Kevlarová tkanina. Kevlarová tkanina: materiál pevnější než ocel K čemu se Kevlar používá?
Kevlarové vlákno má charakteristickou zlatožlutou barvu. Průměr elementárního vlákna je 10 mikronů.
Kevlar K-29 (1975) - používá se v průmyslu na výrobu lanek, brzdových destiček, osobního pancíře a pancíře pro bojová vozidla. Kevlar K49 je značka vysokomodulového vlákna používaného v kabelovém průmyslu, pro výrobu opletení optických vláken, pro výrobu lan a pro plastové výztuže. Kevlar K100 je továrně barvená příze. Kevlar K119 - vysoká tažnost, pružný a má zvýšenou únavovou pevnost. Kevlar K129 je třída vysoce pevných pancéřových vláken. Kevlar AP je o 15 procent silnější než K-29. Kevlar XP je směs na bázi vysoce viskózní pryskyřice a nového vlákna KM2plus. Kevlar KM2(1992) - značka vlákna pro výrobu tkaniny, která splňuje požadavky na neprůstřelné vesty a neprůstřelné vesty.
aplikace [ | ]
Materiál byl původně vyvinut pro vyztužení pneumatik automobilů, k čemuž se používá dodnes. Kevlar se navíc používá jako výztužné vlákno v kompozitních materiálech, které jsou pevné a lehké.
Kevlar se používá k vyztužení měděných a optických kabelů (závit po celé délce kabelu, zabraňuje natažení a zlomení kabelu), v kuželech reproduktorů a v protetickém a ortopedickém průmyslu ke zvýšení odolnosti částí uhlíkových vláken proti opotřebení. chodidla.
Kevlarové vlákno se také používá jako výztužná složka ve směsových tkaninách, díky čemuž jsou výrobky z nich odolné vůči abrazivním a řezným vlivům, z takových tkanin se vyrábějí zejména ochranné rukavice a ochranné vložky do sportovních oděvů (pro motorsport, snowboarding atd.). ). Používá se také v obuvnickém průmyslu k výrobě vložek proti propíchnutí.
Osobní obrněná ochrana[ | ]
Fragmenty helmy z kevlarové tkaniny a polymeru používané v boji k absorbování energie výbuchu ručního granátu, severovýchodní Irák, 2004. Desátník Dunham, který zakryl granát svou helmou, byl zachráněn.
Mechanické vlastnosti materiálu jej předurčují k výrobě osobní pancéřové ochrany (PIB) - neprůstřelné vesty a neprůstřelné vesty. Výzkum v druhé polovině 70. let ukázal, že vlákno Kevlar-29 a jeho následné modifikace, pokud jsou použity ve formě vícevrstvé tkaniny a plastových (látko-polymerových) bariér, poskytují nejlepší kombinaci rychlosti absorpce energie a trvání interakce s úderník, čímž poskytuje relativně vysoké, vzhledem k hmotnosti překážky, ukazatele neprůstřelnosti a odolnosti proti fragmentaci. Toto je jedno z nejznámějších použití kevlaru.
Kevlar má relativně nízkou hmotnost, ale značnou sílu vnitřního tření, která umožňuje rychle rozptýlit kinetickou energii při srážce a přeměnit ji na teplo. Zároveň díky své tenkosti není schopen zastavit ostré a těžké předměty, které mají velký impuls, například střela do pušky nebo čepel bajonetu. Z tohoto důvodu je v moderních armádních neprůstřelných vestách kombinován s dodatečnými ochrannými pláty z oceli, titanu nebo keramiky, které mají krátkou životnost, ale mohou zachránit život vojáka v bitvě, a také s prvky tlumícími nárazy pro snížení pancéřový efekt střel.
V 70. letech 20. století bylo jedním z nejvýznamnějších pokroků ve vývoji neprůstřelných vesty použití vyztužení kevlarovými vlákny. Vývoj kevlarové neprůstřelné vesty americkým Národním institutem spravedlnosti probíhal několik let ve čtyřech etapách. V první fázi bylo vlákno testováno, aby se zjistilo, zda dokáže zastavit kulku. Druhou fází bylo stanovení počtu vrstev materiálu potřebného k zabránění průniku střel různých ráží a pohybujících se různou rychlostí a vývoj prototypu vesty schopné ochránit zaměstnance před nejběžnějšími hrozbami: .38 Special a .22 Long Kulky ráže pušky. Do roku 1973 byla vyvinuta sedmivrstvá vesta z kevlarových vláken pro testování v terénu. Bylo zjištěno, že za mokra se ochranné vlastnosti kevlaru zhoršovaly. Schopnost ochrany proti střelám se také snížila po vystavení ultrafialovému světlu, včetně slunečního záření. Chemické čištění a bělidla také negativně ovlivnily ochranné vlastnosti tkaniny, stejně jako opakované praní. K překonání těchto problémů byla vyvinuta nepromokavá vesta, která má látkový potah, aby se zabránilo vystavení slunečnímu záření a dalším škodlivým faktorům.
