Kevlar szövet. Kevlar szövet: az acélnál erősebb anyag Mire használják a kevlárt?
A kevlárszál jellegzetes aranysárga színű. Az elemi szál átmérője 10 mikron.
Kevlar K-29 (1975) - az iparban használják kábelek, fékbetétek, személyi páncélok és harci járművek páncélzatának gyártásához. A Kevlar K49 egy nagy modulusú szál márka, amelyet a kábeliparban használnak, száloptikai fonatgyártáshoz, kötelek gyártásához és műanyag megerősítéshez. A Kevlar K100 gyárilag festett fonal. Kevlar K119 - nagy nyúlású, rugalmas és megnövelt kifáradási szilárdságú. A Kevlar K129 egy nagy szilárdságú páncélszál. A Kevlar AP 15 százalékkal erősebb, mint a K-29. A Kevlar XP egy nagy viszkozitású gyantán és az új KM2plus szálon alapuló készítmény. Kevlár KM2(1992) - rostmárka olyan szövet előállításához, amely megfelel a testpáncél és a testpáncél követelményeinek.
Alkalmazás [ | ]
Az anyagot eredetileg autógumik megerősítésére fejlesztették ki, amelyhez ma is használják. Ezenkívül a kevlart erősítő szálként használják kompozit anyagokban, amelyek erősek és könnyűek.
A kevlárt réz- és optikai kábelek megerősítésére használják (a kábel teljes hosszában lévő menet, amely megakadályozza a kábel megnyúlását és eltörését), hangszórókúpokban, valamint a protézis- és ortopédiai iparban a szénrészek kopásállóságának növelésére. rostos lábak.
A kevlárszálat vegyes szövetekben erősítő komponensként is használják, így a belőlük készült termékek ellenállnak a koptató és vágó hatásoknak; különösen a sportruházatban (motorsportokhoz, snowboardozáshoz stb.) készült védőkesztyűk és védőbetétek készülnek ilyen anyagokból. ). A cipőiparban is használják átszúrásgátló talpbetétek készítésére.
Személyi páncélvédelem[ | ]
Egy kevlár szövet-polimer sisak töredékei, amelyeket harcban használtak egy kézigránát robbanás energiájának elnyelésére, Irak északkeleti része, 2004. Az osztag személyzetét megmentették, Dunham tizedest, aki sisakjával takarta a gránátot, meghalt.
Az anyag mechanikai tulajdonságai alkalmassá teszik személyi páncélvédelem (PIB) - testpáncél és testpáncél gyártására. Az 1970-es évek második felében végzett kutatások kimutatták, hogy a kevlár-29 szál és későbbi módosításai többrétegű szövet és műanyag (szövet-polimer) védőréteg formájában az energiaelnyelési sebesség és a kölcsönhatás időtartamának legjobb kombinációját biztosítják. csatár, ezáltal az akadály tömegéhez képest viszonylag magas golyóálló és töredezettségállósági mutatókat biztosít. Ez a Kevlar egyik leghíresebb felhasználási módja.
A kevlárnak viszonylag kis súlya van, de jelentős belső súrlódási ereje van, amely lehetővé teszi a kinetikus energia gyors eloszlatását az ütközés során, hővé alakítva azt. Ugyanakkor vékonysága miatt nem képes megállítani az éles és nehéz tárgyakat, amelyek nagy impulzussal rendelkeznek, például egy puskagolyót vagy egy bajonettpengét. Emiatt a modern hadsereg páncélzatában további acélból, titánból vagy kerámiából készült védőlemezekkel kombinálják, amelyek rövid élettartamúak, de csatában megmenthetik a katona életét, valamint ütéscsillapító elemekkel, amelyek csökkentik a lövedékek páncélhatása.
Az 1970-es években a testpáncél fejlesztésének egyik legjelentősebb előrelépése a kevlárszálas megerősítés volt. A kevlár testpáncél fejlesztése az Egyesült Államok Nemzeti Igazságügyi Intézete által több éven át, négy szakaszban zajlott. Az első szakaszban a szálat tesztelték, hogy megállapítsák, meg tudja-e állítani a golyót. A második fázisban meg kellett határozni a különböző kaliberű és különböző sebességű golyók behatolásának megakadályozásához szükséges anyagrétegek számát, valamint egy prototípusmellény kifejlesztését, amely képes megvédeni az alkalmazottakat a leggyakoribb fenyegetésektől: .38 Special és .22 Long. Puska kaliberű golyók. 1973-ra egy hétrétegű kevlárszálas mellényt fejlesztettek ki terepi tesztelésre. Megállapították, hogy nedves állapotban a kevlár védő tulajdonságai romlottak. A lövedékek elleni védekezés képessége is csökkent ultraibolya fénynek, beleértve a napfényt is. A vegytisztítás és a fehérítők szintén negatívan befolyásolták az anyag védő tulajdonságait, csakúgy, mint az ismételt mosás. E problémák leküzdésére egy vízálló mellényt fejlesztettek ki, amely szövetbevonattal rendelkezik, hogy megakadályozza a napfény és más káros tényezők hatását.
