Кевларен плат. Тъкан Kevlar: материал, по-здрав от стомана За какво се използва Kevlar?
Kevlar влакното има характерен златистожълт цвят. Диаметърът на елементарното влакно е 10 микрона.
Kevlar K-29 (1975) - използва се в промишлеността за производство на кабели, спирачни накладки, лична броня и броня за бойни превозни средства. Kevlar K49 е марка високомодулно влакно, използвано в кабелната индустрия, за производството на оптични влакна, за производството на въжета и за пластмасова армировка. Kevlar K100 е фабрично боядисана прежда. Kevlar K119 - голямо удължение, гъвкав и с повишена якост на умора. Kevlar K129 е клас високоякостни бронирани влакна. Kevlar AP е с 15 процента по-здрав от K-29. Kevlar XP е състав, базиран на смола с висок вискозитет и новото влакно KM2plus. Кевлар KM2(1992) - марка влакна за производство на тъкани, отговарящи на изискванията за бронежилетки и бронежилетки.
Приложение [ | ]
Материалът първоначално е разработен за армиране на автомобилни гуми, за което се използва и днес. Освен това кевларът се използва като подсилващо влакно в композитни материали, които са здрави и леки.
Кевларът се използва за подсилване на медни и оптични кабели (нишка по цялата дължина на кабела, предотвратяваща разтягане и счупване на кабела), в конуси на високоговорители и в протезната и ортопедична индустрия за повишаване на устойчивостта на износване на части от въглеродни влакна крака.
Кевларовите влакна се използват и като подсилващ компонент в смесените тъкани, придавайки на продуктите, изработени от тях, устойчивост на абразивни и режещи влияния; по-специално, защитни ръкавици и защитни вложки в спортно облекло (за моторни спортове, сноуборд и др.) се правят от такива тъкани. ). Използва се и в обувната индустрия за производство на стелки против пробиване.
Лични бронирани средства за защита[ | ]
Фрагменти от кевларен полимерен шлем, използван в битка за поглъщане на енергията от експлозия на ръчна граната, Североизточен Ирак, 2004 г. Ефрейторът Дънам, който покриваше гранатата с каската си, беше убит.
Механичните свойства на материала го правят подходящ за изработване на лични бронезащитни средства (ПИБ) - бронежилетки и бронежилетки. Изследванията през втората половина на 70-те години показват, че влакното Kevlar-29 и неговите последващи модификации, когато се използват под формата на многослойна тъкан и пластмасови (тъкан-полимерни) бариери, осигуряват най-добрата комбинация от скорост на поглъщане на енергия и продължителност на взаимодействие с нападател, като по този начин осигурява относително високи, предвид масата на препятствието, показатели за устойчивост на куршуми и устойчивост на фрагменти. Това е една от най-известните употреби на кевлар.
Кевларът има относително ниско тегло, но значителна сила на вътрешно триене, което ви позволява бързо да разсейвате кинетичната енергия по време на сблъсък, превръщайки я в топлина. В същото време, поради своята тънкост, той не е в състояние да спре остри и тежки предмети, които имат голям импулс, например куршум от пушка или байонетно острие. Поради тази причина в съвременните армейски бронежилетки тя се комбинира с допълнителни защитни пластини от стомана, титан или керамика, които са краткотрайни, но могат да спасят живота на войника в битка, както и с амортисьори за намаляване на ефект на броня на снаряди.
През 70-те години на миналия век един от най-значимите постижения в развитието на бронежилетките е използването на армировка от кевларови влакна. Разработването на кевларени бронежилетки от Националния институт на правосъдието на САЩ се проведе в продължение на няколко години на четири етапа. В първия етап влакното беше тествано, за да се определи дали може да спре куршум. Втората фаза беше да се определи броят на слоевете материал, необходими за предотвратяване на проникването на куршуми от различен калибър и движещи се с различни скорости, и да се разработи прототип на жилетка, способна да защити служителите от най-честите заплахи: .38 Special и .22 Long Сачми с калибър на пушка. До 1973 г. е разработена седемслойна жилетка от кевларови влакна за полеви тестове. Установено е, че при намокряне защитните свойства на кевлара се влошават. Способността за защита от куршуми също намалява след излагане на ултравиолетова светлина, включително слънчева светлина. Химическото чистене и избелващите средства също повлияха негативно на защитните свойства на тъканта, както и многократното пране. За да се преодолеят тези проблеми, е разработена водоустойчива жилетка, която има платнено покритие, за да се предотврати излагането на слънчева светлина и други вредни фактори.
