Kevlar kangas. Kevlar kangas: terasest tugevam materjal Milleks Kevlarit kasutatakse?
Kevlarkiul on iseloomulik kuldkollane värvus. Elementaarkiu läbimõõt on 10 mikronit.
Kevlar K-29 (1975) – kasutatakse tööstuses kaablite, piduriklotside, isikliku soomuki ja lahingumasinate soomuki tootmiseks. Kevlar K49 on kõrge mooduliga kiudude kaubamärk, mida kasutatakse kaablitööstuses, fiiberoptiliste punutiste valmistamiseks, trosside tootmiseks ja plasttugevduseks. Kevlar K100 on tehases värvitud lõng. Kevlar K119 - kõrge venivus, paindlik ja on suurendanud väsimustugevust. Kevlar K129 on kõrge tugevusega soomuskiud. Kevlar AP on 15 protsenti tugevam kui K-29. Kevlar XP on kompositsioon, mis põhineb kõrge viskoossusega vaigul ja uuel KM2plus kiul. Kevlar KM2(1992) - kiudude kaubamärk kanga tootmiseks, mis vastab soomusvestide ja soomusvestide nõuetele.
Rakendus [ | ]
Materjal töötati algselt välja autorehvide tugevdamiseks, mille jaoks seda kasutatakse tänaseni. Lisaks kasutatakse kevlarit tugevduskiuduna komposiitmaterjalides, mis on tugevad ja kerged.
Kevlarit kasutatakse vask- ja fiiberoptiliste kaablite tugevdamiseks (nii kogu kaabli pikkuses, mis takistab kaabli venitamist ja purunemist), kõlarikoonustes ning proteeside ja ortopeediatööstuses süsiniku osade kulumiskindluse suurendamiseks. kiudjalad.
Kevlarkiudu kasutatakse tugevdava komponendina ka segakangastes, mis annab neist valmistatud toodetele vastupidavuse abrasiivsetele ja lõikemõjudele; sellistest kangastest valmistatakse eelkõige kaitsekindaid ja kaitsekatteid spordirõivastes (mootorspordiks, lumelauasõiduks jne). ). Seda kasutatakse ka jalatsitööstuses torkevastaste sisetaldade valmistamiseks.
Isiklik soomuskaitse[ | ]
Killud Kevlar kangast polümeerist kiivrist, mida kasutati võitluses käsigranaadi plahvatuse energia neelamiseks, Kirde-Iraak, 2004. Esmakonna töötajad päästeti, kapral Dunham, kes kattis granaadi oma kiivriga, sai surma.
Materjali mehaanilised omadused muudavad selle sobivaks isikliku soomuskaitse (PIB) - soomusvestide ja soomusvestide valmistamiseks. 1970. aastate teisel poolel tehtud uuringud näitasid, et Kevlar-29 kiud ja selle hilisemad modifikatsioonid, kui seda kasutatakse mitmekihilise kanga ja plastist (riidest-polümeerist) barjääridest, pakuvad parima kombinatsiooni energia neeldumiskiirusest ja interaktsiooni kestusest. ründaja, pakkudes seeläbi takistuse massi arvestades suhteliselt kõrgeid kuuli- ja killunemiskindluse näitajaid. See on Kevlari üks kuulsamaid kasutusviise.
Kevlaril on suhteliselt väike kaal, kuid märkimisväärne sisehõõrdejõud, mis võimaldab kokkupõrke ajal kineetilist energiat kiiresti hajutada, muutes selle soojuseks. Samas ei suuda see oma kõhnuse tõttu peatada teravaid ja raskeid esemeid, millel on suur impulss, näiteks vintpüssi kuul või tääk. Sel põhjusel kombineeritakse see tänapäevastes armee soomusvestides täiendavate terasest, titaanist või keraamikast valmistatud kaitseplaatidega, mis on küll lühiealised, kuid võivad päästa lahingus sõduri elu, samuti lööke neelavate elementidega, mis vähendavad kaitset. mürskude soomusefekt.
1970. aastatel oli soomusvestide arendamise üks olulisemaid edusamme Kevlari kiudtugevduse kasutamine. Kevlari soomusvestide väljatöötamine USA riikliku justiitsinstituuti poolt toimus mitme aasta jooksul neljas etapis. Esimeses etapis testiti kiudu, et teha kindlaks, kas see suudab kuuli peatada. Teises etapis määrati kindlaks materjalikihtide arv, mis on vajalik, et vältida erineva kaliibriga kuulide läbitungimist ja erineva kiirusega lendamist, ning töötati välja prototüüpvest, mis suudab kaitsta töötajaid levinumate ohtude eest: .38 Special ja .22 Long. Püssi kaliibriga kuulid. 1973. aastaks töötati välikatsete jaoks välja seitsmekihiline Kevlari kiust vest. Leiti, et märjana kevlari kaitseomadused halvenesid. Ka kuulide eest kaitsmise võime vähenes pärast kokkupuudet ultraviolettkiirgusega, sealhulgas päikesevalgusega. Keemiline puhastus ja pleegitusained mõjutasid negatiivselt ka kanga kaitsvaid omadusi, nagu ka korduv pesemine. Nendest probleemidest ülesaamiseks on välja töötatud veekindel vest, millel on kangast kate, mis takistab päikesevalguse ja muude kahjulike tegurite kokkupuudet.
