Кевларовые стены что это?
795792.ru

Строительный портал

Кевларовые стены что это?

Кто изобрел кевларовую нить, как из нее создают «бронированную» ткань и что шьют из такого материала, как кевлар?

Кевлар и волокна на его основе были изобретены около полувека назад и сразу произвели революцию в производстве защитной спецодежды и средств защиты. Область применения этого сверхпрочного полимера сейчас чрезвычайно широка – он используется во многих отраслях промышленности: автомобильной, военной, аэрокосмической, строительной, а также применяется для изготовления альпинистского и спортивного снаряжения. Кто изобрел этот материал? Какими свойствами он обладает? Что шьют из кевларовой ткани?

Что представляет собой кевлар?

Кевлар – это высокопрочный полимерный материал, патент на который принадлежит компании «Дюпон» (США). Он представляет собой пара-арамидное синтетическое волокно желтоватого цвета, состоящее из бензольных колец, соединенных в длинные молекулярные цепи. Полимер выпускают в виде нитей, пряжи, жгутов и тканей.

Арамидное волокно

Для изготовления ткани используют нити, содержащие от 130 до 1000 волокон. Их переплетение бывает любым, но чаще используется полотняное, когда основная и уточная нити чередуются в шахматном порядке через одну. Такой материал тонкий и легкий, из него легко шить. Нитки особой прочности состоят из 500–10000 волокон и используются в технических целях.

Кто изобрел уникальный материал?

Изобретение кевлара связано с именем американского химика Стефани Кволек, родившейся в семье польских эмигрантов в Пенсильвании. В 1946 г. она устроилась на работу в одну из крупнейших в мире химических компаний «DuPont», известную изобретением многих уникальных материалов, в т. ч. нейлона. В 1964 г. группа ученых под руководством Кволек работала над получением прочных и легких армирующих волокон, которыми можно было бы заменить тяжелый стальной корд для армирования автомобильных шин.

Химики работали с полиамидами и полиэфирами. Однажды им удалось растворить полимер, получив казавшийся непригодным мутный раствор с низкой вязкостью. Кволек все же попыталась сформировать волокна путем продавливания раствора через формующие отверстия. Своими действиями химик неосознанно повторила действия пауков, выдавливающих паутину из растворов жидкокристаллических полимеров. Лабораторные приборы при тестировании полученных нитей показали настолько феноменальные результаты, что сотрудники сначала решили, что техника неисправна.

После повторных испытаний оказалось, что созданные волокна действительно обладали невероятными свойствами. Прочность на разрыв была выше, чем у стали, в несколько раз. Промышленное производство сверхпрочного материала было налажено в 1970-х гг., однако работы по его усовершенствованию велись еще долгие годы.

Свойства кевларовой ткани

Основные свойства ткани:

  • Прочность. Материал в 5 раз прочнее стали.
  • Легкость. Вес 1 метра ткани варьируется от 30 до 60 г.
  • Термостойкость. Материал разрушается при температуре свыше 430°С, однако прочность кевлара несколько уменьшается после 150°С. Большим плюсом является то, что он не горюч. Низкие температуры (до –190°С) также не приводят к ухудшению его свойств и даже придают дополнительную прочность. Не страшны кевлару и резкие температурные перепады.
  • Стойкость к механическому воздействию, в т. ч. проколам и порезам. Броня из 7 слоев материала обеспечивает надежную защиту от пуль и осколков.
  • Способность к воздухообмену. Ткань хорошо пропускает воздух, поэтому одежда из нее комфортна в использовании.
  • Низкая удельная электропроводность.
  • Безопасность и нетоксичность.
  • Устойчивость к коррозии и воздействию органических растворителей.

Многочисленные стирки, особенно с использованием отбеливателей и агрессивных химических средств, также отрицательно сказываются на характеристиках материала. Его прочность теряется при скручивании.

Свести к минимуму разрушение ткани под воздействием неблагоприятных факторов помогает дополнительная обработка, создающая водостойкое светонепроницаемое защитное покрытие. Еще одно слабое место материала – потеря прочности при истирании. Для снижения себестоимости и компенсации недостатков в ткань из кевлара добавляют стекло- или углеродное волокно.

Что шьют из кевлара и где он вообще применяется?

Сверхпрочный и легкий материал нашел применение во многих областях промышленности. Он до сих пор используется для армирования шин, обеспечивает прочность, предотвращает разрыв и растяжение медных и волоконно-оптических кабелей. Его применяют в качестве армирующей добавки в композитных материалах. Кевлар используется при изготовлении защитной одежды, пожарной формы, костюмов для сварки, перчаток, антипрокольных стелек, вкладышей в одежду в местах повышенного износа. Включение в состав тканей кевларовых волокон придает им стойкость к проколам и порезам.