Stavba lodí [ | ]
Od počátku 90. let se kevlar rozšířil ve stavbě lodí. Vzhledem k technologickým potížím a ceně kevlaru se používá selektivně. Například jen v kýlové části nebo ve švech. Mnoho výrobců (jako jsou loděnice BAIA Yachts, Blue water, Dolphin, Danish yacht, Zeelander Yachts), kteří ročně nevyrobí příliš velké množství jachet, systematicky přechází na používání kevlaru. Jedním z lídrů ve výrobě kevlarových jachet je [ kým?] Italská loděnice Cranchi, která vyrábí kevlarové jachty o velikosti od 11 do 21 metrů.
Moderní high-tech materiály se stále více používají v různých průmyslových odvětvích. Jednou z nich je kevlarová tkanina. Tento prvek se odlišuje od ostatních prostředků svou vynikající odolností jak proti tření, tak i proti ostrému nárazu. V kompozitních materiálech se tedy nejčastěji kombinuje s nejrůznějšími materiály zase v textilním průmyslu našla kevlarová tkanina široké uplatnění. Takový high-tech materiál jako je Kevlar se používá na šití bund, džín, rukavic, na výrobu kabelů a mnoho dalšího.
Vlastnosti kevlarové tkaniny
Tkanina Kevlavr se aktivně používá jako zpevňující činidlo pro různé kompozitní materiály. Kevlarová tkanina má vysokou pevnost a velmi nízkou hmotnost. Takový výrobek nejen neztrácí své vlastnosti pod vlivem nízkých teplot (teplotní limit je -190 stupňů), ale také získává další pevnost.
Vystavení vysokým teplotám také nezpůsobí velkou škodu kevlarové tkanině, protože její teplota ničení se pohybuje od +430 do +480 stupňů. Navíc teplota destrukce zcela závisí na době a intenzitě ohřevu. Pro zlevnění hotových výrobků byla zavedena výroba kombinovaných tkanin, do kterých se přidávají sklolaminátová nebo uhelná vlákna. Kevlarová tkanina nepředstavuje absolutně žádnou hrozbu pro lidské zdraví.
Vysoká tepelná odolnost a pevnost kevlarové tkaniny umožňuje její použití pro výrobu uniforem pro hasiče. Vzhledem k tomu, že Kevlar je 5krát pevnější než ocel (při stejné hmotnosti), bylo možné jej použít pro výrobu neprůstřelných vesty. Právě speciální ochranné prostředky, jejich poměrně úspěšná výroba, velkou měrou přispěly k oblibě kevlarové tkaniny. Nyní se takový materiál používá v různých průmyslových odvětvích, včetně letectví.
Provoz kevlarové tkaniny
V běžném životě našel Kevlar také velmi široké uplatnění. Nejčastěji se používá přesně tam, kde je vyžadována vysoká odolnost vůči nízkým a vysokým teplotám, a tedy i jeho nejvyšší pevnost. Kevlarová tkanina se obvykle používá k výrobě různého vybavení pro sportovce (přilby, lana, rukavice atd.). Kromě toho, jak již bylo zmíněno dříve, kevlarová tkanina se aktivně používá při výrobě kompozitních materiálů.
Z hlediska teplotních a pevnostních ukazatelů je však Kevlar o něco horší než uhlíková vlákna, ale zároveň mnohem lépe snáší ohybové zatížení. Ve snaze spojit kvality těchto dvou materiálů byly vytvořeny kombinované kevlarové tkaniny s přibližně stejným množstvím obou materiálů. Takové tkaniny velmi dobře snášejí elastickou deformaci. Karbon-kevlarová tkanina ale ztrácí pevnost, má o něco větší váhu a špatně snáší kontakt s vodou.
Kombinace epoxidových pryskyřic s kevlarovou tkaninou však není ideální. Takové pryskyřice mají tendenci „nabírat“ vlhkost a hromadit ji v sobě. Kevlar při kontaktu s vodou výrazně ztrácí své vlastnosti, které jsou v suchém stavu tak vysoké. Ultrafialové světlo je navíc katalyzátor, který snižuje životnost kevlarové komponenty.
