кевларовые нити что это такое
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.
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.
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:
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.
Средства индивидуальной бронезащиты
Механические свойства делают кевларовые волокна пригодными для выпуска средств персональной бронезащиты. Из него изготавливаются боевые шлемы, бронежилеты, баллистические маски для защиты лица.
Благодаря кевларовой броне вооруженные силы различных стран создают специальные пуленепробиваемые маски и подшлемники для экипажей бронетанковой техники. Кроме этого именно с помощью кевлара осуществляется бронирование авианосцев класса «Нимиц».
При этом отдавая предпочтение изделиям из кевлара, таким как бронежилеты, следует учитывать то, что полимер наделен некими аспектами. Так как броня получается мягкой, защитить от выстрела в упор или проникающего удара ножом, а также шилом, она не сможет. Для таких целей разрабатываются специальные модели с особыми жесткими панелями. К недостаткам можно отнести еще светочувствительность. При постоянном и длительном воздействии солнечных лучей материал начинает постепенно разрушаться.
Так как кевларовая нить считается дорогостоящим материалом, до сих пор не произошла всеобщая «кевларизация». Оснащать тактильными изделиями из этого материала армию и подразделения могут позволить себе только экономически развитые страны.
Защита на руки
Кевларовая защита на руки
Спортивный инвентарь
Доски из сноуборда, лодки, весла, лыжи и спортивные шлемы из кевлара отличаются легкостью и высокой прочностью. Спортивным товарам, произведенным из этого материала, отдают предпочтения, как любители, так и профессиональные спортсмены.
Именно этот материал помогает минимизировать передачу вибрации, обеспечить выдерживание деформационных нагрузок без повреждений. В результате пластичности материала изделия предохраняются от различных серьезных повреждений, раздробления. Кроме этого он отличается полной безопасностью и надежностью даже под воздействием высоких ударных нагрузок.
Гиря в мягкой оболочке из кевлара
Помимо всего прочего, кевлар используется для обкладки на некоторых велосипедных шинах. Именно он сводит к минимуму вероятность прокалывания. Добавляются слои кевлара на ракетки в настольном теннисе. Это позволяет увеличить отскок и добиться снижения веса. Используется материал для производства безопасной одежды для мотоциклистов. Особенно им заменяются элементы из пластика для защиты плеч и локтей.
Ракетка для настольного тенниса с кевларовым покрытием
Другие области применения
Высокие химические и механические показатели устойчивости, а также прочность кевлара обеспечивает широкое применение его в различных сферах. Этот материал считается одним из высокотехнологичных в современном мире.
Чаще всего он используется в следующих целях:
Кевларовые волокно сегодня используются в разнообразных сферах. Без этого материала практически невозможно представить пассивную защиту, а бронежилеты и шлемы спасли уже немало жизней.
Особо прочная ткань кевлар: от изготовления и свойств до особенностей ухода
Свойства и особенности ткани
Физико-механические
Гигиенические
Кевлар применяется в различных сферах. В чем же особенность этого материала? Почему он представляет такую ценность на современном рынке?
Что это за тип ткани?
Кевлар — синтетическая ткань с кристаллической структурой. Этот материал прочный за счет бензольного кольца, находящегося в сечении кристалла. Кевлар по своим свойствам крепче металла.
Этот материал производится в Америке на химическом предприятии DuPont. Производство кевлара начинается только при достижении низкой температуры.
Хлористый кальций и метилпирролидон смешивают, затем туда добавляют реагенты. Все эти вещества вступают в химическую реакцию, и получается полимер, обладающий свойствами жидких кристаллов.
Полученный полимер внешне выглядит как гель или мелкая крошка. Его тщательно промывают, затем просушивают и потом растворяют в серной кислоте. Полученный раствор пропускают через фильеры. В результате получаются волокна. Путем перекручивания из них создаются нити, а из них получают ткань.
История происхождения
Кевлар создали в Америке в 1964 году на химическом предприятии DuPont. Создатель этого материала — американский химик Стефани Кволек. Кевлар стали производить в промышленных масштабах в 1970 году.
Первоначально материал создавали для армирования кабелей и шин для автомобилей. В дальнейшем сфера применения кевлара стала обширной.
