Kevlar kangas. Kevlar-kangas: terästä vahvempi materiaali Mihin Kevlaria käytetään?
Kevlar-kuidulla on tyypillinen kullankeltainen väri. Peruskuidun halkaisija on 10 mikronia.
Kevlar K-29 (1975) - käytetään teollisuudessa kaapeleiden, jarrupalojen, henkilökohtaisten panssarien ja taisteluajoneuvojen panssarien valmistukseen. Kevlar K49 on korkeamoduulikuitumerkki, jota käytetään kaapeliteollisuudessa, valokuitupunoksen valmistukseen, köysien valmistukseen ja muovivahvistukseen. Kevlar K100 on tehtaalla värjätty lanka. Kevlar K119 - korkea venymä, joustava ja sillä on lisääntynyt väsymislujuus. Kevlar K129 on korkean lujan panssarikuitulaatu. Kevlar AP on 15 prosenttia vahvempi kuin K-29. Kevlar XP on koostumus, joka perustuu korkeaviskoosiseen hartsiin ja uuteen KM2plus-kuituun. Kevlar KM2(1992) - kuitumerkki kankaan valmistukseen, joka täyttää vartalopanssari- ja vartalopanssarivaatimukset.
Sovellus [ | ]
Materiaali kehitettiin alun perin autonrenkaiden vahvistamiseen, johon sitä käytetään edelleen. Lisäksi Kevlaria käytetään lujitekuituna komposiittimateriaaleissa, jotka ovat vahvoja ja kevyitä.
Kevlaria käytetään vahvistamaan kupari- ja valokuitukaapeleita (kierre kaapelin koko pituudelta, mikä estää kaapelin venymisen ja katkeamisen), kaiutinkartioissa sekä proteesi- ja ortopediteollisuudessa lisäämään hiilikuitujen osien kulutuskestävyyttä jalat.
Kevlar-kuitua käytetään myös vahvistavana komponenttina sekakankaissa, mikä antaa niistä valmistetuille tuotteille kestävyyttä hankaus- ja leikkausvaikutuksiin, erityisesti urheiluvaatteiden suojakäsineet (moottoriurheiluun, lumilautailuun jne.) valmistetaan tällaisista kankaista. ). Sitä käytetään myös kenkäteollisuudessa pistosuojattujen pohjallisten valmistukseen.
Henkilökohtainen panssarisuoja[ | ]
Fragmentit Kevlar-kangas-polymeerikypärästä, jota käytettiin taistelussa käsikranaatin räjähdyksen energian imemiseen, Koillis-Irak, 2004. Ryhmän henkilökunta pelastettiin, alikersantti Dunham, joka peitti kranaatin kypärällään.
Materiaalin mekaanisten ominaisuuksien ansiosta se soveltuu henkilökohtaisten panssarisuojainten (PIB) - vartalopanssari- ja vartalopanssari - valmistukseen. 1970-luvun jälkipuoliskolla tehdyt tutkimukset osoittivat, että Kevlar-29-kuitu ja sen myöhemmät modifikaatiot, kun niitä käytetään monikerroksisena kankaana ja muovina (kangas-polymeeri), tarjoavat parhaan yhdistelmän energian absorptionopeudesta ja vuorovaikutuksen kestosta. hyökkääjä, mikä tarjoaa esteen massaan nähden suhteellisen korkeat luodinkestävän ja sirpaloitumisenkestävyyden indikaattorit. Tämä on yksi Kevlarin tunnetuimmista käyttötavoista.
Kevlarilla on suhteellisen pieni paino, mutta merkittävä sisäinen kitkavoima, jonka avulla voit nopeasti haihduttaa kineettistä energiaa törmäyksen aikana muuttaen sen lämmöksi. Samaan aikaan se ei ohuuden vuoksi pysty pysäyttämään teräviä ja raskaita esineitä, joilla on suuri impulssi, esimerkiksi kiväärin luoti tai pistin. Tästä syystä nykyaikaisessa armeijan vartalopanssarissa se on yhdistetty teräksestä, titaanista tai keramiikasta valmistettuihin lisäsuojalevyihin, jotka ovat lyhytikäisiä, mutta voivat pelastaa sotilaan hengen taistelussa, sekä iskuja vaimentaviin elementteihin, jotka vähentävät iskua. ammusten panssarivaikutus.
1970-luvulla yksi merkittävimmistä edistysaskelista vartalopanssarin kehityksessä oli Kevlar-kuituvahvistuksen käyttö. US National Institute of Justice kehitti Kevlar-vartalopanssareita useiden vuosien aikana neljässä vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa kuitua testattiin sen selvittämiseksi, voisiko se pysäyttää luodin. Toisessa vaiheessa määritettiin materiaalikerrosten määrä, joka tarvitaan estämään erikaliiperisten luotien tunkeutuminen ja eri nopeuksilla kulkeminen, sekä kehittää prototyyppiliivi, joka pystyy suojaamaan työntekijöitä yleisimmiltä uhilta: .38 Special ja .22 Long Kiväärin kaliiperin luodit. Vuoteen 1973 mennessä kehitettiin seitsemänkerroksinen Kevlar-kuituliivi kenttätestausta varten. Havaittiin, että kevlarin suojaominaisuudet heikkenivät märkänä. Kyky suojautua luoteja vastaan heikkeni myös ultraviolettivalolle, mukaan lukien auringonvalolle, altistumisen jälkeen. Kemiallinen pesu ja valkaisuaineet vaikuttivat myös negatiivisesti kankaan suojaaviin ominaisuuksiin, samoin kuin toistuva pesu. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi on kehitetty vedenpitävä liivi, jossa on kangaspinnoite, joka estää altistumisen auringonvalolle ja muille haitallisille tekijöille.