Корабостроене [ | ]
От началото на 90-те години кевларът е широко разпространен в корабостроенето. Поради технологичните трудности и цената на кевлара, той се използва избирателно. Например само в киловата част или по шевовете. Много производители (като корабостроителниците BAIA Yachts, Blue water, Dolphin, Danish yacht, Zeelander Yachts), произвеждащи не много голям брой яхти годишно, систематично преминават към използване на кевлар. Един от лидерите в производството на кевларени яхти е [ от кого?] Италианската корабостроителница Cranchi, която произвежда кевларени яхти с размери от 11 до 21 метра.
Съвременните високотехнологични материали все повече се използват в различни индустрии. Един от тях е кевларен плат. Този елемент се отличава от другите средства с отличната си устойчивост както на триене, така и на удар. Така в композитните материали най-често се комбинира с различни материали, а в текстилната промишленост кевларовата тъкан намира широко приложение. Такъв високотехнологичен материал като кевлар се използва за шиене на якета, дънки, ръкавици, за производство на кабели и много други.
Характеристики на кевларен плат
Платът Kevlavr се използва активно като усилващ агент за различни композитни материали. Кевларовата тъкан има висока якост, с много ниско тегло. Такъв продукт не само не губи свойствата си под въздействието на ниски температури (температурната граница е -190 градуса), но и придобива допълнителна здравина.
Излагането на високи температури също няма да причини много вреда на кевларовата тъкан, тъй като температурата на нейното разрушаване варира от +430 до +480 градуса. Освен това температурата на разрушаване напълно зависи от времето и интензивността на нагряване. За да се намали цената на готовите продукти, е създадено производство на комбинирани тъкани, към които се добавят фибростъкло или въглищни влакна. Тъканта Kevlar не представлява абсолютно никаква заплаха за човешкото здраве.
Високата топлоустойчивост и здравина на тъканта Kevlar позволява да се използва за производството на униформи за пожарникари. Поради факта, че кевларът е 5 пъти по-здрав от стоманата (при същото тегло), стана възможно да се използва за производството на бронежилетки. Това бяха специални защитни устройства, тяхното доста успешно производство, което до голяма степен допринесе за популярността на кевларовата тъкан. Сега такъв материал се използва в различни индустрии, включително космическата.
Работа на кевларен плат
В ежедневието кевларът също е намерил много широко приложение. Най-често се използва именно там, където се изисква висока устойчивост на ниски и високи температури и съответно най-високата му якост. Обикновено кевларовата тъкан се използва за производството на различно оборудване за спортисти (каски, въжета, ръкавици и др.). В допълнение, както беше споменато по-рано, кевларовата тъкан се използва активно в производството на композитни материали.
Въпреки това, по отношение на показателите за температура и якост, кевларът е малко по-нисък от въглеродните влакна, но в същото време толерира натоварванията на огъване много по-добре. В опит да се съчетаят качествата на тези два материала бяха създадени комбинирани кевларени платове с приблизително равни количества от двата материала. Такива тъкани понасят много добре еластична деформация. Но въглеродно-кевларовата тъкан губи здравина, има малко повече тегло и не понася много добре контакта с вода.
Комбинацията от епоксидни смоли с кевларен плат обаче не е идеална. Такива смоли са склонни да „поемат“ влагата и да я натрупват в себе си. При контакт с вода кевларът значително губи свойствата си, които са толкова високи в сухо състояние. Освен това ултравиолетовата светлина е катализатор, който намалява продължителността на живота на кевларения компонент.
Ето защо е препоръчително да се използва кевлар само при определени условия (като се използват абсолютно всички положителни характеристики на материала), което всъщност не намалява търсенето му в момента. Платът Kevlar се използва за шиене на строително-специално работно облекло (монтажни ръкавици, гащеризони за заваряване и др.).