Laevaehitus [ | ]
Alates 1990. aastate algusest on kevlar laevaehituses laialt levinud. Kevlari tehnoloogiliste raskuste ja hinna tõttu kasutatakse seda valikuliselt. Näiteks ainult kiiluosas või õmblustes. Paljud tootjad (näiteks laevatehased BAIA Yachts, Blue water, Dolphin, Danish yacht, Zeelander Yachts), kes ei tooda aastas kuigi palju jahte, lähevad süstemaatiliselt üle Kevlari kasutamisele. Üks Kevlari jahtide tootmise liidreid on [ kelle poolt?] Itaalia laevatehas Cranchi, mis toodab 11–21 meetri suurusi Kevlari jahte.
Kaasaegseid kõrgtehnoloogilisi materjale kasutatakse üha enam erinevates tööstusharudes. Üks neist on Kevlar kangas. Seda elementi eristab teistest vahenditest suurepärane vastupidavus nii hõõrdumisele kui ka löögile. Seega kombineeritakse komposiitmaterjalides seda kõige sagedamini mitmesuguste materjalidega, tekstiilitööstuses on omakorda kevlari kangas leidnud laialdast rakendust. Sellist kõrgtehnoloogilist materjali nagu Kevlar kasutatakse jopede, teksade, kinnaste õmblemiseks, kaablite tootmiseks ja paljuks muuks.
Kevlari kanga omadused
Kevlavri kangast kasutatakse aktiivselt mitmesuguste komposiitmaterjalide tugevdusainena. Kevlarkangas on kõrge tugevusega ja väga väikese kaaluga. Selline toode mitte ainult ei kaota oma omadusi madalate temperatuuride mõjul (temperatuuri piir on -190 kraadi), vaid omandab ka täiendava tugevuse.
Kõrge temperatuuriga kokkupuude ei kahjusta ka Kevlari kangast, kuna selle hävimistemperatuur on vahemikus +430 kuni +480 kraadi. Lisaks sõltub hävitamise temperatuur täielikult kuumutamise ajast ja intensiivsusest. Valmistoodete maksumuse vähendamiseks on loodud kombineeritud kangaste tootmine, millele on lisatud klaaskiud või kivisöe kiud. Kevlar kangas ei kujuta absoluutselt mingit ohtu inimeste tervisele.
Kevlari kanga kõrge kuumakindlus ja tugevus võimaldab seda kasutada tuletõrjujate vormiriietuse valmistamiseks. Tänu sellele, et Kevlar on terasest 5 korda tugevam (sama kaalu juures), on saanud võimalikuks selle kasutamine soomusvestide valmistamiseks. Just spetsiaalsed kaitseseadmed, nende üsna edukas tootmine aitasid suuresti kaasa Kevlari kanga populaarsusele. Nüüd kasutatakse sellist materjali erinevates tööstusharudes, sealhulgas kosmosetööstuses.
Kevlari kanga kasutamine
Ka igapäevaelus on Kevlar leidnud väga laialdast rakendust. Kõige sagedamini kasutatakse seda just seal, kus on vaja kõrget vastupidavust madalatele ja kõrgetele temperatuuridele ning vastavalt ka selle suurimat tugevust. Tavaliselt kasutatakse kevlari kangast erinevate sportlaste varustuse (kiivrid, köied, kindad jne) tootmiseks. Lisaks, nagu varem mainitud, kasutatakse Kevlari kangast aktiivselt komposiitmaterjalide tootmisel.
Temperatuuri- ja tugevusnäitajate poolest jääb kevlar aga veidi alla süsinikkiule, kuid talub samas palju paremini paindekoormust. Püüdes ühendada nende kahe materjali omadused, loodi kombineeritud kevlarkangad, milles mõlemat materjali oli ligikaudu võrdne. Sellised kangad taluvad väga hästi elastset deformatsiooni. Kuid süsinik-Kevlar kangas kaotab tugevuse, on veidi rohkem kaalu ja ei talu eriti hästi kokkupuudet veega.
Epoksüvaikude kombinatsioon Kevlari kangaga pole aga ideaalne. Sellised vaigud kipuvad niiskust “korjama” ja koguma seda endasse. Veega kokkupuutel kaotab Kevlar oluliselt oma omadused, mis on kuivas olekus nii kõrged. Lisaks on ultraviolettvalgus katalüsaator, mis vähendab Kevlari komponendi eluiga.
Seetõttu on kevlarit soovitatav kasutada ainult teatud tingimustel (kasutades absoluutselt kõiki materjali positiivseid omadusi), mis tegelikult ei vähenda selle nõudlust praegu. Kevlar kangast kasutatakse ehitus-eritööriiete õmblemiseks (montaažikindad, keevituskombinesoonid jne).
Kevlar on sünteetiliste para-aramiidkiudude registreeritud kaubamärk ja kuulub laia aramiidkiudude rühma, nagu Nomex ja Technora. See ülitugev materjal, mille DuPont töötas välja 1965. aastal, võeti esmakordselt turule 1970. aastate alguses võidusõidurehvide terase asendajana. Tavaliselt levitatakse kevlarit kaablite või kangana, mida saab kasutada üksi või komposiitkomposiitmaterjalide elemendina.
Praegu on Kevlaril palju rakendusi, alates jalgrattarehvidest ja jahtide ja muude laevade purjedest kuni soomusvestideni (kõrge tõmbetugevuse ja kaalu suhte tõttu; selles näitajas on Kevlar terasest 5 korda parem). Seda kasutab ka proteesi- ja ortopeeditööstus süsinikkiust jalaosade kulumiskindluse suurendamiseks. Kevlarit kasutatakse kõlarite koonuste valmistamiseks.
Sarnase kiu nimega Twaron, millel on ligikaudu sama keemiline struktuur, töötasid Akzo spetsialistid välja eelmise sajandi 70ndatel ja selle kaubanduslik tootmine algas 1986. aastal. Praegu toodab Twaroni kiudu Teijin.
Polüparafenüleentereftalamiidi, mida müüakse kaubamärgi Kevlar all, leiutas Poola-Ameerika keemik Stephanie Kwolek, kui ta töötas DuPontis. Uue aine väljatöötamise alguse põhjuseks oli tolleaegne bensiinipuudus. 1964. aastal hakkas Kwoleki grupp otsima uut kerget ja tugevat kiudu, mida saaks kasutada kergetes, kuid vastupidavates rehvides. Sel ajal töötas ta mitmete polümeeridega – polübensamiidi ja polü/p-fenüleentereftalaadiga. Nende komponentide põhjal õnnestus teadlasel saada kiud, mis erinevalt nailonist ei olnud rabe. 1971. aastaks saadi kevlari kaasaegne näide. Kuid Kwolek ei osalenud aktiivselt Kevlari toodete ja selle rakenduste arendamisel.
1. Ajalugu
2 Tootmine
3 Struktuur ja omadused
4 Termilised omadused
5 Rakendused
5.1 Kaitse
5.1.1 Krüogeensus
5.1.2 Armor
5.1.3 Isikukaitsevahendid
5.2 Spordivarustus
5.2.1 Kingad
5.3 Muusika
5.3.1 Heliseadmed
5.3.2 Stringid
5.3.3 Trummid
5.4 Muud rakendused
5.4.1 Tulega tantsimine
5.4.2 Pannid
5.4.3 Trossid, trossid, ümbrised
5.4.4 Elektri tootmine
5.4.5 Hoonete ehitamine
5.4.6 Pidurid
5.4.7 Temperatuuri kompensaatorid ja voolikud
5.4.8 Osakeste füüsika
5.4.9 Nutitelefonid
6 Komposiitmaterjalid
Tootmine
Kevlar sünteesitakse lahuses monomeeridest fenüleen-1,4-diamiinist (p-fenüleendiamiin) ja tereftaloüülkloriidist, kasutades kondensatsioonireaktsiooni. Sel juhul on vesinikkloriidhape kõrvalsaadus. Tulemuseks on vedelkristallide omadustega aine, mille polümeeri ahelad on orienteeritud ühes suunas, mis võimaldab moodustada tugevat kiudu. Heksametüülfosforamiidi (HMPA) kasutati algselt polümerisatsioonilahustina, kuid ohutuse huvides asendas DuPont selle N-metüülpürrolidooni ja kaltsiumkloriidi lahusega. Kuna Akzo (vt eespool) oli selle protsessi Twaroni tootmiseks juba patenteerinud, käivitas DuPonti samm patendivaidlusi.
Fenüleen-1,4-diamiini (p-fenüleendiamiin) ja tereftaloüülkloriidi reaktsioon, mille tulemuseks on kevlar
Kevlari (polüparafenüleentereftalamiidi) tootmine on suhteliselt kulukas protsess, kuna on raske kasutada kontsentreeritud väävelhapet, mis on vajalik vees lahustumatu polümeeri sünteesi ja kiudude moodustumise ajal lahuses hoidmiseks.
Saadaval on mitu kevlari klassi:
Kevlar K-29 – kasutatakse tööstuslikes rakendustes, nagu kaablid, asbestiasendajad, piduriklotsid, kere/sõiduki soomused;
Kevlar K49 on kõrge mooduliga materjal, mida kasutatakse kaablites ja trossides;
Kevlar K100 - Kevlari värviline versioon;
Kevlar K119 - sellel on kõrge venivus, paindlikkus ja suhteliselt kõrge väsimustugevus;
Kevlar K129 - mida iseloomustab suurem tugevus võrreldes tavalise Kevlariga; kasutatakse laialdaselt ballistiliste rakenduste jaoks;
Kevlar AP - 15% suurem tõmbetugevus kui K-29;
Kevlar XP on kerge vaigu ja KM2 kiudude kombinatsioon;
Kevlar KM 2 - täiustatud ballistilised omadused, mida kasutatakse soomuse loomisel.
Kokkupuude päikesevalguse ultraviolettkomponendiga põhjustab Kevlari lagunemist ja lagunemist. Seetõttu kasutatakse seda harva välistingimustes ilma päikesevalguse eest kaitsmata.
Struktuur ja omadused
Pärast moodustumist on Kevlari kiudude tõmbetugevus umbes 3620 MPa ja suhteline tihedus 1,44. Polümeer võlgneb oma suure tugevuse paljudele monomeeridevahelistele sidemetele. Need sidemed mõjutavad Kevlari omadusi rohkem kui van der Waalsi jõud ja ahela pikkus, mis tavaliselt mõjutavad teiste sünteetiliste polümeeride ja kiudude, nagu Dyneema, omadusi. Soolade ja mõnede muude lisandite, eriti kaltsiumi, olemasolu võib mõjutada lõpptoote omadusi ning tootmise ajal püütakse vältida lisandite lisamist Kevlari koostisesse.
Termilised omadused
Kevlar säilitab tugevuse ja elastsuse kuni krüogeense temperatuurini (-196°C). Tegelikult muutub see madalatel temperatuuridel veidi tugevamaks. Kõrgematel temperatuuridel väheneb tõmbetugevus koheselt umbes 10-20% ja pärast mitmetunnist pidevat kuumusega kokkupuudet väheneb tõmbetugevus veelgi. Näiteks temperatuuril 160 °C (320 °F) väheneb tugevus 10% pärast ligikaudu 500-tunnist termilist kokkupuudet. Temperatuuril 260 °C (500 °F) väheneb tugevus 50% pärast 70-tunnist kokkupuudet soojusallikaga.
Rakendused
Kaitse
Krüogeenika (madala temperatuuri füüsika)
Kevlarit kasutatakse sageli madala temperatuuriga füüsika valdkonnas. Selle põhjuseks on selle madal soojusjuhtivus ja kõrge tugevus võrreldes teiste materjalidega, mida kasutatakse suspensioonide loomiseks. Kevlari kõige levinum kasutusala on paramagnetiliste soolade reservuaari eraldamine ülijuhtiva magneti südamikust, et minimeerida soojuse lekkimist paramagnetilisse materjali. Seda kasutatakse ka [struktuursete] jäigastajate või struktuuritugede loomisel rakendustes, kus on vaja vähest soojusleket.
Armor
Kevlar on üsna tuntud ja populaarne isiklike raudrüüde komponent, nagu lahingukiivrid, ballistilised näomaskid ja ballistilised vestid. Kevlar on PASGT kiivri ja soomusvestide ning nende ekvivalentide põhikomponent, mida Ameerika Ühendriikide relvajõud on kasutanud alates 1980. aastast. Muude sõjaliste rakenduste hulka kuuluvad valvurite kasutatavad kuulikindlad maskid ja soomussõidukite meeskondade kaitseks kasutatavad balaklavad. Isegi Nimitz-klassi lennukikandjad kasutavad elutähtsates ruumides Kevlari soomust. Kui arvestada materjali tsiviilotstarbelist kasutamist, tuleb märkida, et seda kasutatakse hädaabitöötajate kaitsmiseks mõeldud seadmetes, kui nende tegevus hõlmab kokkupuudet kõrge temperatuuriga objektidega (näiteks tuletõrje). Sellesse piirkonda kuuluvad ka Kevlarist valmistatud soomusvestid, mida kasutavad politseinikud, eraorganisatsioonide erajulgeolekujõud ja eriüksused.
Individuaalsed kaitsevahendid
Kevlarit kasutatakse kinnaste, varrukate, jakkide, pükste ja muude rõivaesemete valmistamiseks, mis on mõeldud kasutajate kaitsmiseks sisselõigete, hõõrdumise ja kuumuse eest. Kevlarist valmistatud kaitsevarustus on sageli oluliselt kergem ja õhem kui traditsioonilisematest materjalidest valmistatud ekvivalendid.