Кевларовая ткань — зарегистрированный товарный знак пара-арамидного синтетического волокна.
Состав ткани и ее свойства
В состав кевлара входят синтетические нити, полученные химическим путем. Ткань изготавливается с помощью полотняного прядения нитей, структура ткани — простое переплетение.
Свойства кевларовой ткани:
Кевларовая ткань: материал прочнее стали
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.
Кевлар — первый в группе
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.
Производство
Кевлар выпускают в виде:
Свойства кевлара
Обычный диаметр волокон 1 мкм, непрозрачные.
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;
- флок-кевлар — измельчённое волокно (до 1 мм), применяют для армирования различных смол.
- теряют прочность при истирании; разрушаются под действием ультрафиолета. Требуют специального покрытия смолой.
Защитная одежда из кевлара
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.
С 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
- 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.
Что нужно знать о кевларе – материале, прочнее стали?
Природа богата удивительными материалами. Возьмем, к примеру, дерево: этот материал настолько прочный и универсальный, что его можно использовать практически для всего на свете – от изготовления бумаги до строительства домов. Еще есть шерсть, которая позволяет животным сохранять тепло при минусовых температурах и кожа – материал, способный к восстановлению после повреждений всего за несколько дней. Однако, какими бы невероятными ни были эти материалы, они далеко не идеальны и не подходят для универсального применения. Но есть ли материал, которым мы пользуемся ежедневно? Прочный синтетический материал с красивым названием кевлар, часто описывают как материал «в пять раз прочнее стали при равном весе». Интересно, что применяется кевлар как в изготовлении лодок, тетивы для лука, так и в автомобильной промышленности. В этой статье поговорим о кевларе и причинах, по которым он настолько прочный.
Cверхпрочный кевлар известен своим применением в бронежилетах и автомобильной промышленности. Применяется в промышленном произведстве начиная с 1971 года.
Что такое кевлар?
По сути, кевлар – это сверхпрочный пластик. В мире существуют буквально сотни синтетических пластмасс, изготовленных путем полимеризации – химическего процесса образования высокомолекулярных соединений (полимеров) из низкомолекулярных (мономеров), которые обладают совершенно разными свойствами. Что же до кевлара, то его удивительные свойства частично объясняются его внутренней структурой и тем, что он сделан из волокон, которые плотно связаны друг с другом.
Отметим, что кевлар – запатентованный материал, производимый только химической компанией DuPont™, поставляется в двух основных разновидностях под названием кевлар 29 и кевлар 49 (другие разновидности изготавливаются для специального применения). По своей химической структуре кевлар напоминает другой универсальный защитный материал – номекс.
Кевлар и номекс – это примеры химических веществ, называемых синтетическими ароматическими полиамидами или арамидами для краткости. Эти синтетические материалы изготавливаются в химической лаборатории (в отличие от натуральных тканей, например хлопка или шерсти). Как и номекс, кевлар является дальним родственником нейлона, первого коммерчески успешного «суперполиамида», разработанного компанией DuPont в 1930-х годах.
Ну чем не перчатка бесконечности? На фото защитные перчатки из кевлара от Dupon.
Кевлар был открыт в 1964 голу американским химиком Стфани Кволек (1923-2014). Патент на изобретение кевлара Кволек получила вместе с Полом Морганом в 1966, а начиная с 1971 года кевлар активно применяется в промышленном производстве. Несмотря на то, что изначально кевлар был разработан как легкая замена стальных креплений в автомобильных шинах, сегодня он известен во всем мире благодаря использованию бронежилетов и защитных перчаток.
Свойства кеврала
Как и другие пластмассы, длительное воздействие ультрафиолетового света (например, при солнечном свете) вызывает обесцвечивание и некоторую деградацию волокон кевлара. Этот материал может противостоять атакам различных химических веществ, хотя длительное воздействие сильных кислот со временем может его разрушить.
Кевлар выпускают в виде: технических нитей; пряжи; ровинга; тканей.
Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!
Производство кевлара
Вы, вероятно, знаете, что натуральные материалы, такие как шерсть и хлопок, должны быть скручены в волокна, прежде чем превратиться в полезные текстильные изделия. То же самое верно и для искусственных волокон, таких как нейлон, кевлар и номекс.
Существует два основных этапа изготовления кевлара. Первый связан непосредственно с химией – сначала необходимо произвести основной пластик, из которого сделан кевлар (химическое вещество под названием поли-пара-фенилен терефталамид). Непосредственное превращение химического продукта в более полезный, практичный и прочный материал происходит в ходе второго, заключительного этапа производства.
В настоящее время более 80% кевлара в мире производится на заводе Честерфилда в Спруэнсе. Синтетическое волокно наматывается на катушки, как показано здесь, а затем превращается в другие продукты.
С помощью сложного процесса горячий и вязкий раствор поли-пара-фенилен терефталамида пропускается через фильеру (металлический формовщик, немного похожий на сито). В результате получаются длинные, тонкие, прочные и жесткие волокна, которые наматываются на барабаны. Затем волокна разрезаются по длине и сплетаются в жесткий коврик, известный нам как кевлар.
Где и для чего используется кевлар?
Кевлар может использоваться сам по себе или в сочетании с другими материалами для придания им дополнительной прочности. Широкую известность этот материал получил, вероятно, благодаря его использованию в пуленепробиваемых бронежилетах и передаче «Разрушители легенд», но у него есть десятки других применений. Так как изначальной целью разработчиков было создание легкого прочного волокна, которое можно было бы использовать при производстве шин, сегодня кевлар используется в автомобильной промышленности, но не только. Известно его применение при производстве лодок, самолетов и даже в строительной отрасли, хотя и не является основным конструкционным и строительным материалом.
Описание кевларовой нити: ее состав, свойства, виды и основные сферы применения
| Как называется по-другому: | кевлар, кевларовая ткань, Kevlar |
| Натуральная или синтетика? | синтетический материал |
| Как выглядит на ощупь? | плотная и очень прочная ткань |
| Применение: | спецодежда для экстремальных условий (для военных, пожарных, космонавтов, исследователей, спасателей), спортивная экипировка, куртки и костюмы для альпинистов и гонщиков, элементы зимней обуви, а также автошины, провода и кабели, ортопедические изделия и протезы и другое |
| Структура ткани: | простое переплетение, полотняное прядение |
| Тянется или нет? (Растяжимость) | не тянется |
| Рекомендуемая температура стирки: | +40-60 ⁰С |
| Режим стирки: | машинная стирка в течение 1 часа |
| Отжимать: | отжим на низких оборотах |
| Присутствие блеска: | блестящий материал |
| Степень сминаемости: | не мнется |
| Осыпаемость кромки: | большая |
| Гигроскопичность: | низкая |
| Драпируемость: | низкая |
| Усадка: | не деформируется |
| Воздухопроницаемость: | плохая |
| Выцветает или нет: | материал характеризуется стойкой окраской |
Кевларовая нить – это современное синтетическое волокно, которое прочнее стали в 5 раз. В то же время ткань из него получается легкой, тонкой, приятной на ощупь. Сфера применения кевлара весьма широкая: от производства спецодежды до армирования шин и строительных конструкций. В этой статье вы ближе познакомитесь с материалом и узнаете, где его можно использовать.
Описание метода получения и состава кевларовой нити
Датой изобретения кевлара считается 1964 год. В то время группа химиков американской компании DuPont под руководством Стефани Кволек искала способ заменить металлический корд в автомобильных шинах на более легкие полиарамидные нити. Это позволило бы водителям значительно экономить на топливе.
Стефани Кволек удалось придумать сложный технологический процесс для изготовления нового волокна. Он включает следующие этапы:
Кевларовая нить получилась сверхпрочной и хорошо вытягивалась. В ходе тестирования ученые даже решили, что у них сломался измерительный прибор. Однако впоследствии они признали состоятельность идеи Стефани Кволек.
В 40-60-х годах компания DuPont активно работала над улучшением характеристик материала. В 1975 году началось производство кевларовой нити в промышленных масштабах. Похожие синтетические волокна позже изобрели в Европе и России под обозначениями таврон и СВМ. Однако в технической документации все же закрепилось название кевлар.