Proto je vhodné používat kevlar pouze v určitých podmínkách (s využitím naprosto všech kladných vlastností materiálu), což v současné době jeho náročnost vlastně nesnižuje. Kevlarová tkanina se používá pro šití stavebně-speciálních pracovních oděvů (montážní rukavice, svářečské kombinézy atd.).
Kevlar je registrovaná ochranná známka para-aramidových syntetických vláken a patří do široké skupiny aramidových vláken, jako jsou Nomex a Technora. Tento vysoce pevný materiál, vyvinutý společností DuPont v roce 1965, byl poprvé komercializován na počátku 70. let jako náhrada oceli v závodních pneumatikách. Kevlar je obvykle distribuován ve formě kabelů nebo tkaniny, které lze použít samostatně nebo jako prvek v kompozitních kompozitních materiálech.
V současné době má Kevlar mnoho aplikací, od pneumatik na jízdní kola a plachet jachet a jiných lodí až po neprůstřelné vesty (kvůli vysokému poměru pevnosti v tahu k hmotnosti; v tomto ukazateli je Kevlar 5krát lepší než ocel). Používá se také v protetickém a ortotickém průmyslu ke zvýšení odolnosti proti opotřebení částí chodidel z uhlíkových vláken. Kevlar se používá k výrobě kuželů reproduktorů.
Podobné vlákno s názvem Twaron, s přibližně stejnou chemickou strukturou, bylo vyvinuto specialisty Akzo v 70. letech minulého století a jeho komerční výroba začala v roce 1986. V současné době vlákno Twaron vyrábí společnost Teijin.
Polyparafenylen tereftalamid – který se prodává pod značkou Kevlar – vynalezla polsko-americká chemička Stephanie Kwolek, když pracovala ve společnosti DuPont. Důvodem zahájení vývoje nové látky byl tehdejší pivovarský nedostatek benzinu. V roce 1964 začala Kwolekova skupina hledat nové lehké, pevné vlákno pro použití v lehkých, ale odolných pneumatikách. V té době pracovala s řadou polymerů - polybenzamidem a poly/p-fenylentereftalátem. Na základě těchto složek se vědci podařilo získat vlákno, které na rozdíl od nylonu nebylo křehké. V roce 1971 byl získán moderní příklad kevlaru. Kwolek se však aktivně nepodílel na vývoji kevlarových produktů a jejich aplikací.
1. Historie
2 Výroba
3 Struktura a vlastnosti
4 Tepelné vlastnosti
5 Aplikace
5.1 Ochrana
5.1.1 Kryogenika
5.1.2 Brnění
5.1.3 Osobní ochranné prostředky
5.2 Sportovní vybavení
5.2.1 Boty
5.3 Hudba
5.3.1 Audio zařízení
5.3.2 Struny
5.3.3 Bicí
5.4 Jiné aplikace
5.4.1 Tanec s ohněm
5.4.2 Pánve
5.4.3 Lana, kabely, pláště
5.4.4 Výroba elektřiny
5.4.5 Výstavba budov
5.4.6 Brzdy
5.4.7 Teplotní kompenzátory a hadice
5.4.8 Fyzika částic
5.4.9 Chytré telefony
6 Kompozitní materiály
Výroba
Kevlar se syntetizuje v roztoku z monomerů fenylen-1,4-diaminu (p-fenylendiaminu) a tereftaloylchloridu pomocí kondenzační reakce. Kyselina chlorovodíková je v tomto případě vedlejším produktem. Výsledkem je látka s charakteristikami tekutých krystalů, jejichž polymerní řetězce jsou orientovány jedním směrem, což umožňuje vytvoření pevného vlákna. Hexamethylfosforamid (HMPA) byl původně používán jako polymerační rozpouštědlo, ale z bezpečnostních důvodů jej DuPont nahradil roztokem N-methylpyrrolidonu a chloridu vápenatého. Vzhledem k tomu, že tento proces již byl patentován společností Akzo (viz výše) pro výrobu Twaronu, vyvolal tento krok DuPont patentový spor.
Reakcí fenylen-1,4-diaminu (p-fenylendiaminu) a tereftaloylchloridu vzniká kevlar
Výroba kevlaru (polyparafenylentereftalamid) je poměrně nákladný proces kvůli obtížím spojeným s použitím koncentrované kyseliny sírové potřebné k udržení ve vodě nerozpustného polymeru v roztoku během jeho syntézy a tvorby vláken.
Existuje několik druhů kevlaru:
Kevlar K-29 - používá se v průmyslových aplikacích, jako jsou kabely, azbestové náhražky, brzdové destičky, pancéřování karoserie/vozidla;
Kevlar K49 je vysokomodulový materiál používaný v kabelech a lanech;
Kevlar K100 - barevná verze kevlaru;
Kevlar K119 - má vysokou tažnost, pružnost a relativně vysokou únavovou pevnost;
Kevlar K129 - vyznačuje se vyšší pevností ve srovnání se standardním kevlarem; široce používané pro balistické aplikace;
Kevlar AP - o 15 % vyšší pevnost v tahu než K-29;
Kevlar XP je kombinací lehké pryskyřice a vláken KM2;
Kevlar KM 2 - vylepšené balistické vlastnosti, používané při vytváření brnění.
Vystavení ultrafialové složce slunečního záření vede k degradaci a rozpadu kevlaru. Proto se zřídka používá venku bez ochrany před slunečním zářením.
Struktura a vlastnosti
Po vytvoření mají kevlarová vlákna pevnost v tahu asi 3620 MPa a relativní hustotu 1,44. Polymer vděčí za svou vysokou pevnost mnoha vazbám mezi monomery. Tyto vazby mají větší vliv na vlastnosti Kevlaru než van der Waalsovy síly a délka řetězce, které typicky ovlivňují vlastnosti jiných syntetických polymerů a vláken, jako je Dyneema. Přítomnost solí a některých dalších nečistot, zejména vápníku, může ovlivnit vlastnosti finálního produktu a při výrobě se snaží zamezit zahrnutí nečistot do složení kevlaru.
Tepelné vlastnosti
Kevlar si zachovává pevnost a pružnost až do kryogenních teplot (-196°C). Ve skutečnosti při nízkých teplotách trochu zesílí. Při vyšších teplotách se pevnost v tahu okamžitě sníží asi o 10-20% a po několika hodinách nepřetržitého působení tepla se pevnost v tahu sníží ještě více. Například při 160 °C (320 °F) dochází k 10% snížení pevnosti po přibližně 500 hodinách tepelného vystavení. Při 260 °C (500 °F) dochází po 70 hodinách působení zdroje tepla k 50% snížení pevnosti.
Aplikace
Ochrana
Kryogenika (fyzika nízkých teplot)
Kevlar se často používá v oblasti fyziky nízkých teplot. To je způsobeno jeho nízkou tepelnou vodivostí a vysokou pevností ve srovnání s jinými materiály, které se používají k vytváření suspenzí. Nejběžnějším použitím Kevlaru je oddělení zásobníku paramagnetických solí od jádra supravodivého magnetu, aby se minimalizoval únik tepla do paramagnetického materiálu. Používá se také při vytváření [konstrukčních] výztuh nebo konstrukční podpory pro aplikace, kde je vyžadován nízký únik tepla.
Brnění
Kevlar je poměrně známá a oblíbená součást osobních brnění, jako jsou bojové helmy, balistické obličejové masky a balistické vesty. Kevlar je klíčovou součástí helmy a neprůstřelné vesty PASGT a jejich ekvivalentů, které ozbrojené síly Spojených států používají od roku 1980. Mezi další vojenské aplikace patří neprůstřelné masky používané strážemi a kukly používané k ochraně posádek obrněných vozidel. Dokonce i letadlové lodě třídy Nimitz používají kevlarové pancíře podél životně důležitých prostor. Uvažujeme-li o civilním použití materiálu, je třeba poznamenat, že se používá v zařízeních pro ochranu pracovníků havarijních služeb, pokud rozsah jejich činnosti zahrnuje kontakt s předměty, které mají vysokou teplotu (například hašení požáru). Do této oblasti patří i neprůstřelné vesty z kevlaru, které používají policisté, soukromé bezpečnostní složky soukromých organizací a speciální jednotky.
Individuální ochranné prostředky
Kevlar se používá k výrobě rukavic, rukávů, bund, kalhot a dalších oděvů, které jsou určeny k ochraně uživatelů před řezy, oděrkami a horkem. Ochranné pomůcky vyrobené z Kevlaru jsou často výrazně lehčí a tenčí než ekvivalenty vyrobené z tradičnějších materiálů.
Sportovní vybavení
Používá se jako vnitřní obložení některých pneumatik jízdních kol, aby se zabránilo propíchnutí. Ve stolním tenise se do raket přidávají vrstvy kevlaru, aby se zvýšil odraz a dosáhlo se úspory hmotnosti. Používá se při výrobě bezpečnostních oděvů pro motorkáře, zejména v ochraně ramen a loktů. V Kyudo, japonském umění lukostřelby, lze kevlarová vlákna použít k vytvoření tětivy. V tomto případě materiál působí jako alternativa dražších konopných vláken. Tento materiál se nejčastěji používá k vytvoření nosných kabelů pro paraglidisty. V šermu se používá k vytvoření ochranných bund, kalhot, náprsníků a prvků masky. Tenisové rakety často obsahují také kevlarové prvky. Dokonce se používá v plachtách pro vysoce výkonné závodní lodě. Kevlar se stále více používá v "peto" - měkkém potahu, který chrání pikadorské koně v aréně.
Obuv
Poprvé v obuvnickém průmyslu Nike využila pokrok v technologii vytváření produktů na bázi Kevlaru. Její specialisté používali Kevlar v sérii tenisek Elite Series II (vylepšená verze dřívější verze basketbalových tenisek). To bylo provedeno za účelem snížení elasticity špičky boty. Dříve se k tomuto účelu používal nylon, ale kevlar expandoval asi o 1 % oproti nylonu, který expandoval asi o 30 %. Společnost nyní vyrábí podobné boty pod značkami LeBron, HyperDunk a Zoom Kobe VII. Tyto tenisky však byly představeny v cenovém rozpětí, které je mnohem vyšší než průměrné náklady na basketbalové boty.
Kevlar byl také použit jako nášivky pro regulaci rychlosti na některých mýdlových botách a také sloužil jako krajkový materiál pro prémiové kopačky Adidas F50 adiZero Prime.
Hudba
Zvuková aparatura
Bylo také zjištěno, že kevlar má příznivé akustické vlastnosti. V současné době se tkaniny na jeho bázi používají k vytváření difuzorů pro akustické reproduktory (nízké a střední frekvence). Kevlar se navíc používá jako pevnostní prvek v kabelech z optických vláken, jako jsou ty, které se používají k přenosu zvukových dat.
Struny
Kevlar lze použít jako akustické jádro ve strunách pro smyčcové nástroje. Fyzikální vlastnosti kevlaru dodávají strunám pevnost, pružnost a stabilitu. Dnes je jediným výrobcem tohoto typu výpletu CodaBow.
Bicí
Kevlar se někdy používá jako materiál pro pochodové malé bubny (se strunami podél spodní hlavy). Jeho použití nám umožňuje dosáhnout velmi vysokého napětí, výsledkem je celkem čistý zvuk na výstupu. Kevlar je obvykle potažen vrstvou pryskyřice, která jej utěsní, a navrch je přidána vrstva nylonu, aby byl zajištěn plochý úderný povrch.
Jiné aplikace
Tanec s ohněm
Knoty pro ohnivé taneční rekvizity jsou vyrobeny z kompozitních materiálů, které obsahují kevlar. Kevlar sám o sobě špatně absorbuje hořlavé látky, proto se míchá s jinými materiály jako je sklolaminát nebo bavlna. Vysoká tepelná odolnost umožňuje kevlarové knoty několikrát znovu použít.
Pánve na smažení
Kevlar je někdy používán jako náhrada za teflonový povlak některými výrobci nepřilnavých pánví.
Lana, kabely, pláště
Kevlar se používá v pletených lanech a kabelech, kde jsou kevlarová vlákna seskupena paralelně a na vnější straně pokryta polyetylenovým pláštěm. Kabely se používají v visutých mostech. Kevlar je široce používán jako ochranný vnější plášť pro kabely z optických vláken (materiál chrání kabel před poškozením a zauzlováním).
Kevlarové tkané skořepiny vyrábí následující společnosti:
A.W. Chesterton Company(chesterton.com). Její produkt, Chesterton 1740, je střední oplet vyrobený z kevlarového vlákna a polytetrafluoretylenu (teflon, PTFE). Klíčové vlastnosti Chesterton 1740: teplotní limit - 260 °C (500 °F), chemická odolnost - pH 4-11, tlakový limit 20 bar/g (300 psi). Každý pramen vlákna je individuálně potažen PTFE pro lepší odvod tepla. Chesterton 1740 nabízí různé kombinace součástí středních rukávů pro dosažení požadované odolnosti vůči tlaku, teplotě, chemikáliím a opotřebení.
Společnost Diflon(diflo n.it) nabízí tkané pláště řady KV (-100 - 400 °C; 50 - 100 bar), skládající se z kevlarových vláken a polytetrafluoretylenu. Skořepiny se vyznačují zvýšenou tepelnou odolností. Tato skořepina nešpiní přilehlé povrchy, má nízký koeficient tření a odvádí teplo. Použití: čištění odpadních vod, stavidla, nízkotlaké ventily, hřídele pístových motorů, manipulace s kyselinami, louhy, oleji. Produkt má univerzální použití, kromě práce s kyslíkem, silnými alkáliemi a oxidačními činidly. Výrobek je vhodný pro papírenský průmysl, petrochemický a chemický průmysl a elektrárny.
Produkt DEPACAnstaltZřízení(depac.at) je vynikající alternativou k opletení na bázi azbestu. Kevlarové opletení je zvláště účinné při manipulaci s tvrdými materiály a v papírenském průmyslu, ocelárnách, čistírnách odpadních vod a cukrovarnictví. Speciální 4dílná diagonální vazba s vysokou hustotou od DEPAC kombinuje chemickou odolnost s vysokou pevností, aby bylo zajištěno optimální utěsnění s minimálním kontaktním tlakem.
Výroba elektřiny
Kevlar použili vědci z Georgia Institute of Technology (USA) jako základ pro experiment s vytvořením oblečení, které dokáže vyrábět elektřinu. To bylo provedeno tkaním nanodrátů oxidu zinečnatého do tkaniny. Pokud bude projekt úspěšný, bude nová tkanina generovat asi 80 miliwattů na metr čtvereční.
Budova
Stahovací kevlarová střecha pokrývající více než 5 500 metrů čtverečních byla klíčovou součástí návrhu olympijského stadionu v Montrealu pro letní olympijské hry v roce 1976. Tato stavba byla neuvěřitelně neúspěšná, neboť střecha byla dokončena s desetiletým zpožděním a po dalších deseti letech (koncem května 1998) musela být po řadě problémů vyměněna.
Brzdy
Staplované vlákno bylo použito jako náhrada za azbest v brzdových destičkách. Prach, který je vedlejším produktem brzd na bázi azbestu, je vysoce toxický, lepší variantou jsou aramidová vlákna.
Teplotní kompenzátory a hadice
Kevlar lze použít jako výztužnou vrstvu do pryžových vlnovcových potrubních kompenzátorů a pryžových hadic, které jsou určeny pro použití při vysokých teplotách a musí mít vysokou pevnost. Může být také použit jako vrstva opletu na vnější straně požární hadice, aby byla přidána větší míra ochrany před ostrými předměty.
Částicová fyzika
V experimentu NA48 v CERNu bylo použito tenké kevlarové okénko. Materiál byl použit k oddělení vakuové komory od komory s atmosférickým tlakem. Série experimentů v částicové fyzice NA48 se týkala studia mechanismu rozpadů kaonu. Na vědecké práci se podílelo více než 100 fyziků především ze západní Evropy a Ruska (JINR).
chytré telefony
Řada smartphonů Motorola RAZR se vyznačuje přítomností kevlarového zadního krytu. Vývojáři zařízení zvolili tento materiál před jinými, jako je uhlíková vlákna, kvůli jeho odolnosti vůči mechanickému namáhání a absenci rušení přenosu signálu.
Kompozitní materiály
Aramidová vlákna jsou široce používána pro vyztužení kompozitních materiálů, často se používá stejný kevlar v kombinaci s uhlíkovými a skleněnými vlákny. Matrice pro vysoce výkonné kompozity je typicky epoxidová pryskyřice. Mezi typické aplikace patří výroba monokoků pro závodní vozy F1 (typ konstrukce prostorového rámu, ve kterém je (na rozdíl od rámových nebo rámových konstrukcí) hlavním a obvykle jediným nosným prvkem vnější plášť); listy vrtulníků, vybavení pro tenis, stolní tenis, badminton a squash, výroba kajaků, kriketových pálek, hokejek na pozemní hokej a lakrosových holí.
V současné době se kevlar stal běžnou součástí oblečení a vybavení pro lidi, jejichž životy jsou neustále v ohrožení: vojenští a bezpečnostní činitelé, astronauti a výzkumníci, sportovci a hasiči. Kevlarová vlákna se používají všude tam, kde je vyžadována zvýšená pevnost, od pneumatik automobilů až po trupy jachet, rozsah jejich použití se neustále rozšiřuje a technologie výroby se zdokonaluje. Tento materiál byl přijat před půl stoletím a mnohým bude divné, že jeho autorkou byla žena.
Jak kevlar vznikl?
Je symbolické, že vynálezkyně tohoto unikátního vlákna Stephanie Kwolek v dětství ráda šila oblečení pro panenky. Po škole studovala chemii na Carnegie University, ale snila o medicíně. Aby si vydělala peníze na studium na univerzitě, v roce 1946 začala dívka pracovat ve slavném koncernu DuPont a brzy si uvědomila, že jejím povoláním je koneckonců chemie. V roce 1964 Kwolekova skupina pracovala na zlepšení výroby polyaramidů, polymerních látek s tyčovitou strukturou, které by mohly nahradit ocelový kord v pneumatikách. Opuštěním tavné metody dokázala Stephanie vytvořit neobvykle vypadající řešení, které se při průchodu zvlákňovacími tryskami proměnilo v aramidová vlákna.
Když se výsledné vlákno začalo testovat na pevnost, vědci usoudili, že se zařízení porouchalo – pevnost nového materiálu byla pětkrát větší než pevnost oceli.
Nový materiál, nazvaný Kevlar, vstoupil do komerčního využití v sedmdesátých letech. Začal se používat k výrobě pneumatik, kordových pásek a kompozitních materiálů. Na vysokou pevnost polyaramidových vláken zároveň upozornily vojenské a pořádkové složky, jejichž cílem bylo vyvinout osobní ochranné prostředky. Myšlenka neprůstřelné vesty se objevila během první světové války (jejím autorem byl spisovatel Conan Doyle), ale tradiční kovové pláty byly těžké a bránily pohybu.
Specialisté z amerického Národního institutu spravedlnosti prováděli několik let důkladný výzkum, během kterého dokázali, že odolnost proti střelám u nejběžnější ráže 38 zajišťuje sedm vrstev kevlarové tkaniny. Poslední fáze testování v terénu ukázala, že pevnost takového neprůstřelného vesty klesá, když se namočí a když je vystaven UV paprskům. Bylo také zjištěno, že výrobky z kevlarových tkanin se po několika praních zhoršují ve svých ochranných vlastnostech a že nesnášejí bělení nebo chemické čištění.
Výsledkem vývoje byla kevlarová neprůstřelná vesta potažená voděodolnou tkaninou, poskytující ochranu zesílené vrstvě před vodou a sluncem. Kromě toho se kevlarové přilby, rukavice, vložky do bot atd. začaly používat jako osobní ochranné prostředky.
Vlastnosti aramidových vláken
Kromě vysoké pevnosti má Kevlar mnoho dalších jedinečných vlastností, a to:
- při kontaktu s ohněm a vysokými teplotami toto vlákno nehoří, nekouří a netaje se;
- Kevlar je netoxický a nevýbušný;
- jeho teplota tepelného rozkladu je 430-450 stupňů;
- síla armidových vláken začíná postupně klesat při zahřátí na více než 150 stupňů;
- při zmrazení se Kevlar stává silnějším, je schopen odolat kryogenním teplotám (až -200 stupňů);
- tento materiál je elektrický izolant.
Kevlarová tkanina je navíc měkká, hygroskopická a vzduchově vyměnitelná a její použití je docela pohodlné. Je pravda, že to neplatí pro oděvy určené pro práci v podmínkách otevřeného ohně a vysokých teplot. Pro zvýšení tepelné odolnosti je Kevlar potažen hliníkem. Materiál vyrobený z takového vlákna spolehlivě chrání před silným tepelným zářením, kontaktem s povrchy zahřátými na 500 stupňů a také před postříkáním horkým kovem.
Je třeba také dodat, že tento materiál je poměrně lehký - jeden metr látky váží 30-60 g, a přestože není levný (od 30 dolarů za metr čtvereční), jeho vynikající ochranné vlastnosti takové náklady plně ospravedlňují. Ochranné materiály vyztužené kevlarovými nitěmi jsou o něco levnější, díky čemuž jsou odolné proti roztržení a oděru. Takové tkaniny se používají pro ochranné vložky do pracovních a sportovních oděvů, rukavic a také jako vložky odolné proti opotřebení. Péče o výrobky z nich je extrémně jednoduchá. Neměli by:
- často myjte;
- čistit chemickými činidly;
- vystavit slunečnímu záření.
Kde se kevlar používá?
Toto vysokopevnostní vlákno nachází širokou škálu uplatnění – od leteckého a kosmického průmyslu až po sportovní a cestovní oblečení. Kevlar přichází na trh ve formě nití, kordů, tkanin a také jako součást kompozitních a směsových materiálů. Hlavní způsoby jeho aplikace jsou:
KEVLAR™- obchodní název aramidu - polyparafenylentereftalamid, syntetické vlákno s vysokou pevností (pětkrát pevnější než ocel, pevnost v tahu σ0 = 3620 MPa). Vyvinutý americkou společností DuPont v roce 1965, jeho komerční využití začalo na počátku 70. let. Lehký, odolný a bezpečný kevlarový materiál může výrazně zlepšit výkonnostní charakteristiky pracovních oděvů a ochranných pomůcek. Kevlar se dnes používá při výrobě produktů, které vyžadují vysokou odolnost materiálů proti opotřebení: horolezecká lana, expresky, helmy, svršky bot, batohy, lyže, rukavice, ale i pro výrobu pracovních oděvů. Kevlarové vlákno je lehké a vysoce odolné vůči různým typům nárazů. Má vlastnosti jako je nehořlavost a tepelná odolnost. Podle vývojářů jsou kevlarová vlákna při stejné hmotnosti pětkrát pevnější než ocel.