Кевларовая ткань применяется при производстве спортивного инвентаря: ракеток, велосипедов, хоккейной формы, досок для сноуборда, весел, роликовых коньков, клюшек, лыж, лыжных палок и ботинок. Из него делают мотоциклетную одежду, перчатки, шлемы, наколенники и налокотники. Его применяют при изготовлении защитной амуниции для армии и внутренних войск. Особым спросом пользуется кевларовая броня. Обладая противопульной и противоосколочной стойкостью, кевлар входит в состав бронежилетов, бронешлемов, касок и взрывоукрывных тентов. Из него изготавливают бронированные элементы кузова автомобилей.

Кевлар находит применение в авиастроении и автомобилестроении. Из него делают несущие винты и детали кузова для вертолетов, самолетов и спортивных автомобилей, тросы в лебедках. Кевларовое покрытие обеспечивает защиту беспилотным летательным аппаратам. Из кевлара делают ракетные твердотопливные двигатели. Он используется в медицине при изготовлении медтехники, ортопедических протезов, искусственной хрящевой ткани.

Материал все активнее применяют в судостроении – из него изготавливают части корпуса быстроходных яхт. Это делает суда более легкими, таким образом понижается расход топлива и повышаются их скоростные характеристики. В строительстве кевлар используют для усиления конструкций из железобетона.

Кевларовый смартфон

Прочие сферы применения материала:

  • производство фото- и видеоштативов для съемки;
  • отделка корпусов мелкой цифровой техники – телефонов, ноутбуков;
  • изготовление диффузоров акустических динамиков для передачи низких и средних частот;
  • рыболовство – из кевлара делают леску и поводки для удилищ;
  • производство струн для музыкальных инструментов;
  • изготовление деталей для моделизма.

Рекомендации по уходу

Американская компания «Дюпон», изобретатель кевлара, гарантирует сохранение его первоначальных свойств до 10 стирок. Контакт с водой в природных условиях также необходимо минимизировать.

Вещи из кевлара нельзя отдавать в химчистку и стирать с использованием отбеливателя. Солнце и ультрафиолет вызывают изменение цвета и ухудшают структуру волокон, уменьшая прочность ткани и приводя к ее старению, поэтому следует избегать длительного воздействия этих лучей на изделие.

Кевлар: суперпрочность и сверхзащита

Технические инновации шаг за шагом преобразуют окружающий нас мир, и никого уже не удивляют материалы, свойства которых совсем недавно показались бы фантастическими. Среди таких высокотехнологичных материалов – кевларовая ткань, которая совершила переворот в средствах защиты людей опасных профессий. Полученный более полувека назад материал кевлар оказался прочнее стали, при этом из его нитей можно ткать полотно или использовать их для создания разнообразных технических приспособлений, отличающихся прочностью и устойчивостью к пламени.

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.

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.

Читать еще:  Каким сверлом сверлить бетонную стену?

Правила ухода

При уходе за защитными приспособлениями нужно помнить, что кевлар – это полимер, который не переносит намокание, ультрафиолетовые лучи и химическую чистку, поэтому при уходе за ним нужно придерживаться рекомендаций производителя. Концерн Дюпон гарантирует сохранение защитных свойств и прочности своей кевларовой продукции до 10 циклов стирки. Выстиранные вещи следует сушить в закрытом помещении, а вот воздействие тепла им не вредит. Что же касается воздействия различных химикатов, особенно содержащих хлор, то контакт с ними крайне нежелателен, хотя очистка с помощью кислородных отбеливателей вполне допустима.

Кевларовая ткань: свойства, производство, аналоги

На сегодняшний день кевларовая ткань повсеместно используется при пошиве одежды и экипировки людей, которые в процессе работы подвергаются опасности: военных, космонавтов, полиции, спортсменов и т.д.

Кевларовая ткань была разработана специалистами компании DuPont в 1965 году и является зарегистрированным товарным знаком пара-арамидного синтетического волокна.

В настоящее время кевларовое волокно используется в самых различных сферах: в производстве велосипедных шин, парусов яхт, в бронежилетах, для увеличения прочности частей углепластиковых стоп в протезировании.

Производство кевларовой ткани

Кевлар – чистейший полимер, получаемый с помощью поликонденсации в специальном растворе при низких температурах. В раствор хлористого кальция и метил-пирролидона добавляются реагенты, которые выделяют особое вещество с качествами жидких кристаллов.

Внешне они представляют собой гель или крошку, которую промывают и просушивают. Далее, пропуская получившийся полимер через фильеры, формируются нити или волокна, которые повторно направляются в осадительную ванну, промывают и снова высушиваются.