Spordivarustus
Seda kasutatakse mõnede jalgrattarehvide sisevoodrina, et vältida torkeid. Lauatennises lisatakse reketile kevlari kihid, et suurendada põrgatust ja saavutada kaalu kokkuhoid. Seda kasutatakse mootorratturite turvarõivaste tootmisel, eriti õla- ja küünarnukikaitsetes. Jaapani vibulaskmiskunstis Kyudos saab vibunööri loomiseks kasutada kevlari kiude. Sel juhul toimib materjal alternatiivina kallimatele kanepikiududele. Seda materjali kasutatakse kõige sagedamini paraplaanide tugikaablite loomiseks. Vehklemisel kasutatakse seda kaitsejoped, püksid, rinnakilbid ja maskielemendid. Tennisereketid sisaldavad sageli ka kevlari elemente. Seda kasutatakse isegi suure jõudlusega võidusõidupaatide purjedes. Kevlarit kasutatakse üha enam "petos" - pehmes kattes, mis kaitseb picadori hobuseid areenil.
Kingad
Esmakordselt kasutas Nike jalatsitööstuses Kevlaril põhinevate toodete loomise tehnoloogia edusamme. Selle spetsialistid kasutasid Kevlarit Elite Series II tossude seerias (korvpallitossude varasema versiooni täiustatud versioon). Seda tehti jalatsi varba elastsuse vähendamiseks. Varem kasutati selleks nailonit, kuid Kevlar paisus umbes 1% võrreldes nailoniga, mis paisus umbes 30%. Ettevõte toodab nüüd sarnaseid jalatseid kaubamärkide LeBron, HyperDunk ja Zoom Kobe VII all. Need tossud toodi aga turule hinnaklassis, mis on palju kõrgem kui korvpallijalatsite keskmine maksumus.
Kevlarit on kasutatud ka kiiruse reguleerimise plaastritena mõnel seebikingadel ning see on olnud ka Adidas F50 adiZero Prime esmaklassiliste jalgpallisaabaste pitsimaterjaliks.
Muusika
Helitehnika
Samuti on leitud, et kevlaril on kasulikud akustilised omadused. Praegu kasutatakse sellel põhinevaid kangaid akustiliste kõlarite (madalad ja keskmised sagedused) difuusorite loomiseks. Lisaks kasutatakse kevlarit tugevuselemendina fiiberoptilistes kaablites, näiteks heliandmete edastamiseks kasutatavates kaablites.
Stringid
Kevlarit saab kasutada keelpillide akustilise südamikuna. Kevlari füüsikalised omadused annavad keeltele tugevuse, painduvuse ja stabiilsuse. Tänapäeval on seda tüüpi stringide ainus tootja CodaBow.
Trummid
Kevlarit kasutatakse mõnikord mõrratrummide marsimise materjalina (nööridega piki alumist pead). Selle kasutamine võimaldab meil saavutada väga kõrge pinge, mille tulemuseks on väljundis üsna selge heli. Tavaliselt kaetakse Kevlar selle tihendamiseks vaigukihiga ja peale lisatakse nailonikiht, et tagada tasane lööv pind.
Muud rakendused
Tants tulega
Tahid tuletantsu rekvisiitide jaoks on valmistatud komposiitmaterjalidest, mis sisaldavad kevlarit. Kevlar üksinda ei ima hästi kergestisüttivaid aineid, seetõttu segatakse seda teiste materjalidega nagu klaaskiud või puuvill. Kõrge kuumakindlus võimaldab Kevlari tahke päris mitu korda taaskasutada.
Praepannid
Mõned mittekleepuvate pannide tootjad kasutavad mõnikord kevlarit teflonkatte asendajana.
Trossid, trossid, ümbrised
Kevlarit kasutatakse punutud köites ja kaablites, kus Kevlari kiud on rühmitatud paralleelselt ja kaetud väljast polüetüleenkestaga. Rippsildades kasutatakse kaableid. Kevlarit kasutatakse laialdaselt fiiberoptiliste kaablite kaitsva väliskestana (materjal kaitseb kaablit vigastuste ja murdumise eest).
Kevlari kootud kestad toodavad järgmised ettevõtted:
A.W. Chestertoni ettevõte(chesterton.com). Selle toode Chesterton 1740 on kevlarkiust ja polütetrafluoroetüleenist (teflon, PTFE) valmistatud vahepunutis. Chesterton 1740 põhiomadused: temperatuuripiirang - 260 °C (500 °F), vastupidavus kemikaalidele - pH 4-11, rõhupiirang 20 bar/g (300 psi). Iga kiukiht on soojuse paremaks hajutamiseks eraldi kaetud PTFE-ga. Chesterton 1740 pakub mitmesuguseid vahevarruka komponentide kombinatsioone, et saavutada soovitud vastupidavus rõhule, temperatuurile, kemikaalidele ja kulumisele.
Ettevõte Diflon(diflo n.it) pakub KV seeria kootud ümbriseid (-100 - 400 °C; 50 - 100 bar), mis koosnevad Kevlari kiududest ja polütetrafluoroetüleenist. Karpe iseloomustab suurenenud kuumakindlus. See kest ei määri külgnevaid pindu, sellel on madal hõõrdetegur ja see hajutab soojust. Kasutusalad: reoveepuhastus, lüüsisüsteem, madalsurveventiilid, kolbmootorite võllid, hapete, leeliste, õli käitlemine. Toode on universaalne, välja arvatud hapniku, tugevate leeliste ja oksüdeerivate ainetega töötamiseks. Toode sobib paberitööstusele, naftakeemia- ja keemiatööstusele ning elektrijaamadele.