Laivanrakennus [ | ]
1990-luvun alusta lähtien Kevlar on yleistynyt laivanrakennuksessa. Kevlarin teknisten vaikeuksien ja hinnan vuoksi sitä käytetään valikoivasti. Esimerkiksi vain köliosassa tai saumoissa. Monet valmistajat (kuten telakat BAIA Yachts, Blue water, Dolphin, Danish yacht, Zeelander Yachts), jotka eivät valmista kovinkaan suurta määrää jahteja vuodessa, ovat järjestelmällisesti siirtymässä Kevlarin käyttöön. Yksi Kevlar-jahtien tuotannon johtajista on [ kenen?] Italialainen telakka Cranchi, joka valmistaa 11-21 metrin kokoisia Kevlar-jahteja.
Nykyaikaisia korkean teknologian materiaaleja käytetään yhä enemmän eri teollisuudenaloilla. Yksi niistä on Kevlar-kangas. Tämä elementti erottuu muista välineistä erinomaisella kitka- ja iskunkestollaan. Niinpä komposiittimateriaaleissa se yhdistetään useimmiten erilaisiin materiaaleihin, ja tekstiiliteollisuudessa Kevlar-kangas on löytänyt laajan sovelluksen. Tällaista korkean teknologian materiaalia, kuten Kevlar, käytetään takkien, farkkujen, käsineiden ompeluun, kaapeleiden valmistukseen ja paljon muuta.
Kevlar-kankaan ominaisuudet
Kevlavr-kangasta käytetään aktiivisesti erilaisten komposiittimateriaalien vahvistusaineena. Kevlar-kankaalla on korkea lujuus ja erittäin pieni paino. Tällainen tuote ei vain menetä ominaisuuksiaan alhaisten lämpötilojen vaikutuksesta (lämpötilaraja on -190 astetta), vaan se saa myös lisälujuutta.
Altistuminen korkeille lämpötiloille ei myöskään aiheuta paljon haittaa Kevlar-kankaalle, koska sen tuhoutumislämpötila on +430 - +480 astetta. Lisäksi tuhoutumislämpötila riippuu täysin kuumennuksen ajasta ja voimakkuudesta. Valmiiden tuotteiden kustannusten alentamiseksi on perustettu yhdistettyjen kankaiden tuotanto, johon lisätään lasikuitua tai hiilikuitua. Kevlar-kangas ei aiheuta minkäänlaista uhkaa ihmisten terveydelle.
Kevlar-kankaan korkea lämmönkestävyys ja lujuus mahdollistavat sen käytön palomiesten univormujen valmistukseen. Koska Kevlar on 5 kertaa vahvempi kuin teräs (samalla painolla), on tullut mahdolliseksi käyttää sitä vartalosuojan valmistukseen. Erityiset suojalaitteet, niiden melko onnistunut tuotanto, vaikuttivat suurelta osin Kevlar-kankaan suosioon. Nyt tällaista materiaalia käytetään useilla teollisuudenaloilla, mukaan lukien ilmailu.
Kevlar-kankaan käyttö
Myös arkielämässä Kevlar on löytänyt erittäin laajan sovelluksen. Useimmiten sitä käytetään juuri siellä, missä vaaditaan suurta kestävyyttä matalille ja korkeille lämpötiloille ja vastaavasti sen suurinta lujuutta. Tyypillisesti Kevlar-kankaasta valmistetaan erilaisia urheilijoille tarkoitettuja laitteita (kypärät, köydet, käsineet jne.). Lisäksi, kuten aiemmin mainittiin, Kevlar-kangasta käytetään aktiivisesti komposiittimateriaalien valmistuksessa.
Lämpötila- ja lujuusindikaattoreiden suhteen Kevlar on kuitenkin hieman huonompi kuin hiilikuitu, mutta samalla se sietää taivutuskuormia paljon paremmin. Yrittäessään yhdistää näiden kahden materiaalin ominaisuuksia luotiin yhdistetyt Kevlar-kankaat, joissa molempia materiaaleja oli suunnilleen yhtä paljon. Tällaiset kankaat sietävät erittäin hyvin elastista muodonmuutosta. Mutta hiili-Kevlar-kangas menettää lujuutta, on hieman enemmän painoa eikä siedä kosketusta veden kanssa kovin hyvin.
Epoksihartsien yhdistelmä Kevlar-kankaan kanssa ei kuitenkaan ole ihanteellinen. Tällaisilla hartseilla on taipumus "poimia" kosteutta ja kerätä sitä itseensä. Kun Kevlar joutuu kosketuksiin veden kanssa, se menettää merkittävästi ominaisuuksiaan, jotka ovat niin korkeat kuivassa tilassa. Lisäksi ultraviolettivalo on katalysaattori, joka lyhentää Kevlar-komponentin käyttöikää.