Hajógyártás [ | ]
Az 1990-es évek eleje óta a kevlár széles körben elterjedt a hajógyártásban. A technológiai nehézségek és a kevlár ára miatt szelektíven használják. Például csak a gerincrészben vagy a varratoknál. Sok gyártó (például a BAIA Yachts, a Blue water, a Dolphin, a Danish yacht, a Zeelander Yachts hajógyárak), amelyek évente nem túl sok jachtot gyártanak, szisztematikusan áttérnek a Kevlar használatára. A Kevlar jachtok gyártásában az egyik vezető [ ki által?] A Cranchi olasz hajógyár, amely 11-21 méteres kevlár jachtokat gyárt.
A modern high-tech anyagokat egyre gyakrabban használják a különféle iparágakban. Az egyik a kevlár szövet. Ezt az elemet a súrlódással és a pontos ütésekkel szembeni kiváló ellenállása különbözteti meg más eszközöktől. Így a kompozit anyagokban leggyakrabban különféle anyagokkal kombinálják; a textiliparban viszont a kevlár szövet széles körben alkalmazható. Az olyan high-tech anyagokat, mint a Kevlar, kabátok, farmerek, kesztyűk varrására, kábelek gyártására és még sok másra használják.
A kevlár szövet jellemzői
A Kevlavr szövetet aktívan használják erősítőszerként különféle kompozit anyagokhoz. A kevlár anyag nagy szilárdságú, nagyon kis súlyú. Egy ilyen termék nemcsak nem veszíti el tulajdonságait alacsony hőmérséklet hatására (a hőmérsékleti határ -190 fok), hanem további szilárdságot is szerez.
A magas hőmérsékletnek való kitettség szintén nem okoz nagy kárt a Kevlar szövetben, mert a megsemmisítési hőmérséklete +430 és +480 fok között van. Ezenkívül a megsemmisítési hőmérséklet teljes mértékben függ a hevítés idejétől és intenzitásától. A késztermékek költségének csökkentése érdekében létrehozták a kombinált szövetek gyártását, amelyhez üvegszálat vagy szénszálat adnak. A kevlar szövet egyáltalán nem jelent veszélyt az emberi egészségre.
A kevlar szövet nagy hőállósága és szilárdsága lehetővé teszi, hogy tűzoltók egyenruháinak gyártásához használják. Tekintettel arra, hogy a kevlar 5-ször erősebb, mint az acél (ugyanolyan súly mellett), lehetővé vált a páncélok gyártásához. A speciális védőeszközök, azok meglehetősen sikeres gyártása nagyban hozzájárultak a kevlar szövet népszerűségéhez. Jelenleg az ilyen anyagokat számos iparágban használják, beleértve a repülést is.
Kevlar szövet működése
A kevlár a mindennapi életben is nagyon széles körű alkalmazásra talált. Leggyakrabban pontosan ott használják, ahol az alacsony és magas hőmérsékletekkel szembeni nagy ellenállás, és ennek megfelelően a legnagyobb szilárdság szükséges. Általában a kevlár szövetet különféle sportolói felszerelések gyártására használják (sisakok, kötelek, kesztyűk stb.). Ezenkívül, amint azt korábban említettük, a Kevlar szövetet aktívan használják kompozit anyagok előállítására.
A hőmérsékleti és szilárdsági mutatók tekintetében azonban a Kevlar valamivel rosszabb, mint a szénszál, ugyanakkor sokkal jobban tolerálja a hajlítási terhelést. A két anyag minőségének ötvözésére törekedve kombinált kevlár szöveteket hoztak létre, mindkét anyagból megközelítőleg egyenlő mennyiségben. Az ilyen szövetek nagyon jól tolerálják a rugalmas deformációt. A szén-kevlár anyag azonban veszít erejéből, valamivel nagyobb súlyú, és nem nagyon tolerálja a vízzel való érintkezést.