Toode DEPACAnstaltAsutamine(depac.at) on suurepärane alternatiiv asbestipõhisele punumisele. Kevlar punumine on eriti tõhus kõvade materjalide käitlemisel ning paberitööstuses, terasetehastes, reoveepuhastites ja suhkrutööstuses. DEPAC-i spetsiaalne 4-osaline suure tihedusega diagonaalne koe ühendab keemilise vastupidavuse suure tugevusega, et tagada optimaalne tihendus minimaalse kontaktrõhuga.
Elektri tootmine
Georgia Tehnoloogiainstituudi (USA) teadlased kasutasid Kevlarit elektritootmisvõimelise riiete loomise katse aluseks. Seda tehti tsinkoksiidi nanojuhtmete kangasse kudumisega. Projekti õnnestumise korral toodab uus kangas umbes 80 millivatti ruutmeetri kohta.
Hoone
Üle 5500 ruutmeetri suurune ülestõstetav Kevlar-katus oli 1976. aasta suveolümpiamängude Montreali olümpiastaadioni kujunduse oluline osa. See ehitus oli uskumatult ebaõnnestunud, kuna katus valmis kümne aasta hilinemisega ja veel kümne aasta pärast (1998. aasta mai lõpus) tuli see pärast mitmeid probleeme välja vahetada.
Pidurid
Klambrit on kasutatud asbesti asendajana piduriklotsides. Tolm, mis on asbestipõhiste pidurite kõrvalsaadus, on väga mürgine, samas kui aramiidkiud on parem valik.
Temperatuuri kompensaatorid ja voolikud
Kevlarit saab kasutada tugevdava kihina kummist lõõtsatorude paisumisvuukide ja kummivoolikutega, mis on mõeldud kasutamiseks kõrgetel temperatuuridel ja peavad olema suure tugevusega. Seda saab kasutada ka punutise kihina, mida kasutatakse tuletõrjevooliku välisküljel, et suurendada kaitset teravate esemete eest.
Osakeste füüsika
CERNi NA48 katses kasutati õhukest Kevlari akent. Materjali kasutati vaakumkambri eraldamiseks atmosfäärirõhukambrist. Osakeste füüsika eksperimentide seeria NA48 käsitles kaooni lagunemise mehhanismi uurimist. Teaduslikus töös osales üle 100 füüsiku, peamiselt Lääne-Euroopast ja Venemaalt (JINR).
Nutitelefonid
Motorola RAZR nutitelefonide sarja eristab Kevlari tagumine korpus. Seadmearendajad valisid selle materjali teiste, näiteks süsinikkiudude asemel, kuna see on vastupidav mehaanilisele pingele ja ei häiri signaali edastamist.
Komposiitmaterjalid
Aramiidkiude kasutatakse laialdaselt komposiitmaterjalide tugevdamiseks, sageli kasutatakse sama Kevlarit koos süsinikkiu ja klaaskiuga. Suure jõudlusega komposiitide maatriksiks on tavaliselt epoksüvaik. Tüüpilisteks kasutusaladeks on monokokkide tootmine F1 võidusõiduautodele (teatud tüüpi ruumiline raamkonstruktsioon, mille puhul (erinevalt raami või raami konstruktsioonidest) on väliskest peamine ja tavaliselt ainus kandeelement); helikopterite labad, tennise, lauatennise, sulgpalli ja squashi varustus, süstade, kriketikurikate, maahoki- ja lakrossikeppide tootmine.
Praegu on kevlarist saanud tavaline riietuse ja varustuse komponent inimestele, kelle elu on pidevalt ohus: sõjaväe- ja julgeolekuametnikud, astronaudid ja teadlased, sportlased ja tuletõrjujad. Kevlarkiude kasutatakse kõikjal, kus on vaja suuremat tugevust, autorehvidest kuni jahtide kereni, nende kasutusala täieneb pidevalt ning tootmistehnoloogiat täiustatakse. See materjal saadi pool sajandit tagasi ja paljudele tundub kummaline, et selle autor oli naine.
Kuidas Kevlar tekkis?
On sümboolne, et selle ainulaadse kiu leiutaja Stephanie Kwolek armastas lapsepõlves nukkudele riideid õmmelda. Pärast kooli õppis ta Carnegie ülikoolis keemia erialal, kuid unistas meditsiinist. Ülikoolis õppimise eest raha teenimiseks asus tüdruk 1946. aastal tööle kuulsasse DuPont kontserni ja mõistis peagi, et tema kutsumus on ikkagi keemia. 1964. aastal töötas Kwoleki rühm polüaramiidide tootmist, mis on vardalaadse struktuuriga polümeersed ained, mis võiksid asendada rehvide terasnööri. Sulatusmeetodist loobumisega suutis Stephanie luua ebatavalise välimusega lahenduse, mis ketrusretkedest läbides muutus aramiidniitideks.
Kui saadud kiudu hakati tugevust testima, otsustasid teadlased, et seadmed on rikki läinud – uue materjali tugevusnäitajad olid viis korda suuremad kui terasel.
Uus materjal, nimega Kevlar, tuli kaubanduslikku kasutusse seitsmekümnendatel. Seda hakati kasutama rehvide, nöörlintide ja komposiitmaterjalide tootmiseks. Samal ajal juhtisid sõjaväe- ja õiguskaitseorganid tähelepanu polüaramiidkiudude suurele tugevusele, mille eesmärk oli välja töötada isikukaitsevahendid. Idee kuulivestist tekkis Esimese maailmasõja ajal (selle autor oli kirjanik Conan Doyle), kuid traditsioonilised metallplaadid olid rasked ja takistasid liikumist.
Ameerika riikliku justiitsinstituudi spetsialistid viisid mitu aastat läbi põhjalikke uuringuid, mille käigus tõestasid, et kõige tavalisema 38-kaliibrilise kuulilasku vastu annab seitse kihti kevlari kangast. Välikatsete viimane etapp näitas, et sellise soomusvesti tugevus väheneb märjaks saades ja UV-kiirte mõjul. Samuti leiti, et kevlarkangast toodetel halvenevad kaitseomadused pärast mitut pesu ning need ei talu pleegitamist ega keemilist puhastust.
Arenduste tulemuseks oli veekindla kangaga kaetud Kevlar soomusvestid, mis kaitsevad tugevdatud kihti vee ja päikese eest. Lisaks hakati isikukaitsevahenditena kasutama kevlarkiivreid, kindaid, jalatsi sisetaldu jne.
Aramiidkiudude omadused
Lisaks suurele tugevusele on Kevlaril palju muid ainulaadseid omadusi, nimelt:
- tule ja kõrge temperatuuriga kokkupuutel see kiud ei põle, ei suitse ega sula;
- Kevlar on mittetoksiline ega plahvatusohtlik;
- selle termilise lagunemise temperatuur on 430-450 kraadi;
- armid kiudude tugevus hakkab järk-järgult vähenema, kui neid kuumutatakse üle 150 kraadi;
- külmutades muutub kevlar ainult tugevamaks, see on võimeline taluma krüogeenseid temperatuure (kuni -200 kraadi);
- see materjal on elektriisolaator.
Lisaks on Kevlar kangas pehme, hügroskoopne ja õhuga vahetatav ning seda on üsna mugav kasutada. Tõsi, see ei kehti riiete kohta, mis on mõeldud töötama lahtise tule ja kõrge temperatuuri tingimustes. Kuumakindluse suurendamiseks on Kevlar kaetud alumiiniumiga. Sellisest kiust valmistatud materjal kaitseb usaldusväärselt võimsa soojuskiirguse, kokkupuute eest 500 kraadini kuumutatud pindadega, aga ka kuuma metalli pritsmete eest.
Samuti tuleb lisada, et see materjal on üsna kerge - üks meeter kangast kaalub 30-60 g ja kuigi see pole odav (alates 30 dollarist ruutmeetri kohta), õigustavad selle suurepärased kaitseomadused selliseid kulutusi täielikult. Kevlari niitidega tugevdatud kaitsematerjalid on mõnevõrra odavamad, mistõttu on need rebenemis- ja kulumiskindlad. Selliseid kangaid kasutatakse töö- ja spordiriiete kaitsvate sisetükkidena, kinnastes ning ka kulumiskindlate sisetaldadena. Nendest valmistatud toodete eest hoolitsemine on äärmiselt lihtne. Nad ei tohiks:
- pesta sageli;
- puhastada keemiliste reaktiividega;
- päikesevalguse kätte jätma.
Kus Kevlarit kasutatakse?
See ülitugev kiud leiab väga erinevaid rakendusi – alates lennundusest ja kosmosetööstusest kuni spordi- ja reisirõivasteni. Kevlar tuleb turule niitide, nööride, kangana ning ka komposiit- ja segamaterjalide komponendina. Selle kasutamise peamised viisid on järgmised:
KEVLAR™- aramiidi kaubanimi - polüparafenüleentereftaalamiid, suure tugevusega sünteetiline kiud (viis korda tugevam kui teras, tõmbetugevus σ0 = 3620 MPa). Ameerika ettevõtte DuPont poolt 1965. aastal välja töötatud, kommertskasutus algas 1970. aastate alguses. Kerge, vastupidav ja ohutu Kevlar materjal võib oluliselt parandada töörõivaste ja kaitsevahendite tööomadusi. Tänapäeval kasutatakse Kevlarit materjalide kõrget kulumiskindlust nõudvate toodete valmistamisel: ronimisköied, kiirtõmbed, kiivrid, jalatsipealsed, seljakotid, suusad, kindad, aga ka tööriiete valmistamiseks. Kevlarkiud on kerge ja väga vastupidav erinevatele löökidele. Sellel on sellised omadused nagu mittesüttivus ja kuumakindlus. Arendajate sõnul on Kevlari kiud võrdse kaalu jaoks viis korda tugevamad kui teras.