Tästä syystä on suositeltavaa käyttää Kevlaria vain tietyissä olosuhteissa (käytettäessä ehdottomasti kaikkia materiaalin positiivisia ominaisuuksia), mikä ei itse asiassa vähennä sen kysyntää tällä hetkellä. Kevlar-kangasta käytetään rakennusalan erikoistyövaatteiden ompelemiseen (asennuskäsineet, hitsaushaalarit jne.).
Kevlar on synteettisten para-aramidikuitujen rekisteröity tavaramerkki ja se kuuluu laajaan aramidikuitujen ryhmään, kuten Nomex ja Technora. Tämä DuPontin vuonna 1965 kehittämä erittäin luja materiaali otettiin ensimmäisen kerran kaupalliseen käyttöön 1970-luvun alussa kilparenkaiden teräksen korvikkeena. Tyypillisesti Kevlaria jaetaan kaapeleiden tai kankaiden muodossa, joita voidaan käyttää yksinään tai koelementtinä.
Tällä hetkellä Kevlarilla on monia sovelluksia, jotka vaihtelevat polkupyörien renkaista ja jahtien ja muiden laivojen purjeista panssarihintoihin (sen korkean vetolujuus-painosuhteen ansiosta; tässä indikaattorissa Kevlar on viisi kertaa parempi kuin teräs). Sitä käyttää myös proteesi- ja ortoositeollisuus lisäämään hiilikuitujalkojen osien kulutuskestävyyttä. Kevlarista valmistetaan kaiutinkartioita.
Akzon asiantuntijat kehittivät samanlaisen Twaron-nimisen kuidun, jolla on suunnilleen sama kemiallinen rakenne, viime vuosisadan 70-luvulla, ja sen kaupallinen tuotanto aloitettiin vuonna 1986. Tällä hetkellä Twaron-kuitua valmistaa Teijin.
Polyparafenyleenitereftalamidin - jota myydään tuotenimellä Kevlar - keksi puolalais-amerikkalainen kemisti Stephanie Kwolek työskennellessään DuPontilla. Syynä uuden aineen kehittämisen alkamiseen oli tuolloin panimopula bensiinistä. Vuonna 1964 Kwolekin ryhmä alkoi etsiä uutta kevyttä, vahvaa kuitua käytettäväksi kevyissä mutta kestävissä renkaissa. Tuolloin hän työskenteli useiden polymeerien - polybentsamidin ja poly/p-fenyleenitereftalaatin - kanssa. Näiden komponenttien perusteella tutkija pystyi saamaan kuidun, joka, toisin kuin nailon, ei ollut hauras. Vuoteen 1971 mennessä oli saatu moderni esimerkki kevlarista. Kwolek ei kuitenkaan ollut aktiivisesti mukana Kevlar-tuotteiden ja niiden sovellusten kehittämisessä.
1. Historia
2 Tuotanto
3 Rakenne ja ominaisuudet
4 Lämpöominaisuudet
5 Sovellukset
5.1 Suojaus
5.1.1 Kryogeniikka
5.1.2 Panssari
5.1.3 Henkilökohtaiset suojavarusteet
5.2 Urheiluvälineet
5.2.1 Kengät
5.3 Musiikki
5.3.1 Äänilaitteet
5.3.2 Merkkijonot
5.3.3 Rummut
5.4 Muut sovellukset
5.4.1 Tulen kanssa tanssiminen
5.4.2 Pannut
5.4.3 Köydet, kaapelit, vaipat
5.4.4 Sähköntuotanto
5.4.5 Rakennusten rakentaminen
5.4.6 Jarrut
5.4.7 Lämpötilakompensaattorit ja letkut
5.4.8 Hiukkasfysiikka
5.4.9 Älypuhelimet
6 Komposiittimateriaalit
Tuotanto
Kevlar syntetisoidaan liuoksessa monomeereistä fenyleeni-1,4-diamiini (p-fenyleenidiamiini) ja tereftaloyylikloridi kondensaatioreaktiolla. Kloorivetyhappo on tässä tapauksessa sivutuote. Tuloksena on nestekiteiden ominaisuuksien omaava aine, jonka polymeeriketjut on suunnattu yhteen suuntaan, mikä mahdollistaa vahvan kuidun muodostumisen. Heksametyylifosforamidia (HMPA) käytettiin alun perin polymerointiliuottimena, mutta turvallisuussyistä DuPont korvasi sen N-metyylipyrrolidonin ja kalsiumkloridin liuoksella. Koska Akzo (katso edellä) oli jo patentoinut tämän prosessin Twaronin tuotantoa varten, DuPontin siirto aiheutti patenttioikeudenkäynnin.
Fenyleeni-1,4-diamiinin (p-fenyleenidiamiinin) ja tereftaloyylikloridin reaktio johtaa kevlariin
Kevlarin (polyparafenyleenitereftalamidin) valmistus on suhteellisen kallis prosessi johtuen vaikeuksista, jotka liittyvät tiivistetyn rikkihapon käyttöön, jota tarvitaan pitämään veteen liukenematon polymeeri liuoksessa sen synteesin ja kuidunmuodostuksen aikana.