Свойства кевларовой ткани

Кевларовые нити обладают прочной структурой, которая по крепости превышает сталь в 5 раз, по жесткости кевлар может сравниться со стекловолокном.

Кевлар, не смотря на свое химическое происхождение, абсолютно безопасен для здоровья человека, устойчив к перепадам температур и сохраняет свои свойства в самых сложных условиях, не возгорается и не плавится.

Кевларовая ткань не боится воздействия органических растворителей, устойчива к коррозии. Под воздействием низких температур кевларовая ткань не только не портиться, но становится еще прочнее.

Изделия из кевларовых тканей защищают от ударов и порезов. Не смотря на все достоинства этого материала, есть у него и слабые стороны. А именно — под воздействием солнечных лучей и влаги структура ткани разрушается, волокна становятся менее прочными и теряют свои свойства.

Применение кевлара

Как упоминалось выше, целью разработчиков было создание легкого, но в то же время прочного материала, который смог бы заменить тяжелую сталь при производстве шин.

Позднее, благодаря великолепным свойствам кевлара его начали использовать при пошиве одежды, спецовок, военной формы и т.д.

Броня

Кевлар является известным компонентом для производства средств личной брони и защиты. Боевые шлемы, баллистические маски для защиты лица и бронежилеты выполнены с применением кевлара.

Вооруженные силы различных стран применяют кевлар для создания пуленепробиваемых масок и подшлемников для экипажей бронетанковой техники.

Прочность кевлара настолько велика, что его применяют в качестве брони для авианосцев класса «Нимиц».

В гражданской сфере свойства кевлара используются при создании снаряжения для защиты работников органов экстренного реагирования. Бронежилеты сотрудников полиции, частных охранных предприятий и бойцов спецназа выполнены также из кевлара.

Спортивный инвентарь

Кевлар используется для обкладки велосипедных шип, что повышает их устойчивость к проколам. Также волокна кевлара применяются для увеличения отскока теннисных ракеток и уменьшения их веса.

В мотоспорте кевлар используется для производства безопасной одежды для спортсменов-мотоциклистов, укрепления элементов в области плеч и локтей.

Свойства кевлара с успехом нашли применение в других видах спорта – создания курток, брюк, элементов масок в фехтовании, в японской искусстве стрельбы из лука Кюдо для укрепления тетивы, для повышения производительности в парусах для гоночных лодок и т.д.

Музыкальные инструменты

Кевлар имеет отличные акустические свойства, которые нашли применение при создании диффузоров акустических динамиков для передачи низких и средних частот.

Кевлар используется в качестве основы в струнах для струнных инструментов. Струны из кевлара становятся более прочными, гибкими и стабильными к температурным скачкам.

Другие сферы применения

Благодаря своим физическим свойствам кевлар применяется как армирующее волокно, позволяя делать детали более легкими и прочными. Кевларовое волокно используют для укрепления кабелей, что защищает провода от растяжения и обрыва.

Возможность комбинирования кевлара с другими полимерами путем химической реакции позволяет создать более совершенные материалы, применяемые в специфических областях.

Как пример, карбон-кевлар, который отличается высокой термостойкостью и легкостью и применяется для строительства корпусов высокоскоростных лодок.

Уход за кевларовой тканью

  • не подвергать изделия воздействию высоких температур – при повышении температуры до 150С волокна теряют прочность;
  • не стирать изделия слишком часто – на практике их не стирают вообще, так как кевлар боится воды. В некоторых ситуациях, когда изделия применяются в сложных природных условиях необходимо ограничить их соприкосновение с водой;
  • не использовать для очистки изделий химические реагенты – реакция между полимером и другими химическими компонентами может быть непредсказуемой;
  • не подвергать изделия воздействию солнечных лучей – это основной недостаток арамидных волокон, под воздействием ультрафиолета прочность кевларовых волокон снижается. При длительном воздействии солнечных лучей изделия из кевлара просто «рассыпаются».

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.

Как купить кевларовую ткань

Купить кевларовую ткань можно практически в любом магазине тканей. Стоимость кевлара варьируется в зависимости от плотности и вида – полотно, лента или нить. Средняя цена 1 м. кв. кевларового полотна составляет 2 500 рублей.

Кевларовая ткань поражает своими физическими и химическими свойствами. Это современный высокопрочный материал, характеристики которого были по достоинству оценены и применены в самых различных областях от производства одежды до укрепления деталей авиационных двигателей.

Компании-разработчики арамидных тканей не останавливаются на одном кевларе, совершенствуя это волокно и создавая аналоги по свойствам превосходящие кевлар.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector