Кевлар

Что такое кевлар и кевларовые волокна: описание свойств нити и тканей

Несмотря на то, что кевларовое волокно было изобретено много лет назад до сих пор люди не перестают удивляться его уникальным свойствам. Материал совершил переворот в области тканей, которые разработаны для защиты благодаря своим параметрам и характерным особенностям.

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.Кевларовое 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.Разновидности 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.Кевларовая нить

Производство кевларовой ткани

Впервые узнав о таком материале, у многих напрашивается вопрос, из чего делать кевлар. Для его получения берется раствор хлористого кальция и метилпирролидон. К нему присоединяются специальные реагенты, выделяющие необычное вещество с качествами жидких кристаллов. Процесс осуществляется при низких температурах.

Снаружи получившийся полимер представляет собой крошку или гель, который подвергается промыванию и просушиванию. Затем он пропускается через фильеры, в результате этого формируются волокна, затем получаются нити. Что такое кевларовые нити, догадаться не сложно.

В нитки скручивают полученные волокна, которые уже образуют готовый продукт. После этого они вторично посылаются в осадительную ванну, промываются и высушиваются.

Обратите внимание! Так как при получении кевлара появляются существенные трудности, заключающиеся в использовании серной кислоты, процесс является сильно затратным. Производство кевларовой защиты для автомобиля

Производство кевларовой защиты для автомобиля

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.Водонепроницаемая кевларовая ткань

Сферы внедрения кевлара

Несмотря на широкую распространенность и востребованность, что такое кевлар знают не многие. Хотя это высокопрочное волокно на протяжении многих десятилетий находит самое разнообразное применение.

В основном свое применение кевлар находит в областях, для которых важны следующие характеристики:

• стойкость к износу;
• тепловая стабильность;
• низкая структурная твердость;
• значительная легкость;
• хорошая крепость при низком весе.

Поэтому логично, что из ткани кевлара изготавливаются средства персональной защиты, различная одежда для военнослужащих и спецподразделений.Кевларовая пластина

Авиационная промышленность

О свойствах кевлара, что это за материал не понаслышке знают в авиационной промышленности. Он применяется при производстве ряда беспилотных летательных аппаратов с целью обеспечения защиты.

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.

Кроме 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.

Виды ткани

Виды кевлара представлены в таблице.

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.

Однако 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.

Кевлар. Ткань кевлар

Ткань кевлар – это высокопрочная ткань из синтетических волокон. Название кевлар (англ. Kevlar) является торговой маркой компании DuPont и называют так арамид, арамидную ткань. Таким названием именуют: ткань кевлар, бумага кевлар, волокно кевлар, пряжа кевлар, нить кевлар.

Впервые материал был получен американскими учёными в 1964 г. В результате поиска лёгкого и прочного волокна, которое бы использовалось для армирования автомобильных шин, и был разработан кевлар. Получившееся волокно не было таким ломким, как нейлон, который прежде входил в состав покрышек. На следующий год была разработана его технология производства. Уже в 1971 было начато коммерческое производство кевлар.

Свойства кевлар просто потрясающие.

Волокно кевлар обладает высокой прочностью и превосходит по прочности сталь в 5 раз. Кевлар обладает в 3 раза большей жесткостью, чем стекловолокно, при этом его плотность составляет всего 43% от плотности стекловолокна. Свою прочность и эластичность этот материал сохраняет и при низких температурах, вплоть до −196 °C. И становится даже чуть прочнее.

Он не горюч и термостоек. Нагрев до 150 °C уменьшает прочность кевлара на 10-20 % после 500 часов. При повышении температуры до 250 °C кевлар теряет 50 % своей прочности за 70 часов. При высоком нагреве он не плавиться, а разлагается, и происходит это лишь при температуре 430-480 °C.

Многослойная ткань кевлар способна поглощать энергию удара, обеспечивая тем самым противопульную и противоосколочную стойкость. Кевлар, также, является прекрасным электрическим изолятором.

А вот при намокании защитные свойства кевлар ухудшаются. Понижается прочность ткани и при воздействии солнечного света. Стирка и химчистка также негативно сказываются на защитных свойствах ткани.

Чтобы избежать этих отрицательных факторов были разработаны специальные покрытия, позволяющие уменьшить негативные ухудшения свойств. Для здоровья, кевлар абсолютно безвредный материал.

Зачастую кевларовое волокно, для компенсации его слабых мест, применяют в комбинации со стекловолокном или угольным волокном. В результате этой комбинации получаются так называемые «гибридные ткани».