Kevlar-laatuja on saatavana useita:
Kevlar K-29 - käytetään teollisissa sovelluksissa, kuten kaapeleissa, asbestinkorvikkeissa, jarrupaloissa, kori/ajoneuvon panssarissa;
Kevlar K49 on korkeamoduulimateriaali, jota käytetään kaapeleissa ja köysissä;
Kevlar K100 - värillinen versio Kevlarista;
Kevlar K119 - on korkea venymä, joustavuus ja suhteellisen korkea väsymislujuus;
Kevlar K129 - ominaista korkeampi lujuus verrattuna tavalliseen Kevlariin; käytetään laajalti ballistisissa sovelluksissa;
Kevlar AP - 15 % suurempi vetolujuus kuin K-29;
Kevlar XP on yhdistelmä kevyttä hartsia ja KM2-kuituja;
Kevlar KM 2 - parannetut ballistiset ominaisuudet, joita käytetään panssarin luomisessa.
Altistuminen auringonvalon ultraviolettikomponentille johtaa Kevlarin hajoamiseen ja hajoamiseen. Siksi sitä käytetään harvoin ulkona ilman suojaa auringonvalolta.
Rakenne ja ominaisuudet
Kun Kevlar-kuitu on muodostettu, niiden vetolujuus on noin 3620 MPa ja suhteellinen tiheys 1,44. Polymeerin korkea lujuus johtuu monista monomeerien välisistä sidoksista. Näillä sidoksilla on suurempi vaikutus Kevlarin ominaisuuksiin kuin van der Waalsin voimilla ja ketjun pituudella, jotka tyypillisesti vaikuttavat muiden synteettisten polymeerien ja kuitujen, kuten Dyneeman, ominaisuuksiin. Suolojen ja joidenkin muiden epäpuhtauksien, erityisesti kalsiumin, läsnäolo voi vaikuttaa lopputuotteen ominaisuuksiin, ja tuotannon aikana he yrittävät välttää epäpuhtauksien sisällyttämistä Kevlarin koostumukseen.
Lämpöominaisuudet
Kevlar säilyttää lujuuden ja elastisuuden kryogeenisiin lämpötiloihin (-196 °C). Itse asiassa alhaisissa lämpötiloissa se vahvistuu hieman. Korkeammissa lämpötiloissa vetolujuus pienenee välittömästi noin 10-20 % ja useiden tuntien jatkuvan lämpöaltistuksen jälkeen vetolujuus pienenee entisestään. Esimerkiksi 160 °C:ssa (320 °F) lujuus vähenee 10 % noin 500 tunnin lämpöaltistuksen jälkeen. 260 °C:ssa (500 °F) lujuus heikkenee 50 % 70 tunnin lämmönlähteelle altistumisen jälkeen.
Sovellukset
Suojaus
Kryogeniikka (matalien lämpötilojen fysiikka)
Kevlaria käytetään usein matalan lämpötilan fysiikan alalla. Tämä johtuu sen alhaisesta lämmönjohtavuudesta ja suuresta lujuudesta verrattuna muihin materiaaleihin, joita käytetään suspensioiden luomiseen. Kevlarin yleisin käyttötarkoitus on erottaa paramagneettisten suolojen säiliö suprajohtavan magneetin ytimestä lämmön vuotamisen minimoimiseksi paramagneettiseen materiaaliin. Sitä käytetään myös [rakenteellisten] jäykisteiden tai rakennetukien luomiseen sovelluksiin, joissa vaaditaan vähäistä lämpövuotoa.
Panssari
Kevlar on varsin tunnettu ja suosittu osa henkilökohtaista panssaria, kuten taistelukypäriä, ballistisia kasvonaamioita ja ballistisia liivejä. Kevlar on avainkomponentti PASGT-kypärässä ja vartalosuojassa sekä vastaavissa, joita Yhdysvaltain armeija on käyttänyt vuodesta 1980 lähtien. Muita sotilassovelluksia ovat vartijoiden käyttämät luodinkestävät naamarit ja panssaroitujen ajoneuvojen miehistön suojelemiseen käytettävät kommandopiiput. Jopa Nimitz-luokan lentotukialukset käyttävät Kevlar-panssaria elintärkeissä tiloissa. Jos otamme huomioon materiaalin siviilikäytön, on huomattava, että sitä käytetään laitteissa pelastustyöntekijöiden suojelemiseksi, jos heidän toiminnan laajuuteen liittyy kosketus esineisiin, joilla on korkea lämpötila (esimerkiksi palontorjunta). Tämä alue sisältää myös kevlarista valmistetut vartalosuojat, joita käyttävät poliisit, yksityisten organisaatioiden yksityiset turvallisuusjoukot ja erikoisjoukot.
Yksilöllinen suojakeino
Kevlarista valmistetaan käsineitä, hihoja, takkeja, housuja ja muita vaatteita, jotka on suunniteltu suojaamaan käyttäjiä leikkauksilta, hankauksilta ja kuumuudelta. Kevlarista valmistetut suojavarusteet ovat usein huomattavasti kevyempiä ja ohuempia kuin vastaavat perinteisemmistä materiaaleista valmistetut.
Urheiluvälineet
Sitä käytetään joidenkin polkupyörän renkaiden sisävuorauksena estämään puhkeamista. Pöytätenniksessä mailoihin lisätään kerroksia kevlaria lisäämään pomppimista ja saavuttamaan painonsäästöjä. Sitä käytetään moottoripyöräilijöiden turvavaatteiden valmistuksessa, erityisesti olka- ja kyynärpäissä. Kyudossa, japanilaisessa jousiammuntataiteessa, kevlar-kuituja voidaan käyttää jousinauhan luomiseen. Tässä tapauksessa materiaali toimii vaihtoehtona kalliimmille hamppukuiduille. Tätä materiaalia käytetään useimmiten varjoliitolaitteiden tukikaapeleiden luomiseen. Aitauksessa sitä käytetään suojatakkien, housujen, rintakilpien ja maskielementtien luomiseen. Tennismailat sisältävät usein myös kevlar-elementtejä. Sitä käytetään jopa korkean suorituskyvyn kilpaveneiden purjeissa. Kevlaria käytetään yhä enemmän "petossa" - pehmeässä päällysteessä, joka suojaa Picador-hevosia areenalla.
