не находилось. Тот, который был ближе, сделал его мутным, его нельзя было заливать в машину, чтобы не засорить ее и не сломать.

Поиски могли продолжиться, но Стефани убедила руководство рискнуть, и оказалось, что раствор подходит для изготовления нитей. А результат испытаний удивил – этот материал был прочнее стали!

Первое появление кевлара на рынке пришлось на 1975 год. В это время в России и Европе были созданы материалы-аналоги – СВМ и тварон. Но кевлар опередил их, поэтому все ткани данной группы стали называться так.

 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.

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).

Температурные свойства

Кевлар – способен не только выдерживать высокую температуру, но и обладать самозатухающем эффектом. Поэтому спецформа из такого материала не загорится в огне, а ее прочность начнет уменьшаться лишь через некоторое время. Кевлар выдерживает до 480 градусов Цельсия. Но при меньших температурах в нем также можно находиться некоторое время. Например, при 150 градусах пройдет 500 часов, прежде чем он станет менее прочным. И даже тогда его будет все еще сложно порвать, потому что крепость волокон уменьшится лишь на 10-20%!

Какие бывают виды

Кевлар выпускается в двух видах:

  1. 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.
  2. 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

Области применения

Кевлар – это материал, который одновременно применяется как в одежде, так и в промышленности или при изготовлении музыкальных инструментов! Прочность и одновременно с этим легкость может быть необходима в любой из сфер.

Туризм и спорт

Использование нитей кевлара при производстве туристического снаряжения имеет большую популярность, т. к. этот материал невозможно случайно порезать или порвать.

  • Например, скалолазам не обойтись без специальных перчаток, в тканевую основу которых вплетены крепкие арамидные волокна.
  • Кевлар также используется при изготовлении тросов, которые считаются одними из наиболее крепких.
  • Да и любой турист не откажется от прочного рюкзака, которому не страшно зацепиться за ветку – она не сможет даже просто проткнуть ткань, а порезать ее не сможет даже случайно открывшийся в рюкзаке складной нож.

Ортопедические изделия

Материал используется также в ортопедической промышленности для изготовления бионических протезов. Это важная вещь для человека, потерявшего конечность, и кевлар играет в ней особую роль.

Из него делают приемную гильзу, которая соединяет поврежденную конечность и механическую часть протеза. Она должна быть крепкой, чтобы не сломаться при резком движении, но в то же время легкой, чтобы не отягощать конструкцию.

Такие материалы, как карбон и кевлар подходят для этого, но второй имеет дополнительное преимущество. Приемная гильза может неприятно сжимать конечность, доставляя неприятные ощущения, а кевлар упругий, чтобы быть удобным в этом плане.

Бронезащита

Арамидные бронежилеты часто называют «мягкими», потому что они надеваются под форму и не мешают движениям человека. Они относятся к 1 классу бронезащиты по ГОСТу, и являются частью рабочей формы некоторых спецслужб.

Испытания выявили, что такой бронежилет выдержит только патрон калибром до 9х18 мм, но это не означает, что человек выживет после такого выстрела. Наружную ткань патрон пробивает с легкостью, а бронежилет только «проминает» под собой. Но за счет этого «проминания» человек может получить травмы, несовместимые с жизнью: зависит от силы удара и места, которое пострадало. Поэтому в ткань делают металлические вставки в районе уязвимых органов, чтобы обеспечить их дополнительной защитой.

Кевларовый бронежилет является оптимальным вариантом среди мягких, потому что он может хотя бы частично защитить от пуль и ножевых ранений. Первые мягкие бронежилеты производились из нейлона, который мог уберечь только от осколков, поэтому производство этого прочного материала обеспечило безопасность для работников спецслужб.

Защита для рук

Тем, кто работает в условиях высоких температур, с острыми предметами или раскаленным металлом, нужно тщательно защищать руки. Арамидные нити, вплетенные в структуру мягких перчаток, позволяют добиться полной защиты. Их используют, например, сварщики, чтобы не обжечься раскаленной сваркой или летящими во все стороны искрами.

Перчатки тоже частично защитили бы руки, но быстро вышли из строя. Кевлар не портится при воздействии высоких температур, поэтому такие перчатки остаются как новые даже после воздействия открытого огня.

Авиация

При производстве самолетов и вертолетов важный критерий — это легкость конструкции. Облегчить агрегат пытаются как можно больше, потому что так ему будет легче взлететь, держаться в воздухе и т. д. У него достаточно тяжелых деталей (один только двигатель весит 200-400 килограмм), а пассажирские самолеты берут на себя дополнительный вес в виде людей и их багажа. Облегчить конструкцию помогает органопластик, который производится из кевлара. Из него делается вся обшивка устройства.

А также важна не только легкость материала, но и его прочность. В воздухе в самолет могут попадать посторонние предметы (например, пролетающие мимо птицы). На такой скорости они легко могут пробить обшивку и попасть в двигатель, что приведет к крушению. Кевлар помогает избежать этого.

Судостроение

Применение кевлара в судостроении аргументировано теми же его свойствами, что и при производстве авиатехники. Раньше из этого легкого материала производили скороходную технику, предназначенную для гоночных соревнований на воде. Когда его стали применять для больших судов, то он смог найти применение только у самых тихоходных агрегатов.

Со временем технологии совершенствуются, к тому же в производстве используется не только кевлар, но и другие материалы (принцип композита). Сейчас его можно встретить даже у прогулочных туристических катеров, причем цена становится все более доступной.

Автомобильная промышленность

Как вы уже могли догадаться, из кевлара производят обшивку для гоночных машин, которая позволяет облегчить вес конструкции и увеличить скорость автомобиля. Но на этом его применение не заканчивается – производители из компании Дюпон на сайте приводят примеры, где еще может использоваться их материал. Усилить элементы автомобиля: ремни, колодки, сальники. А также популярно применение в покрышках – здесь используется композит из разных материалов, в сочетании с кевларом.

Кроме внутренних улучшений можно забронировать автомобиль от пуль и других повреждений. При этом он не станет намного тяжелее – вы не потеряете плавный контроль над своим автомобилем и его управляемость.

Музыкальные инструменты

Кевлар используется в тех элементах музыкальных инструментов, где необходима способность выдерживать большие нагрузки:

  • жилка для подгрифа струнных – нужна при настройке подгрифа для более комфортного звучания;
  • кабели для гитар и микрофона – дополнительное усиление прочности поможет не порвать их на концерте;
  • кевларовый пластик для барабанов – этот музыкальный инструмент требует прочности.

Уход

Несмотря на свою прочность, изделия из кевлара тоже не могут выдержать всё. Чтобы они сохраняли свои качества, нужно правильно за ними ухаживать.

Главное правило, которое нужно помнить – влажная ткань становится очень уязвимой. В мокром состоянии от прочности не остается и следа, поэтому ее нельзя отжимать или сильно сгибать (например, перевешивать через бельевую веревку).

И также нежелательно производить стирку часто и пользоваться химическими реагентами. Часто кевлар имеет специальные пропитки, которые помогают ему быть прочнее, с водой они вымываются.

Прямые солнечные лучи и обогреватели вредят этому материалу. Хотя в сухом состоянии он выдерживает температуру до 480 градусов, мокрые волокна не выдержат даже нагрева солнца.

Стирка разрешается только ручная, причем нельзя сильно комкать ткань. Оптимальнее будет набрать таз воды или ванну, чтобы замочить изделие без его сгибания.

Ссылка на основную публикацию