Kevlari kasutusala
Algselt töötati see materjal välja autorehvide tugevdamiseks ja seda kasutatakse tänapäevalgi. Lisaks kasutatakse kevlarit tugevduskiuduna komposiitmaterjalides, mis on tugevad ja kerged.
Kevlarit kasutatakse vask- ja fiiberoptiliste kaablite tugevdamiseks (nii kogu kaabli pikkuses, mis takistab kaabli venitamist ja purunemist), kõlarikoonustes ning proteeside ja ortopeediatööstuses süsiniku osade kulumiskindluse suurendamiseks. kiudjalad.
Kevlarkiudu kasutatakse tugevdava komponendina ka segakangastes, mis annab neist valmistatud toodetele vastupidavuse abrasiivsetele ja lõikemõjudele; sellistest kangastest valmistatakse eelkõige kaitsekindaid ja kaitsekatteid spordirõivastes (mootorspordiks, lumelauasõiduks jne). ).
Tööriietes kasutatakse Kevlari kiuga kangast peamiselt põlvepiirkonna (põlvekaitsmed) ja küünarnuki piirkonna padjandite tugevdamiseks. Sest Kevlari kangas on kõrge kulumiskindlusega, seetõttu kasutatakse seda riietuses kohtades, kus suurim stress on hõõrdumisele, sisselõigetele ja torketele.
Kasutamine soomusvestides
Kevlari struktuur. Polümeeride kõrge järjestuse ja tugevuse tagavad molekulidevahelised vesiniksidemed.
Materjali mehaanilised omadused muudavad selle sobivaks kuulivestide valmistamiseks. See on Kevlari üks kuulsamaid kasutusviise.
1970. aastatel oli soomusvestide arendamise üks olulisemaid edusamme Kevlari kiudtugevduse kasutamine. Kevlari soomusvestide väljatöötamine National Institute of Justice'i poolt toimus mitme aasta jooksul neljas etapis. Esimeses etapis testiti kiudu, et teha kindlaks, kas see suudab kuuli peatada. Teise sammuna määrati kindlaks materjalikihtide arv, mis on vajalik, et vältida erinevatel kiirustel lendavate erineva kaliibriga kuulide läbitungimist ning töötati välja prototüüpvest, mis kaitseks töötajaid kõige levinumate ohtude eest: .38 Special ja .22 Long Rifle kuulid. 1973. aastaks töötati välikatsete jaoks välja seitsmekihiline Kevlari kiust vest. Leiti, et märjana kevlari kaitseomadused halvenesid. Ka kuulide eest kaitsmise võime vähenes pärast kokkupuudet ultraviolettkiirgusega, sealhulgas päikesevalgusega. Keemiline puhastus ja pleegitusained mõjutasid negatiivselt ka kanga kaitsvaid omadusi, nagu ka korduv pesemine. Nendest probleemidest ülesaamiseks on välja töötatud veekindel vest, millel on kangast kate, mis takistab päikesevalguse ja muude kahjulike tegurite kokkupuudet.
Laevaehitus
Viimasel kümnendil on kevlar laevaehituses laialt levinud. Kevlari tehnoloogiliste raskuste ja hinna tõttu kasutatakse seda valikuliselt. Näiteks ainult kiiluosas või õmblustes. Paljud tootjad (näiteks laevatehased BAIA Yachts, Blue water, Danish jaht, Zeelander Yachts), kes ei tooda aastas kuigi palju jahte, lähevad süstemaatiliselt üle Kevlari kasutamisele. Kevlari jahtide tootmise liider on Itaalia laevatehas Cranchi, mis toodab Kevlari jahte suurusega 11-21 meetrit.
Lennundustööstus
Kevlarit kasutatakse kaitse parandamiseks mitmete mehitamata õhusõidukite (nt RQ-11) konstrueerimisel.
Temperatuuri omadused
Kevlar säilitab tugevuse ja elastsuse madalatel temperatuuridel kuni krüogeense temperatuurini (−196 °C), pealegi muutub see madalal temperatuuril isegi veidi tugevamaks.
Kuumutamisel kevlar ei sula, vaid laguneb suhteliselt kõrgel temperatuuril (430-480 °C). Lagunemistemperatuur sõltub kuumutamiskiirusest ja temperatuuriga kokkupuute kestusest. Kõrgendatud temperatuuril (üle 150 °C) Kevlari tugevus aja jooksul väheneb. Näiteks temperatuuril 160 °C väheneb tõmbetugevus 500 tunni pärast 10-20%. 250°C juures kaotab Kevlar 70 tunniga 50% oma tugevusest.