Kengät
Ensimmäistä kertaa jalkineteollisuudessa Nike hyödynsi Kevlariin perustuvien tuotteiden luomisteknologian edistystä. Sen asiantuntijat käyttivät Kevlaria Elite Series II -lenkkarisarjassa (parannettu versio koripallolenkkien aikaisemmasta versiosta). Tämä tehtiin kengän varpaan joustavuuden vähentämiseksi. Aikaisemmin tähän tarkoitukseen käytettiin nylonia, mutta kevlar laajeni noin 1 % verrattuna nyloniin, joka laajeni noin 30 %. Yritys valmistaa nyt vastaavia kenkiä tuotemerkeillä LeBron, HyperDunk ja Zoom Kobe VII. Nämä lenkkarit esiteltiin kuitenkin hintaluokassa, joka on paljon korkeampi kuin koripallokenkien keskimääräinen hinta.
Kevlaria on käytetty myös joissakin saippuakengissä nopeudensäädintä, ja se on toiminut myös Adidas F50 adiZero Prime -jalkapallokenkien pitsimateriaalina.
Musiikki
Äänilaitteet
Kevlarilla on myös havaittu olevan hyödyllisiä akustisia ominaisuuksia. Tällä hetkellä siihen perustuvia kankaita käytetään hajoittimien luomiseen akustisille kaiuttimille (matala- ja keskitaajuuksille). Lisäksi kevlaria käytetään vahvuuselementtinä valokuitukaapeleissa, kuten äänidatan siirtämisessä.
jouset
Kevlaria voidaan käyttää akustisena ytimenä jousisoittimissa. Kevlarin fysikaaliset ominaisuudet antavat jousille vahvuutta, joustavuutta ja vakautta. Nykyään ainoa tämäntyyppisten merkkijonojen valmistaja on CodaBow.
Rummut
Kevlaria käytetään joskus materiaalina virvelirumpujen marssimiseen (jouset alaosassa). Sen käyttö mahdollistaa erittäin korkean jännityksen saavuttamisen, jolloin ulostulossa on melko selkeä ääni. Tyypillisesti Kevlar on päällystetty hartsikerroksella sen sulkemiseksi, ja kerros nailonia lisätään päälle tasaisen iskevän pinnan aikaansaamiseksi.
Muut sovellukset
Tanssii tulella
Tulitanssin rekvisiitin sydämet on valmistettu kevlaria sisältävistä komposiittimateriaaleista. Kevlar itsessään ei ime helposti syttyviä aineita, joten se sekoitetaan muihin materiaaleihin, kuten lasikuituun tai puuvillaan. Korkea lämmönkestävyys mahdollistaa Kevlar-sydänten uudelleenkäytön useita kertoja.
Paistinpannut
Jotkut tarttumattomien pannujen valmistajat käyttävät joskus kevlaria teflonpinnoitteen korvikkeena.
Köydet, kaapelit, vaipat
Kevlaria käytetään punotuissa köysissä ja kaapeleissa, joissa Kevlar-kuidut on ryhmitelty rinnakkain ja peitetty ulkopuolelta polyeteenivaipalla. Kaapeleita käytetään riippusilloissa. Kevlaria käytetään laajalti kuituoptisten kaapeleiden suojaavana ulkovaipana (materiaali suojaa kaapelia vaurioilta ja taipumiselta).
Kevlar-kudottuja kuoria valmistavat seuraavat yritykset:
A.W. Chesterton Company(chesterton.com). Sen tuote, Chesterton 1740, on Kevlar-kuidusta ja polytetrafluorietyleenistä (Teflon, PTFE) valmistettu välipunos. Chesterton 1740:n tärkeimmät ominaisuudet: lämpötilaraja - 260 °C (500 °F), kemikaalinkestävyys - pH 4-11, paineraja 20 bar/g (300 psi). Jokainen kuitulanka on erikseen päällystetty PTFE:llä lämmön hajauttamiseksi paremmin. Chesterton 1740 tarjoaa erilaisia keskihihan komponenttien yhdistelmiä halutun paineen, lämpötilan, kemikaalien ja kulumisenkestävyyden saavuttamiseksi.
Yhtiö Diflon(diflo n.it) tarjoaa kudottuja KV-sarjan tuppeja (-100 - 400 °C; 50 - 100 bar), jotka koostuvat Kevlar-kuiduista ja polytetrafluorietyleenistä. Kuorille on ominaista lisääntynyt lämmönkestävyys. Tämä kuori ei tahraa vierekkäisiä pintoja, sillä on alhainen kitkakerroin ja se haihduttaa lämpöä. Käyttökohteet: jäteveden käsittely, sulkujärjestelmä, matalapaineventtiilit, mäntämoottorien akselit, happojen, emästen, öljyjen käsittely. Tuote on yleiskäyttöinen, paitsi hapen, vahvojen alkalien ja hapettimien kanssa työskentelyyn. Tuote soveltuu paperiteollisuudelle, petrokemian- ja kemianteollisuudelle sekä voimalaitoksille.