Kevlar е регистрирана търговска марка на пара-арамидни синтетични влакна и принадлежи към широката група арамидни влакна като Nomex и Technora. Разработен от DuPont през 1965 г., този високоякостен материал е комерсиализиран за първи път в началото на 70-те години като заместител на стоманата в състезателните гуми. Обикновено кевларът се разпространява под формата на кабели или плат, които могат да се използват самостоятелно или като елемент в композитни композитни материали.
В момента кевларът има много приложения, вариращи от гуми за велосипеди и платна на яхти и други кораби до бронежилетки (поради високото съотношение якост на опън към тегло; по този показател кевларът превъзхожда 5 пъти стоманата). Използва се и от индустрията на протезите и ортопедите за увеличаване на устойчивостта на износване на частите на краката от въглеродни влакна. Кевларът се използва за направата на конуси за високоговорители.
Подобно влакно, наречено Twaron, с приблизително същата химическа структура, е разработено от специалистите на Akzo през 70-те години на миналия век, а търговското му производство започва през 1986 г. В момента влакното Twaron се произвежда от Teijin.
Полипарафенилен терефталамидът, който се продава под марката Kevlar, е изобретен от полско-американската химичка Стефани Куолек, докато тя работи в DuPont. Причината за началото на разработването на ново вещество беше пивоварният недостиг на бензин по това време. През 1964 г. групата на Kwolek започва да търси ново леко, здраво влакно за използване в леки, но издръжливи гуми. По това време тя работи с редица полимери - полибензамид и поли/р-фенилен терефталат. Въз основа на тези компоненти изследователят успява да получи влакно, което за разлика от найлона не е крехко. До 1971 г. е получен модерен образец на кевлар. Kwolek обаче не участва активно в разработването на кевларени продукти и техните приложения.
1. История
2 Производство
3 Структура и свойства
4 Топлинни свойства
5 Приложения
5.1 Защита
5.1.1 Криогеника
5.1.2 Броня
5.1.3 Лични предпазни средства
5.2 Спортно оборудване
5.2.1 Обувки
5.3 Музика
5.3.1 Аудио оборудване
5.3.2 Низове
5.3.3 Барабани
5.4 Други приложения
5.4.1 Танц с огън
5.4.2 Тигани
5.4.3 Въжета, кабели, обвивки
5.4.4 Производство на електроенергия
5.4.5 Строителство на сгради
5.4.6 Спирачки
5.4.7 Температурни компенсатори и маркучи
5.4.8 Физика на елементарните частици
5.4.9 Смартфони
6 Композитни материали
производство
Кевларът се синтезира в разтвор от мономерите фенилен-1,4-диамин (р-фенилендиамин) и терефталоил хлорид чрез реакция на кондензация. Солната киселина в този случай е страничен продукт. Резултатът е вещество с характеристиките на течни кристали, чиито полимерни вериги са ориентирани в една посока, което позволява образуването на здраво влакно. Хексаметилфосфорамидът (HMPA) първоначално е бил използван като полимеризационен разтворител, но от съображения за безопасност DuPont го е заменил с разтвор на N-метилпиролидон и калциев хлорид. Тъй като този процес вече е бил патентован от Akzo (вижте по-горе) за производството на Twaron, ходът на DuPont предизвика патентни съдебни спорове.
Реакция на фенилен-1,4-диамин (р-фенилендиамин) и терефталоил хлорид, водеща до кевлар
Производството на кевлар (полипарафенилен терефталамид) е сравнително скъп процес поради трудностите, свързани с използването на концентрирана сярна киселина, необходима за поддържане на водонеразтворимия полимер в разтвор по време на неговия синтез и образуване на влакна.
Предлагат се няколко вида кевлар:
Kevlar K-29 - използва се в индустриални приложения като кабели, заместители на азбест, спирачни накладки, броня за каросерия/автомобил;
Kevlar K49 е високомодулен материал, използван в кабели и въжета;
Kevlar K100 - цветна версия на Kevlar;
Kevlar K119 - има голямо удължение, гъвкавост и относително висока якост на умора;
Kevlar K129 - характеризира се с по-висока здравина спрямо стандартния кевлар; широко използвани за балистични приложения;
Kevlar AP - 15% по-висока якост на опън от K-29;
Kevlar XP е комбинация от лека смола и KM2 влакна;
Kevlar KM 2 - подобрени балистични характеристики, използвани при създаването на броня.
Излагането на ултравиолетовия компонент на слънчевата светлина води до деградация и разпадане на кевлара. Поради това рядко се използва на открито без защита от слънчева светлина.
Структура и свойства
Веднъж образувани, кевларовите влакна имат якост на опън от около 3620 MPa и относителна плътност от 1,44. Полимерът дължи своята висока якост на множеството връзки между мономерите. Тези връзки имат по-голям ефект върху свойствата на кевлара, отколкото силите на Ван дер Ваалс и дължината на веригата, които обикновено влияят върху свойствата на други синтетични полимери и влакна като Dyneema. Наличието на соли и някои други примеси, особено калций, може да повлияе на свойствата на крайния продукт и по време на производството те се опитват да избегнат включването на примеси в състава на кевлар.
Топлинни свойства
Кевларът запазва здравина и еластичност до криогенни температури (-196°C). Всъщност при ниски температури става малко по-силен. При по-високи температури якостта на опън веднага се намалява с около 10-20%, а след няколко часа непрекъснато излагане на топлина, якостта на опън намалява още повече. Например, при 160 °C (320 °F), 10% намаление на якостта настъпва след приблизително 500 часа термично излагане. При 260 °C (500 °F), 50% намаление на якостта настъпва след 70 часа излагане на източник на топлина.
Приложения
защита
Криогеника (физика при ниски температури)
Кевларът често се използва в областта на физиката при ниски температури. Това се дължи на неговата ниска топлопроводимост и висока якост в сравнение с други материали, които се използват за създаване на суспензии. Най-честата употреба на кевлар е за отделяне на резервоара от парамагнитни соли от сърцевината на свръхпроводящ магнит, за да се сведе до минимум изтичането на топлина в парамагнитния материал. Използва се и за създаване на [структурни] усилващи елементи или структурна опора за приложения, където се изисква ниско изтичане на топлина.
Броня
Кевларът е доста добре познат и популярен компонент на лична броня като бойни каски, балистични маски за лице и балистични жилетки. Кевларът е ключов компонент на шлема и бронежилетката PASGT и техните еквиваленти, които се използват от въоръжените сили на Съединените щати от 1980 г. Други военни приложения включват бронирани маски, използвани от пазачите, и балаклави, използвани за защита на екипажите на бронирани превозни средства. Дори самолетоносачите от клас Nimitz използват броня от кевлар покрай жизненоважни пространства. Ако вземем предвид гражданското използване на материала, трябва да се отбележи, че той се използва в оборудването за защита на работниците при спешни случаи, ако обхватът на тяхната дейност включва контакт с обекти с висока температура (например пожарогасене). Тази област включва и бронежилетки, изработени от кевлар, които се използват от полицейски служители, частни охранителни сили на частни организации и специални части.
Средства за индивидуална защита
Кевларът се използва за направата на ръкавици, ръкави, якета, панталони и други елементи от облеклото, които са предназначени да предпазват потребителите от порязвания, ожулвания и топлина. Защитната екипировка, изработена от кевлар, често е значително по-лека и тънка от еквивалентите, направени от по-традиционни материали.
Спортна екипировка
Използва се като вътрешна облицовка за някои велосипедни гуми, за да предотврати спукване. В тениса на маса слоеве кевлар се добавят към ракетите, за да се увеличи отскокът и да се постигне спестяване на тегло. Използва се в производството на предпазни облекла за мотоциклетисти, особено при защита на раменете и лактите. В Kyudo, японското изкуство за стрелба с лък, кевларените влакна могат да се използват за създаване на тетива. В този случай материалът действа като алтернатива на по-скъпите конопени влакна. Този материал най-често се използва за създаване на носещи кабели за парапланери. Във фехтовката се използва за създаване на защитни якета, панталони, нагръдници и елементи на маска. Тенис ракетите често съдържат елементи от кевлар. Използва се дори в платна за високоефективни състезателни лодки. Кевларът все по-често се използва в "пето" - мекото покритие, което предпазва пикадорските коне на арената.
Обувки
За първи път в обувната индустрия Nike се възползва от напредъка в технологията за създаване на продукти, базирани на кевлар. Неговите специалисти са използвали кевлар в серия маратонки Elite Series II (подобрена версия на по-ранна версия на баскетболни маратонки). Това беше направено, за да се намали еластичността на носа на обувката. Преди за тази цел се използваше найлон, но кевларът се разширяваше с около 1% в сравнение с найлон, който се разширяваше с около 30%. Сега компанията произвежда подобни обувки под марките LeBron, HyperDunk и Zoom Kobe VII. Тези маратонки обаче бяха представени в ценови диапазон, който е много по-висок от средната цена на баскетболните обувки.
Кевларът също е бил използван като лепенки за контрол на скоростта върху някои сапунени обувки и също е служил като материал за дантела за първокласните футболни обувки Adidas F50 adiZero Prime.
Музика
Озвучителна техника
Установено е също, че кевларът има полезни акустични свойства. Понастоящем тъканите на негова основа се използват за създаване на дифузори за акустични високоговорители (ниски и средни честоти). Освен това кевларът се използва като якостен елемент във фиброоптични кабели, като тези, използвани за предаване на аудио данни.
струни
Кевларът може да се използва като акустична сърцевина в струни за струнни инструменти. Физическите свойства на кевлара придават на струните здравина, гъвкавост и стабилност. Днес единственият производител на този тип кордажи е CodaBow.
Барабани
Кевларът понякога се използва като материал за маршируващи малки барабани (със струни в долната част). Използването му ни позволява да постигнем много високо напрежение, което води до доста ясен звук на изхода. Обикновено кевларът е покрит със слой смола, за да се запечата, и слой от найлон се добавя отгоре, за да се осигури плоска ударна повърхност.
Други приложения
Танц с огън
Фитилите за нестинарски реквизит са изработени от композитни материали, които съдържат кевлар. Самият кевлар не абсорбира добре запалими вещества, така че се смесва с други материали като фибростъкло или памук. Високата термоустойчивост позволява кевларените фитили да се използват многократно.
Тигани за пържене
Кевларът понякога се използва като заместител на тефлоновото покритие от някои производители на тигани с незалепващо покритие.
Въжета, кабели, обвивки
Кевларът се използва в плетени въжета и кабели, където кевларените влакна са групирани успоредно и покрити отвън с полиетиленова обвивка. Кабелите се използват в окачени мостове. Кевларът се използва широко като защитна външна обвивка за оптични кабели (материалът предпазва кабела от повреда и прегъване).
Тъканите черупки от кевлар се произвеждат от следните компании:
А.В. Компания Честъртън(chesterton.com). Неговият продукт, Chesterton 1740, е междинна оплетка, изработена от влакна Kevlar и политетрафлуоретилен (тефлон, PTFE). Основни характеристики на Chesterton 1740: температурна граница - 260 °C (500 °F), химическа устойчивост - pH 4-11, граница на налягането 20 bar/g (300 psi). Всяка нишка от влакна е индивидуално покрита с PTFE за по-добро разсейване на топлината. Chesterton 1740 предлага различни комбинации от компоненти на средната ръкава за постигане на желаната устойчивост на налягане, температура, химикали и износване.
Компания Дифлон(diflo n.it) предлага тъкани обвивки от серия KV (-100 - 400 °C; 50 - 100 бара), състоящи се от кевларови влакна и политетрафлуоретилен. Черупките се характеризират с повишена устойчивост на топлина. Тази черупка не оцветява съседните повърхности, има нисък коефициент на триене и разсейва топлината. Приложения: пречистване на отпадъчни води, шлюзови системи, клапани за ниско налягане, валове на бутални двигатели, обработка на киселини, основи, масла. Продуктът има универсално приложение, с изключение на работа с кислород, силни основи и окислители. Продуктът е подходящ за хартиената промишленост, нефтохимическата и химическата промишленост и електроцентрали.
Продукт ДЕПАКAnstaltУстановяване(depac.at) е отлична алтернатива на оплетките на базата на азбест. Оплетката от кевлар е особено ефективна при работа с твърди материали и в хартиената промишленост, стоманодобивните заводи, пречиствателните станции за отпадъчни води и захарната промишленост. Специалната диагонална тъкан с висока плътност от 4 части на DEPAC съчетава химическа устойчивост с висока якост, за да осигури оптимално запечатване с минимално контактно налягане.
Производство на електроенергия
Кевларът е използван от учени от Технологичния институт на Джорджия (САЩ) като основа за експеримент за създаване на дрехи, които могат да генерират електричество. Това беше направено чрез тъкане на наножици от цинков оксид в тъкан. Ако проектът е успешен, новата тъкан ще генерира около 80 миливата на квадратен метър.
Сграда
Прибиращият се покрив от кевлар, покриващ повече от 5500 квадратни метра, беше ключова част от дизайна на олимпийския стадион в Монреал за летните олимпийски игри през 1976 г. Този строеж беше изключително неуспешен, тъй като покривът беше завършен с десет години закъснение, а след още десет години (в края на май 1998 г.) се наложи да бъде сменен след редица проблеми.
Спирачки
Телбодираните влакна се използват като заместител на азбеста в спирачните накладки. Прахът, който е страничен продукт от базираните на азбест спирачки, е силно токсичен, докато арамидните влакна са по-добър вариант.
Температурни компенсатори и маркучи
Кевларът може да се използва като усилващ слой в компенсатори на гумени силфонни тръби и гумени маркучи, които са предназначени за използване при високи температури и трябва да имат висока якост. Може да се използва и като слой оплетка, използван от външната страна на пожарен маркуч за добавяне на по-голяма степен на защита срещу остри предмети.
Физика на елементарните частици
Тънък прозорец от кевлар е използван в експеримента NA48 в CERN. Материалът се използва за отделяне на вакуумната камера от камерата с атмосферно налягане. Серия от експерименти във физиката на елементарните частици NA48 се занимава с изследването на механизма на разпада на каона. В научната работа взеха участие повече от 100 физици, предимно от Западна Европа и Русия (ОИЯИ).
Смартфони
Линията смартфони Motorola RAZR се отличава с наличието на кевларен заден корпус. Разработчиците на устройства избраха този материал пред други, като въглеродни влакна, поради устойчивостта му на механични натоварвания и липсата на смущения при предаването на сигнала.
Композитни материали
Арамидните влакна се използват широко за подсилване на композитни материали, често същият кевлар се използва в комбинация с въглеродни влакна и стъклени влакна. Матрицата за високоефективни композити обикновено е епоксидна смола. Типичните приложения включват производството на монококове за състезателни автомобили F1 (вид пространствена рамкова конструкция, при която (за разлика от рамката или рамковите конструкции) външната обвивка е основният и обикновено единственият носещ елемент); перки за хеликоптери, оборудване за тенис, тенис на маса, бадминтон и скуош, производство на каяци, бухалки за крикет, стикове за хокей на трева и лакрос.
В момента кевларът се е превърнал в обичаен компонент на облекло и оборудване за хора, чийто живот е постоянно в опасност: военни и служители по сигурността, астронавти и изследователи, спортисти и пожарникари. Кевларовите влакна се използват навсякъде, където се изисква повишена якост, от автомобилни гуми до корпуси на яхти, обхватът на тяхното приложение непрекъснато се разширява, а производствената технология се подобрява. Този материал е получен преди половин век и мнозина ще намерят странно, че авторът му е жена.
Как се появи кевларът?
Символично е, че изобретателят на това уникално влакно, Стефани Куолек, обичаше да шие дрехи за кукли като дете. След училище тя завършва химия в университета Карнеги, но мечтае за медицина. За да печели пари за обучение в университета, през 1946 г. момичето започва работа в известния концерн DuPont и скоро разбира, че нейното призвание е в крайна сметка химията. През 1964 г. групата на Kwolek работи за подобряване на производството на полиарамиди, полимерни вещества с прътовидна структура, които могат да заменят стоманения корд в гумите. Изоставяйки метода на топене, Стефани успя да създаде необичайно изглеждащо решение, което, когато премина през финери, се превърна в арамидни нишки.
Когато полученото влакно започнало да се тества за здравина, изследователите решили, че оборудването се е развалило – здравината на новия материал била пет пъти по-голяма от тази на стоманата.
Новият материал, наречен кевлар, влезе в търговската употреба през седемдесетте години. Започва да се използва за производство на гуми, кордови ленти и композитни материали. В същото време военните и правоприлагащите органи обърнаха внимание на високата якост на полиарамидните влакна, чиято цел беше разработването на лични предпазни средства. Идеята за бронежилетка се появява по време на Първата световна война (неин автор е писателят Конан Дойл), но традиционните метални пластини са тежки и затрудняват движението.
Специалисти от американския Национален институт по правосъдие проведоха задълбочени изследвания в продължение на няколко години, по време на които доказаха, че устойчивостта на куршуми за най-често срещания 38 калибър се осигурява от седем слоя кевларена тъкан. Последният етап от полеви тестове показа, че здравината на такава броня намалява при намокряне и при излагане на UV лъчи. Установено е също, че продуктите от кевлар влошават защитните си свойства след няколко пранета и че не понасят избелване или химическо чистене.
Резултатът от разработките беше кевларова броня, покрита с водоустойчива тъкан, осигуряваща защита на армирания слой от вода и слънце. Освен това като лични предпазни средства започнаха да се използват кевларени каски, ръкавици, стелки за обувки и др.
Свойства на арамидните влакна
В допълнение към високата якост, кевларът има много други уникални свойства, а именно:
- при контакт с огън и високи температури това влакно не гори, не пуши и не се топи;
- Кевларът е нетоксичен и неексплозивен;
- температурата му на термично разлагане е 430-450 градуса;
- силата на армидните влакна започва постепенно да намалява при нагряване до повече от 150 градуса;
- когато е замразен, кевларът става само по-силен, той е в състояние да издържа на криогенни температури (до -200 градуса);
- този материал е електрически изолатор.
В допълнение, материята Kevlar е мека, хигроскопична и с възможност за обмен на въздух и е доста удобна за използване. Вярно е, че това не се отнася за облеклото, предназначено за работа в условия на открит огън и високи температури. За да се увеличи устойчивостта на топлина, кевларът е покрит с алуминий. Материалът, изработен от такова влакно, надеждно предпазва от мощно топлинно излъчване, контакт с повърхности, нагрети до 500 градуса, както и от пръски горещ метал.
Трябва също да се добави, че този материал е доста лек - един метър плат тежи 30-60 g и въпреки че не е евтин (от $ 30 на квадратен метър), отличните му защитни свойства напълно оправдават тези разходи. Защитните материали, подсилени с кевларени нишки, са малко по-евтини, което ги прави устойчиви на разкъсване и абразия. Такива тъкани се използват за защитни вложки в работно и спортно облекло, ръкавици, а също и като устойчиви на износване стелки. Грижата за продуктите, направени от тях, е изключително проста. Те не трябва:
- мийте често;
- почистете с химически реактиви;
- излагайте на слънчева светлина.
Къде се използва кевлар?
Това влакно с висока якост намира голямо разнообразие от приложения - от авиационната и космическата индустрия до спортно и туристическо облекло. Кевларът идва на пазара под формата на нишки, корда, плат, а също и като компонент на композитни и смесени материали. Основните начини за неговото приложение са:
KEVLAR™- търговско наименование на арамида - полипарафенилен терефталамид, синтетично влакно с висока якост (пет пъти по-здраво от стоманата, якост на опън σ0 = 3620 MPa). Разработен от американската компания DuPont през 1965 г., търговската му употреба започва в началото на 70-те години. Лекият, издръжлив и безопасен материал Kevlar може значително да подобри експлоатационните характеристики на работното облекло и защитното оборудване. Днес кевларът се използва в производството на продукти, които изискват висока износоустойчивост на материалите: въжета за катерене, бързи тегличи, каски, горни части на обувки, раници, ски, ръкавици, както и за производство на работно облекло. Kevlar влакното е леко и силно устойчиво на различни видове удари. Има свойства като незапалимост и устойчивост на топлина. Според разработчиците кевларените влакна са пет пъти по-здрави от стоманата при еднакво тегло.
Област на приложение на кевлар
Първоначално материалът е разработен за армиране на автомобилни гуми и все още се използва в това си качество днес. Освен това кевларът се използва като подсилващо влакно в композитни материали, които са здрави и леки.
Кевларът се използва за подсилване на медни и оптични кабели (нишка по цялата дължина на кабела, предотвратяваща разтягане и счупване на кабела), в конуси на високоговорители и в протезната и ортопедична индустрия за повишаване на устойчивостта на износване на части от въглеродни влакна крака.
Кевларовите влакна се използват и като подсилващ компонент в смесените тъкани, придавайки на продуктите, изработени от тях, устойчивост на абразивни и режещи влияния; по-специално, защитни ръкавици и защитни вложки в спортно облекло (за моторни спортове, сноуборд и др.) се правят от такива тъкани. ).
В работното облекло материята с кевларови влакна се използва предимно за подсилване на подложките в областта на коленете (наколенки) и лакътната област. защото Тъканта Kevlar има висока устойчивост на абразия, така че се използва в дрехите на онези места, където най-голямото напрежение е на абразия, порязвания и пробиви.
Използва се в бронежилетки
Структура от кевлар. Високата степен на подреденост на полимера и неговата здравина се осигуряват от междумолекулни водородни връзки.
Механичните свойства на материала го правят подходящ за производство на бронежилетки. Това е една от най-известните употреби на кевлар.
През 70-те години на миналия век един от най-значимите постижения в развитието на бронежилетките е използването на армировка от кевларови влакна. Разработването на кевларени бронежилетки от Националния институт на правосъдието се проведе в продължение на няколко години на четири етапа. В първия етап влакното беше тествано, за да се определи дали може да спре куршум. Втората стъпка беше да се определи броят на слоевете материал, необходими за предотвратяване на проникването на куршуми от различен калибър, пътуващи с различни скорости, и да се разработи прототип на жилетка, която може да защити служителите от най-честите заплахи: .38 Special и .22 Long Rifle куршуми. До 1973 г. е разработена седемслойна жилетка от кевларови влакна за полеви тестове. Установено е, че при намокряне защитните свойства на кевлара се влошават. Способността за защита от куршуми също намалява след излагане на ултравиолетова светлина, включително слънчева светлина. Химическото чистене и избелващите средства също повлияха негативно на защитните свойства на тъканта, както и многократното пране. За да се преодолеят тези проблеми, е разработена водоустойчива жилетка, която има платнено покритие, за да се предотврати излагането на слънчева светлина и други вредни фактори.
Корабостроене
През последното десетилетие кевларът е широко разпространен в корабостроенето. Поради технологичните трудности и цената на кевлара, той се използва избирателно. Например само в киловата част или по шевовете. Много производители (като корабостроителниците BAIA Yachts, Blue water, Danish yacht, Zeelander Yachts), произвеждащи не много голям брой яхти годишно, систематично преминават към използване на кевлар. Лидер в производството на кевларени яхти е италианската корабостроителница Cranchi, която произвежда кевларени яхти с размери от 11 до 21 метра.
Авиационна индустрия
Кевларът се използва при проектирането на редица безпилотни летателни апарати (като RQ-11) за подобряване на защитата.
Температурни свойства
Кевларът запазва здравината и еластичността си при ниски температури, до криогенни температури (−196 °C), освен това при ниски температури дори става леко по-здрав.
При нагряване кевларът не се топи, а се разлага при относително високи температури (430-480 °C). Температурата на разлагане зависи от скоростта на нагряване и продължителността на излагане на температура. При повишени температури (над 150 °C) здравината на кевлара намалява с времето. Например при температура 160 °C якостта на опън намалява с 10-20% след 500 часа. При 250°C кевларът губи 50% от здравината си за 70 часа.