На сегодняшний день довольно трудно перечислить, где применяется кевлар. Комбинация высокой прочности, эластичности и небольшой вес снискали кевлару высокую потребительскую активность.

Существует большое количество изделий из кевлар, одежды из кевлар. А также применяют его в судостроении (в килевой части или по швам), в конструкциях беспилотных летательных аппаратов (для увеличения защиты).

Используется кевлар в шинном производстве, как армирующее волокно в композиционных материалах, делая их прочными и лёгкими. Нити кевлар добавляются в производство оптико-волокнистых кабелей для предотвращения их растяжения и разрыва, тем самым увеличивая износостойкость.

Волокно кевлар добавляют в другие ткани в качестве армирующего компонента, что придаёт изделиям стойкость и прочность. Это перчатки из кевлар, носки из кевлар, джинсы с кевларом (в мотоспорте и сноуборде), костюмы и обувь из кевлар (защитная одежда).

К средствам индивидуальной бронезащиты (СИБ) относятся бронежилеты из кевлар, бронешлемы.

Бумага кевлар применяется в аэрокосмической промышленности.

Несмотря на то, что ткань кевлар считают одним из наиболее перспективных материалов в ряде сфер, всё же не могу умолчать, что на сегодняшний день она больше не является самой прочной тканью в мире. Учёными получен новейший материал на основе соединения паутины и кожи. Учитывая тот факт, что паутина сама по себе в 3 раза прочнее кевлара, то можно предположить какая прочная ткань выходит из этого соединения. Этот материал пока ещё не получил своего названия.

Ткань кевлар — инновационная ткань, способная приносить человеку в различных областях комфорт и уют.

Нравится

Технические характеристики

Свойства бетона зависят в первую очередь от используемого стройматериала в производстве. Рассмотрим характеристики основных видов фибробетона. Стальная фибра – самый распространенный наполнитель. Он обладает повышенной прочностью к нагрузкам, не усаживается и не образует трещин во время службы. Наиболее примечательные его качества – длительный срок эксплуатации, плотность и стойкость к износу. Кроме того, данный фибробетон не теряет свойства под действием низких температур, влаги и огня.

Следующее в рейтинге популярности волокно из стекла. Бетон этого типа обладает высокими качествами упругости, что наделяет его пластичностью. Однако щелочная среда вредна этому материалу. Стойкость к химическому влиянию обеспечивается полимерной пропиткой, путем добавления в бетон добавок на основе глиноземистого раствора. Именно он связывает щелочи и препятствует повреждению фибробетона. В конечном варианте вы получаете раствор с высокой прочностью, устойчивостью к высоким температурам, гидроизоляцией, стойкостью к воздействию химических средств и истиранию.

Асбестовая фибра характеризуется долговечностью, стойкостью к щелочной среде, нагрузкам и термозащитными качествами. Бетон на основе базальта имеет повышенную прочность. Больше всего он подходит для конструкций, которые подвержены постоянным нагрузкам, деформации и вокруг которых существуют факторы для появления трещин.

Общие характеристики остальных типов волокон – это защита от воздействия химических веществ, прочность на деформацию, стойкость к перепадам температур и неспособность проводить электричество. Благодаря синтетичной природе материалов вес бетона снижается.

Советы по уходу

Как сухая чистка, так и стирка являются приемлемыми методами очистки для перчаток из 100% кевларового волокна. В некоторых случаях наблюдается усадка, потеря веса, прочности пряжи на растяжение, изменение цвета. Всё это никак не сказывается на качестве изделия и его уникальных качествах.

Если говорить об очистке промышленными методами, то перчатки выдерживают до 30 циклов.

Не запрещено сдавать перчатки для очистки в специализированные учреждения, где используется химчистка. Даже если подвергать изделие многократной очистке, оно не теряет своих качеств, сохраняет форму, защитные свойства. Срок службы у кевларовой ткани большой, за что она и получила такую популярность. Чтобы правильно ухаживать за перчатками, пользователю стоит учитывать недостатки, которыми обладает изделие, изготовленное из описываемого полимера. Подвергать высокой температуре перчатки не стоит, хотя создать необходимые условия для разрушения полимера в быту не так просто.

На практике на промышленных предприятиях такие изделия вообще не стирают. Не стоит использовать отбеливатель, если на перчатках появились пятна. Подобные составы способны ухудшить прочность ткани из полимера.

Сегодня производители по всему миру изготавливают кевларовые перчатки. Качество изделий на высоком уровне, поскольку они призваны защищать человека, а значит, соответствуют требованиям безопасности и учитывают нормы существующих законодательных актов и регламентов.

Покупать кевларовые перчатки советуют у проверенных производителей, на товар должен быть соответствующий сертификат качества. Такое изделие станет незаменимым помощником в быту и при выполнении работы, из-за которой могут пострадать руки.

О различиях между кевларовыми перчатками дешевого и дорогого сегмента смотрите в видео.

Применение

Изначально материал разрабатывался для армирования автомобильных шин, для чего он используется и по сей день. Кроме того, кевлар используют как армирующее волокно в композитных материалах, которые получаются прочными и лёгкими.

Кевлар используется для армирования медных и волоконно-оптических кабелей (нитка по всей длине кабеля, предотвращающая растяжение и разрыв кабеля), в диффузорах акустических динамиков и в протезно-ортопедической промышленности для увеличения износостойкости частей углепластиковых стоп.

Кевларовое волокно также используется в качестве армирующего компонента в смешанных тканях, придающего изделиям из них стойкость по отношению к абразивным и режущим воздействиям, из таких тканей изготовляются, в частности, защитные перчатки и защитные вставки в спортивную одежду (для мотоспорта, сноубординга и т. п.). Также он используется в обувной промышленности для изготовления антипрокольных стелек.

Средства индивидуальной бронезащиты

Органотекстолит на основе ткани кевлара для защитных элементов бронежилета (Военно-исторический музей Бундесвера, ФРГ.)

Фрагменты тканевополимерного шлема из кевлара, использованного в бою для поглощения энергии взрыва ручной гранаты, северо-восточный Ирак, 2004. Личный состав отделения спасен, капрал Данэм, закрывший шлемом гранату, погиб.

Механические свойства материала делают его пригодным для изготовления средств индивидуальной бронезащиты (СИБ) — бронежилетов и бронешлемов. Исследования второй половины 1970-х годов показали, что волокно марки кевлар-29 и его последующие модификации при использовании в виде многослойных тканевых и пластиковых (тканевополимерных) преград дают наилучшее сочетание скорости поглощения энергии и длительности взаимодействия с ударником, обеспечивая тем самым относительно высокие, при данной массе преграды, показатели противопульной и противоосколочной стойкости. Это одно из самых известных применений кевлара.

Кевлар обладает сравнительно небольшим весом, при этом значительной силой внутреннего трения, которая позволяет быстро рассеивать кинетическую энергию при столкновении, превращая её в тепловую. При этом он из-за своей тонкости не способен остановить острые и тяжёлые предметы, обладающие большим импульсом, к примеру, винтовочную пулю или лезвие штыка. По этой причине в современных армейских бронежилетах его комбинируют с дополнительными защитными пластинами из стали, титана или керамики, которые недолговечны, но способны спасти жизнь солдату в бою, а также с амортизирующими элементами для уменьшения заброневых действий снарядов.

В 1970-е годы одним из наиболее значительных достижений в разработке бронежилетов стало применение армирующего волокна из кевлара. Разработка бронежилета из кевлара Национальным институтом правосудия США (англ. National Institute of Justice) происходила в течение нескольких лет в четыре этапа. На первом этапе волокно тестировалось, чтобы определить, способно ли оно остановить пулю. Второй этап заключался в определении количества слоев материала, необходимого для предотвращения пробивания пулями различного калибра и летящими с разной скоростью, и разработке прототипа жилета, способного защищать сотрудников от наиболее распространенных угроз: пуль калибра .38 Special и .22 Long Rifle. К 1973 году был разработан жилет из семи слоев волокна из кевлара для полевых испытаний. Было установлено, что при намокании защитные свойства кевлара ухудшались. Способность защищать от пуль также уменьшалась после воздействия ультрафиолета, в том числе солнечного света. Химчистка и отбеливатели также негативно сказывались на защитных свойствах ткани, так же, как и неоднократные стирки. Чтобы обойти эти проблемы, был разработан водостойкий жилет, имеющий покрытие из ткани для предотвращения воздействия солнечных лучей и других отрицательно влияющих факторов.

Другие виды арамидных тканей

Помимо 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.

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.

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.

Советуем ознакомиться

«атака мертвецов» под осовцом: почему немцы называют её выдумкой Web-геосервисы. обзор современных решений Чем опасно обезвоживание? Самые ядовитые и опасные пауки в мире топ-10. фото, где обитают Летная куртка кожаная купить Кому положена медаль участника боевых действий на северном кавказе