Tuote DEPACAnstaltPerustaminen(depac.at) on erinomainen vaihtoehto asbestipohjaiselle punotukselle. Kevlar-punos on erityisen tehokas kovien materiaalien käsittelyssä ja paperiteollisuudessa, terästehtaissa, jätevedenpuhdistamoissa ja sokeriteollisuudessa. DEPAC:n erityinen 4-osainen korkeatiheyksinen diagonaalinen kudos yhdistää kemiallisen kestävyyden korkeaan lujuuteen varmistaakseen optimaalisen tiivistyksen minimaalisella kosketuspaineella.
Sähköntuotanto
Georgia Institute of Technologyn (USA) tutkijat käyttivät kevlaria perustana kokeeseen luoda vaatteita, jotka voivat tuottaa sähköä. Tämä tehtiin kutomalla sinkkioksidinanolankoja kankaaksi. Jos projekti onnistuu, uusi kangas tuottaa noin 80 milliwattia neliömetriä kohden.
Rakennus
Yli 5 500 neliömetrin alas vedettävä Kevlar-katto oli keskeinen osa Montrealin olympiastadionin suunnittelua vuoden 1976 kesäolympialaisia varten. Tämä rakentaminen oli uskomattoman epäonnistunut, sillä katto valmistui kymmenen vuotta myöhässä ja vielä kymmenen vuoden kuluttua (toukokuun lopussa 1998) se jouduttiin uusimaan useiden ongelmien jälkeen.
Jarrut
Niittikuitua on käytetty asbestin korvikkeena jarrupaloissa. Pöly, joka on asbestipohjaisten jarrujen sivutuote, on erittäin myrkyllistä, kun taas aramidikuidut ovat parempi vaihtoehto.
Lämpötilan kompensaattorit ja letkut
Kevlaria voidaan käyttää lujitekerroksena kumipaljeputkien laajennusliitoksissa ja kumiletkuissa, jotka on tarkoitettu käytettäväksi korkeissa lämpötiloissa ja joiden tulee olla lujia. Sitä voidaan käyttää myös punoskerroksena, jota käytetään paloletkun ulkopuolella lisäämään suojausta teräviä esineitä vastaan.
Hiukkasfysiikka
Ohut Kevlar-ikkuna käytettiin NA48-kokeessa CERNissä. Materiaalia käytettiin tyhjökammion erottamiseen ilmakehän painekammiosta. Sarja hiukkasfysiikan kokeita NA48 koski kaonin hajoamismekanismin tutkimista. Tieteelliseen työhön osallistui yli 100 fyysikkoa, pääasiassa Länsi-Euroopasta ja Venäjältä (JINR).
Älypuhelimet
Motorola RAZR -älypuhelinsarja erottuu Kevlar-takakotelon läsnäolosta. Laitekehittäjät valitsivat tämän materiaalin muihin, kuten hiilikuituihin verrattuna, koska se kestää mekaanista rasitusta ja häiritsee signaalin siirtoa.
Komposiitti materiaalit
Aramidikuituja käytetään laajalti komposiittimateriaalien lujittamiseen, usein samaa Kevlaria käytetään yhdessä hiilikuidun ja lasikuidun kanssa. Suorituskykyisten komposiittien matriisi on tyypillisesti epoksihartsi. Tyypillisiä käyttökohteita ovat F1-kilpa-autojen monokokkien valmistus (avaruusrunkorakenne, jossa (toisin kuin runko- tai runkorakenteita) ulkokuori on pääasiallinen ja yleensä ainoa kantava elementti); helikopterien terät, tenniksen, pöytätennisen, sulkapallon ja squash-varusteet, kajakkien, krikettimailojen, maahockeymailojen ja lacrossemailojen valmistus.
Tällä hetkellä Kevlarista on tullut yleinen vaatetus- ja varustekomponentti ihmisille, joiden henki on jatkuvasti vaarassa: armeija- ja turvallisuusviranomaiset, astronautit ja tutkijat, urheilijat ja palomiehet. Kevlarkuituja käytetään aina, kun vaaditaan lisää lujuutta, autonrenkaista veneen rungoihin, niiden käyttöalue laajenee jatkuvasti ja tuotantotekniikkaa parannetaan. Tämä materiaali vastaanotettiin puoli vuosisataa sitten, ja monien mielestä on outoa, että sen kirjoittaja oli nainen.
Miten Kevlar syntyi?
On symbolista, että tämän ainutlaatuisen kuidun keksijä Stephanie Kwolek rakasti ompelemaan nukeille vaatteita lapsena. Koulun jälkeen hän opiskeli kemiaa Carnegien yliopistossa, mutta haaveili lääketieteestä. Ansaitakseen rahaa yliopisto-opiskeluun tyttö aloitti vuonna 1946 työskentelyn kuuluisassa DuPont-konsernissa ja tajusi pian, että hänen kutsumuksensa oli loppujen lopuksi kemia. Vuonna 1964 Kwolekin ryhmä työskenteli parantaakseen polyaramidien tuotantoa, polymeeriaineita, joilla on sauvamainen rakenne ja jotka voisivat korvata teräsköyden renkaissa. Luopumalla sulatusmenetelmästä Stephanie pystyi luomaan epätavallisen näköisen ratkaisun, joka kehruurenkaiden läpi kulkiessaan muuttui aramidilankoiksi.