Характеристики кевларовой нити: плюсы и минусы
Основное преимущество кевларовых нитей – высокая прочность: от 280 до 550 кг на мм². Перерезать их обычными ножницами вряд ли получится. Отсюда вытекает сразу три важных свойства материала:
Волокна имеют низкую плотность – до 1500 кг на м³. Это немногим больше, чем у воды. Материал хорошо пропускает воздух и отводит влагу. В одежде из кевлара человек практически не перегревается и не потеет.
Кроме того, полиарамидные нити обладают следующими плюсами:
Однако кевларовое полотно в чистом виде не обеспечивает 100% защиту от тонких и острых предметов. Например, его можно пробить пулей или проколоть шилом. Поэтому при изготовлении брони для военных целей формируется несколько слоев такой ткани, а также добавляются металлические пластины. Также кевлар быстро портится под воздействием воды, химических реагентов и ультрафиолета.
Основные виды кевлара
Полиарамидные нити могут иметь разную толщину, прочность и упругость. Сегодня на рынке в основном представлены следующие виды кевлара:
Также в продаже встречаются измельченные волокна. Например, штапель-кевлар представляет собой нарезанные нити длиной до 6 мм. Они не такие прочные, как К-29, зато используются для изготовления полотна, обладающего повышенными теплоизоляционными и виброизоляционными свойствами.
Флок-кевлар – это нарезанные волокна длиной до 1 мм. Они предназначены для армирования смол.
В каких сферах применяется кевларовое волокно
Кевлар применяется в любых сферах, где нужно обеспечить защиту чего-либо от механических воздействий и перепадов температур. Однако производство полиарамидных волокон обходится дорого. Поэтому в некоторых случаях его комбинируют с другими материалами.
Текстильная и обувная промышленность
Чаще всего из кевлара шьют спецодежду: куртки, брюки, костюмы и перчатки для лыжников, сноубордистов, альпинистов, мотогонщиков, работников металлургической и химической промышленности. То есть для тех людей, чья деятельность связана с повышенным риском получения травмы.
Также из полиарамидных нитей изготавливают отдельные элементы зимней обуви:
Вещи из кевлара теплые и легкие. Они защищают кожу от порезов о стекло, падения на твердую поверхность, раскаленных предметов. Одежда и обувь устойчивы к истиранию, поэтому служат человеку долгие годы.
Военная отрасль
Разработка кевлара для военных целей началось в 70-е годы Национальным институтом правосудия США. Исследователи прошли в своей работе несколько этапов:
В итоге получилось полотно, которое идеально подходило для изготовления средств индивидуальной защиты. Сегодня кевлар до сих пор используется в производстве армейских бронежилетов, бронешлемов, бронеавтомобилей.
Судостроение и авиация
Поскольку полиарамидные нити – дорогой материал, в судостроении их чаще всего применяют выборочно: для обшивки корпуса по швам и килевой части. Хотя отдельные компании (в частности, итальянская Cranchi) изготавливают яхты длиной 11-20 метров полностью из кевлара или кевлара и карбона. В итоге морской транспорт становится легким, маневренным, экономит топливо и способен развивать высокую скорость.
В авиации кевларовые нити используются в конструкции беспилотных летательных аппаратов. Обшивка облегчает вес и повышает защиту.
Как правильно ухаживать за вещами из кевларовой ткани
Как правило, одежда из кевлара имеет защитную пропитку, которая предохраняет волокна от воды. Однако вещам все же не помешает правильный уход. Запрещены следующие действия:
В глажке необходимости нет, так как ткань не мнется. Небольшие загрязнения по возможности лучше удалить щеткой с жесткой щетиной, а не с помощью стирки.
Особенности кевларовой нити: FAQ
Вопрос: Сколько стоит кевлар?
Ответ. Один погонный метр ткани стоит от 28 у.е. А моток со 100 метрами кевларовой нити толщиной 1 мм – от 35 у.е. Цены на готовые изделия сильно отличаются и зависят от производителя. Например, в России защитные перчатки из кевлара можно купить за 500-3000 рублей.
Вопрос: Чем резать кевларовую нить?
Заключение
Таким образом, кевларовая нить – это прочный, долговечный и универсальный материал. Правда, его производство довольно дорогое, что сказывается на конечной цене изделий. Самостоятельное изготовление вещей из полиарамидных волокон – сложный процесс, который требует специальных инструментов и знания технологии. И все же плюсы кевлара перевешивают его минусы.