Кевларовая сталь

Природа богата различными материалами: привлекательными по виду, прочными, устойчивыми к нагрузкам. Но производители все равно ищут более перспективные материи, изготавливают разные синтетические аналоги. Так, в 1964 году появился кевлар или как его называют – кевларовая сталь. Промышленное производство волокон началось в 1970-х годах. Разберем в статье их возможности, где востребованы свойства синтетического материала.

Фото: etxt.ru

Что такое кевлар?

Несмотря на сравнение по характеристикам со сталью кевлар представляет собой пластик. Правда, сверхпрочный, получаемый исключительно искусственным путем, а не путем обработки природных ископаемых. В мире существуют сотни разновидностей пластмассы, образуемых полимеризацией из мономеров. Их свойства определяются внутренней структурой, сырьем, из которого и создают искусственные волокна.

Подробнее о материале:

1. Кевлар – запатентованное наименование. Права закреплены за компанией DuPont.
2. Выпускают две основные модификации материала – номер 29 и номер 49.
3. Существуют другие, но они имеют узконаправленное назначение.
4. По химической структуре волокна напоминают защитный материал «номекс».
5. Оба они относятся к категории веществ под названием «арамиды».
6. Также оба считаются дальними родственниками нейлона.

Разработчиком нейлоновых волокон считается компания DuPont, поэтому появление кевлара – это лишь следствие продолжающихся разработок. Всего на появление нового типа прочного пластика ушло чуть больше 30 лет (нейлон запатентован в 1930-х годах). Разработчиком материала считают Стефани Кволек. Практически 2 года никто не придавал особого значения новинке, поэтому патент на нее был получен только в 1966 году.

На выпуск первых изделий ушло еще 5 лет. С 1971 года его активно применяют в ряде отраслей. Например, суперпрочный пластик отлично заменил стальные крепления в автомобильных шинах. Но наиболее он известен в качестве основного материала для изготовления бронежилетов и защитных перчаток. По сравнению со стальными элементами кевларовые обладают существенно меньшим весом, соизмеримой прочностью/надежностью.

Свойства кевлара

Есть несколько причин, почему кевлар стал активно заменять стальные сплавы. При относительно низком весе он прочнее металла в 5 раз. В отличие от большинства разновидностей пластмасс он не плавится при небольшом нагреве. Чтобы кевларовая деталь начала хотя бы становиться мягкой, ее температура должна достигнуть +450℃. В отличие от предшественника номекса кевлар способен воспламеняться, но огонь самопроизвольно прекращается при удалении источника тепла.

Интересно, что на прочность кевларовых волокон совершенно не влияет низкая температура. При лабораторных исследованиях материала компания Dupon проверяла характеристики при морозе до -196℃. Резюме: никакой деградации или охрупчивания не происходит. Типовые температуры для зимы даже в северном климате никаких изменений в эксплуатационных свойствах давать не должны в течение всего срока эксплуатации изделий.

Таблица. 1. Товары из кевларового материала

Из недостатков стоит отметить возможность незначительной деградации волокон из-за длительного воздействия ультрафиолета. Внешне это проявляется обесцвечиванием, что малосущественно для типового назначения. Разрушить материал могут только сильные кислоты. Большая же часть из известных агрессивных составов не оказывают на поверхность негативного воздействия. Это актуально для той же автомобильной промышленности.

Производство кевлара

Самое интересное отличие от стали – синтетический пластик представляет собой волокна, схожие по виду с шерстью или хлопком. Фактически есть возможность плести «обычную» ткань и создавать суперпрочную одежду, тенты и пр. Такое свойство характерно у всей линейки схожих по текстуре материалов (включая «исходные» нейлон, номекс). Производство волокна включает два этапа, которые взаимосвязаны друг с другом.

На первом происходят химические реакции, приводящие к образованию кевлара. Или если быть более точным: поли-пара-фенилен-терефталамида. Пока такое вещество не особо полезно и требует дополнительной обработки. Она предполагает продавливание еще горячего, вязкого состава через специальный аппарат, фильеру. Оборудование представляет собой формовочную машину, которая похода на обычное сито.

При продавливании формируется волокно, которое остывает до относительно низкой температуры. Получаемые тонкие, прочные, жесткие нити наматывают на барабан. Последующая обработка подразумевает их раскрой по длине и плетение жесткого коврика. Последний является тем самым известным во всем мире кевларом.

Где и для чего используется кевлар?

Применяют кевларовые волокна как «самостоятельно», так и в сочетании с другими материалами. Создание пуленепробиваемых бронежилетов – это лишь малая часть того, что делают из него. Его также используют для производства противоосколочных баллистических костюмов, надеваемых под основную защиту. Перчатки из суперпрочного пластика легко выдерживают хват за лезвие ножа, другие острые предметы.

Есть еще популярные направления:

1. Тормозные колодки, бронированная оплетка кабелей.
2. Канаты, армирование пластмасс, усиление оплетки оптоволокна.
3. Бронешлемы, броня на танках, боевых машинах.

Изначальное же назначение кевлара заключалось в получении легкого прочного волокна, которое вывело бы на иной уровень производство автомобильных шин. Резкое расширение вариантов, где его можно применять, имеет объяснимую причину – поиск новых рынков сбыта. Поэтому регулярно появляются свежие идеи вроде производства лодок, усиленных строительных материалов и т.д.

Таблица. 2. Тормозные колодки из кевлара