Kun saadun kuidun lujuutta alettiin testata, tutkijat päättivät, että laitteisto oli rikki - uuden materiaalin lujuus oli viisi kertaa terästä suurempi.
Uusi materiaali, nimeltään Kevlar, tuli kaupalliseen käyttöön 70-luvulla. Sitä alettiin käyttää renkaiden, nauhateippien ja komposiittimateriaalien valmistukseen. Samaan aikaan sotilas- ja lainvalvontaviranomaiset kiinnittivät huomiota polyaramidikuitujen korkeaan lujuuteen, jonka tavoitteena oli kehittää henkilökohtaisia suojavarusteita. Ajatus luodinkestävästä liivistä syntyi ensimmäisen maailmansodan aikana (sen kirjoittaja oli kirjailija Conan Doyle), mutta perinteiset metallilevyt olivat raskaita ja haittasivat liikkumista.
American National Institute of Justice -instituutin asiantuntijat suorittivat perusteellisia tutkimuksia useiden vuosien ajan, jonka aikana he osoittivat, että seitsemän kevlar-kangaskerrosta tarjoaa yleisimmän 38-kaliiperin luotilaukausten kestävyyden. Kenttätestauksen viimeisin vaihe osoitti, että tällaisten vartaloliivien lujuus heikkenee, kun se kastuu ja altistuu UV-säteille. Todettiin myös, että Kevlar-kangastuotteiden suojaominaisuudet heikkenevät useiden pesujen jälkeen, eivätkä ne kestä valkaisua tai kuivapesua.
Kehityksen tuloksena syntyi vedenkestävällä kankaalla päällystetty Kevlar-vartalopanssari, joka suojaa vahvistettua kerrosta vedeltä ja auringolta. Lisäksi kevlar-kypäriä, käsineitä, kenkien pohjallisia jne. alettiin käyttää henkilönsuojaimina.
Aramidikuitujen ominaisuudet
Korkean lujuuden lisäksi Kevlarilla on monia muita ainutlaatuisia ominaisuuksia, nimittäin:
- joutuessaan kosketuksiin tulen ja korkeiden lämpötilojen kanssa tämä kuitu ei pala, ei savua tai sula;
- Kevlar on myrkytön ja räjähdysherkkä;
- sen lämpöhajoamislämpötila on 430-450 astetta;
- käsivarsikuitujen lujuus alkaa vähitellen laskea, kun ne kuumennetaan yli 150 asteeseen;
- jäädytettynä Kevlar vain vahvistuu, se kestää kryogeenisiä lämpötiloja (jopa -200 astetta);
- tämä materiaali on sähköeriste.
Lisäksi Kevlar-kangas on pehmeää, hygroskooppista ja ilmavaihduttavaa, ja sitä on mukava käyttää. Totta, tämä ei koske vaatteita, jotka on suunniteltu toimimaan avoimessa tulessa ja korkeissa lämpötiloissa. Lämmönkestävyyden lisäämiseksi Kevlar on päällystetty alumiinilla. Tällaisesta kuidusta valmistettu materiaali suojaa luotettavasti voimakkaalta lämpösäteilyltä, kosketukselta 500 asteeseen kuumennettujen pintojen kanssa sekä kuuman metallin roiskeilta.
On myös lisättävä, että tämä materiaali on melko kevyt - yksi metri kangasta painaa 30-60 g, ja vaikka se ei ole halpa (alkaen 30 dollaria neliömetriltä), sen erinomaiset suojaominaisuudet oikeuttavat täysin tällaiset kustannukset. Kevlar-langoilla vahvistetut suojamateriaalit ovat jonkin verran halvempia, minkä ansiosta ne kestävät repeytymistä ja hankausta. Tällaisia kankaita käytetään suojaavina lisäkkeinä työ- ja urheiluvaatteissa, käsineissä ja myös kulutusta kestävinä pohjallisina. Niistä valmistettujen tuotteiden hoito on erittäin yksinkertaista. Niiden ei pitäisi:
- pese usein;
- puhdista kemiallisilla reagensseilla;
- altistaa auringonvalolle.
Missä Kevlaria käytetään?
Tästä lujasta kuidusta löytyy monenlaisia sovelluksia - lento- ja avaruusteollisuudesta urheilu- ja matkavaatteisiin. Kevlar tulee markkinoille lankojen, narun, kankaan muodossa sekä myös komposiitti- ja sekamateriaalien komponenttina. Sen tärkeimmät käyttötavat ovat:
KEVLAR™- aramidin kauppanimi - polyparafenyleenitereftalamidi, synteettinen kuitu, jolla on korkea lujuus (viisi kertaa vahvempi kuin teräs, vetolujuus σ0 = 3620 MPa). Amerikkalaisen DuPont-yhtiön vuonna 1965 kehittämä sen kaupallinen käyttö alkoi 1970-luvun alussa. Kevlar, kestävä ja turvallinen Kevlar-materiaali voi parantaa merkittävästi työvaatteiden ja suojavarusteiden suorituskykyä. Nykyään Kevlaria käytetään sellaisten tuotteiden valmistukseen, jotka vaativat materiaalien korkeaa kulutuskestävyyttä: kiipeilyköydet, pikavedot, kypärät, kengänpäälliset, reput, sukset, käsineet sekä työvaatteiden valmistukseen. Kevlar-kuitu on kevyttä ja kestää hyvin erilaisia iskuja. Sillä on ominaisuuksia, kuten syttymättömyys ja lämmönkestävyys. Kehittäjien mukaan Kevlar-kuidut ovat viisi kertaa vahvempia kuin teräs samassa painossa.
Kevlarin käyttöalue
Alun perin materiaali kehitettiin autonrenkaiden vahvistamiseen, ja sitä käytetään edelleen tänäkin päivänä. Lisäksi Kevlaria käytetään lujitekuituna komposiittimateriaaleissa, jotka ovat vahvoja ja kevyitä.
Kevlaria käytetään vahvistamaan kupari- ja valokuitukaapeleita (kierre kaapelin koko pituudelta, mikä estää kaapelin venymisen ja katkeamisen), kaiutinkartioissa sekä proteesi- ja ortopediteollisuudessa lisäämään hiilikuitujen osien kulutuskestävyyttä jalat.
Kevlar-kuitua käytetään myös vahvistavana komponenttina sekakankaissa, mikä antaa niistä valmistetuille tuotteille kestävyyttä hankaus- ja leikkausvaikutuksiin, erityisesti urheiluvaatteiden suojakäsineet (moottoriurheiluun, lumilautailuun jne.) valmistetaan tällaisista kankaista. ).
Työvaatteissa Kevlar-kuidusta valmistettua kangasta käytetään pääasiassa polvialueen (polvisuojat) ja kyynärpään alueen pehmusteiden vahvistamiseen. Koska Kevlar-kankaalla on korkea kulutuskestävyys, joten sitä käytetään vaatteissa paikoissa, joissa suurin rasitus kohdistuu kulumiseen, leikkauksiin ja puhkeamiseen.
Käytä vartaloliiveissä
Kevlar-rakenne. Polymeerin korkea järjestysaste ja sen lujuus saadaan aikaan molekyylien välisillä vetysidoksilla.
Materiaalin mekaaniset ominaisuudet tekevät siitä sopivan luodinkestävän liivien valmistukseen. Tämä on yksi Kevlarin tunnetuimmista käyttötavoista.
1970-luvulla yksi merkittävimmistä edistysaskelista vartalopanssarin kehityksessä oli Kevlar-kuituvahvistuksen käyttö. National Institute of Justice kehitti Kevlar-vartalopanssareita useiden vuosien aikana neljässä vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa kuitua testattiin sen selvittämiseksi, voisiko se pysäyttää luodin. Toinen vaihe oli määrittää tarvittavien materiaalikerrosten määrä eri nopeuksilla kulkevien erikaliiperisten luotien tunkeutumisen estämiseen ja kehittää prototyyppiliivi, joka voisi suojata työntekijöitä yleisimmiltä uhilta: .38 Special ja .22 Long Rifle luoteja. Vuoteen 1973 mennessä kehitettiin seitsemänkerroksinen Kevlar-kuituliivi kenttätestausta varten. Havaittiin, että kevlarin suojaominaisuudet heikkenivät märkänä. Kyky suojautua luoteja vastaan heikkeni myös ultraviolettivalolle, mukaan lukien auringonvalolle, altistumisen jälkeen. Kemiallinen pesu ja valkaisuaineet vaikuttivat myös negatiivisesti kankaan suojaaviin ominaisuuksiin, samoin kuin toistuva pesu. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi on kehitetty vedenpitävä liivi, jossa on kangaspinnoite, joka estää altistumisen auringonvalolle ja muille haitallisille tekijöille.
Laivanrakennus
Viimeisen vuosikymmenen aikana kevlar on yleistynyt laivanrakennuksessa. Kevlarin teknisten vaikeuksien ja hinnan vuoksi sitä käytetään valikoivasti. Esimerkiksi vain köliosassa tai saumoissa. Monet valmistajat (kuten telakat BAIA Yachts, Blue water, Danish yacht, Zeelander Yachts), jotka eivät valmista kovinkaan suurta määrää jahteja vuodessa, ovat siirtymässä järjestelmällisesti Kevlarin käyttöön. Kevlar-jahtien tuotannon johtaja on italialainen telakka Cranchi, joka valmistaa 11-21 metrin kokoisia Kevlar-jahteja.
Ilmailuteollisuus
Kevlaria käytetään useiden miehittämättömien ilma-alusten (kuten RQ-11) suunnittelussa suojan parantamiseksi.
Lämpötilan ominaisuudet
Kevlar säilyttää lujuuden ja kimmoisuutensa matalissa lämpötiloissa kryogeenisiin lämpötiloihin (−196 °C) asti, lisäksi alhaisissa lämpötiloissa se jopa vahvistuu hieman.
Kuumennettaessa kevlar ei sula, vaan hajoaa suhteellisen korkeissa lämpötiloissa (430-480 °C). Hajoamislämpötila riippuu kuumennusnopeudesta ja lämpötilalle altistuksen kestosta. Korkeissa lämpötiloissa (yli 150 °C) kevlarin vahvuus laskee ajan myötä. Esimerkiksi 160 °C:n lämpötilassa vetolujuus laskee 10-20 % 500 tunnin kuluttua. 250°C:ssa kevlar menettää 50 % lujuudestaan 70 tunnissa.