Oblast použití Kevlaru
Zpočátku byl materiál vyvinut pro vyztužení pneumatik automobilů a v této funkci se používá dodnes. Kevlar se navíc používá jako výztužné vlákno v kompozitních materiálech, které jsou pevné a lehké.
Kevlar se používá k vyztužení měděných a optických kabelů (závit po celé délce kabelu, zabraňuje natažení a zlomení kabelu), v kuželech reproduktorů a v protetickém a ortopedickém průmyslu ke zvýšení odolnosti částí uhlíkových vláken proti opotřebení. chodidla.
Kevlarové vlákno se také používá jako výztužná složka ve směsových tkaninách, díky čemuž jsou výrobky z nich odolné vůči abrazivním a řezným vlivům, z takových tkanin se vyrábějí zejména ochranné rukavice a ochranné vložky do sportovních oděvů (pro motorsport, snowboarding atd.). ).
V pracovních oděvech se látka s kevlarovým vláknem používá především pro zpevnění vycpávek v oblasti kolen (nákoleníky) a loktů. Protože Kevlarová tkanina má vysokou odolnost proti oděru, proto se používá v oděvech na místech, kde je největší namáhání oděru, proříznutí a propíchnutí.
Použití v neprůstřelné vestě
Kevlarová struktura. Vysoký stupeň řádu polymeru a jeho pevnost zajišťují mezimolekulární vodíkové vazby.
Mechanické vlastnosti materiálu jej předurčují k výrobě neprůstřelných vest. Toto je jedno z nejznámějších použití kevlaru.
V 70. letech 20. století bylo jedním z nejvýznamnějších pokroků ve vývoji neprůstřelných vesty použití vyztužení kevlarovými vlákny. Vývoj kevlarové neprůstřelné vesty Národním institutem spravedlnosti probíhal několik let ve čtyřech etapách. V první fázi bylo vlákno testováno, aby se zjistilo, zda dokáže zastavit kulku. Druhým krokem bylo stanovení počtu vrstev materiálu potřebného k zabránění průniku střel různých ráží pohybujících se různou rychlostí a vývoj prototypu vesty, která by dokázala ochránit zaměstnance před nejběžnějšími hrozbami: .38 Special a .22 Long Rifle kulky. Do roku 1973 byla vyvinuta sedmivrstvá vesta z kevlarových vláken pro testování v terénu. Bylo zjištěno, že za mokra se ochranné vlastnosti kevlaru zhoršovaly. Schopnost ochrany proti střelám se také snížila po vystavení ultrafialovému světlu, včetně slunečního záření. Chemické čištění a bělidla také negativně ovlivnily ochranné vlastnosti tkaniny, stejně jako opakované praní. K překonání těchto problémů byla vyvinuta nepromokavá vesta, která má látkový potah, aby se zabránilo vystavení slunečnímu záření a dalším škodlivým faktorům.
Stavba lodí
V posledním desetiletí se kevlar rozšířil ve stavbě lodí. Vzhledem k technologickým potížím a ceně kevlaru se používá selektivně. Například jen v kýlové části nebo ve švech. Mnoho výrobců (jako jsou loděnice BAIA Yachts, Blue water, Danish yacht, Zeelander Yachts), kteří ročně nevyrobí příliš velké množství jachet, systematicky přechází na používání kevlaru. Lídrem ve výrobě kevlarových jachet je italská loděnice Cranchi, která vyrábí kevlarové jachty o velikosti od 11 do 21 metrů.
Letecký průmysl
Kevlar se používá při konstrukci řady bezpilotních vzdušných prostředků (jako je RQ-11) pro zlepšení ochrany.
Teplotní vlastnosti
Kevlar si zachovává pevnost a pružnost při nízkých teplotách až do kryogenních teplot (−196 °C), navíc při nízkých teplotách dokonce mírně zesílí.
Při zahřátí se Kevlar neroztaví, ale rozkládá se při poměrně vysokých teplotách (430-480 °C). Teplota rozkladu závisí na rychlosti ohřevu a době působení teploty. Při zvýšených teplotách (nad 150 °C) pevnost kevlaru časem klesá. Například při teplotě 160 °C se pevnost v tahu po 500 hodinách sníží o 10-20 %. Při 250 °C ztrácí Kevlar 50 % své pevnosti za 70 hodin.