Az epoxigyanták és a kevlár szövet kombinációja azonban nem ideális. Az ilyen gyanták hajlamosak „felszedni” a nedvességet, és felhalmozzák azt magukban. Vízzel érintkezve a kevlár jelentősen elveszíti tulajdonságait, amelyek száraz állapotban olyan magasak. Ezenkívül az ultraibolya fény olyan katalizátor, amely csökkenti a kevlár komponens élettartamát.
Éppen ezért célszerű a Kevlart csak bizonyos körülmények között használni (az anyag abszolút összes pozitív tulajdonságát kihasználva), ami jelenleg nem csökkenti a keresletet. A kevlárszövetet építőipari-speciális munkaruházat varrására használják (szerelőkesztyűk, hegesztőoverallok stb.).
A Kevlar a para-aramid szintetikus szál bejegyzett védjegye, és az aramidszálak széles csoportjába tartozik, mint például a Nomex és a Technora. Ezt a nagy szilárdságú anyagot a DuPont fejlesztette ki 1965-ben, és az 1970-es évek elején került forgalomba először a versenyabroncsok acéljának helyettesítésére. A kevlart általában kábelek vagy szövetek formájában forgalmazzák, amelyek önmagukban vagy kompozit kompozit anyagok elemeként használhatók.
Jelenleg a kevlárnak számos felhasználási területe van, kezdve a kerékpárabroncsoktól és a jachtok és más hajók vitorláitól a testpáncélokig (a nagy szakítószilárdság/tömeg arány miatt; ebben a mutatóban a kevlár ötször jobb, mint az acél). A protézis- és ortopédiai ipar is használja a szénszálas lábrészek kopásállóságának növelésére. A kevlárt hangszórókúpok készítésére használják.
A Twaron nevű, hozzávetőleg azonos kémiai szerkezetű szálat az Akzo szakemberei fejlesztették ki a múlt század 70-es éveiben, kereskedelmi gyártása 1986-ban kezdődött. Jelenleg a Twaron szálat a Teijin gyártja.
A poliparafenilén-tereftálamidot – amelyet Kevlar márkanéven árulnak – Stephanie Kwolek lengyel származású kémikus találta fel, miközben a DuPontnál dolgozott. Az új anyag kifejlesztésének megindulásának oka az akkori benzinhiány volt. 1964-ben a Kwolek csoportja új könnyű, erős szál után kezdett kutatni könnyű, de tartós gumiabroncsokhoz. Abban az időben számos polimerrel dolgozott – polibenzamiddal és poli/p-fenilén-tereftaláttal. Ezen összetevők alapján a kutatónak sikerült olyan szálat előállítania, amely a nejlonnal ellentétben nem volt rideg. 1971-re megszerezték a kevlar modern példáját. A Kwolek azonban nem vett részt aktívan a Kevlar termékek és alkalmazásaik fejlesztésében.
1. Történelem
2 Termelés
3 Szerkezet és tulajdonságok
4 Termikus tulajdonságok
5 Alkalmazások
5.1 Védelem
5.1.1 Kriogenika
5.1.2 Páncél
5.1.3 Személyi védőfelszerelés
5.2 Sportfelszerelés
5.2.1 Cipők
5.3 Zene
5.3.1 Audioberendezés
5.3.2 Karakterláncok
5.3.3 Dobok
5.4 Egyéb alkalmazások
5.4.1 Tánc a tűzzel
5.4.2 Serpenyők
5.4.3 Kötelek, kábelek, köpenyek
5.4.4 Villamosenergia-termelés
5.4.5 Épületek építése
5.4.6 Fékek
5.4.7 Hőmérséklet-kiegyenlítők és tömlők
5.4.8 Részecskefizika
5.4.9 Okostelefonok
6 Kompozit anyagok
Termelés
A kevlárt oldatban fenilén-1,4-diamin (p-fenilén-diamin) és tereftaloil-klorid monomerekből állítják elő kondenzációs reakcióval. A sósav ebben az esetben melléktermék. Az eredmény egy olyan folyadékkristályos tulajdonságokkal rendelkező anyag, amelynek polimer láncai egy irányba vannak orientálva, ami lehetővé teszi egy erős szál kialakulását. A hexametil-foszforamidot (HMPA) eredetileg polimerizációs oldószerként használták, de biztonsági okokból a DuPont N-metil-pirrolidon és kalcium-klorid oldatára cserélte. Mivel ezt az eljárást az Akzo (lásd fent) már szabadalmaztatta a Twaron gyártásához, a DuPont lépése szabadalmi peres eljárást indított el.
A fenilén-1,4-diamin (p-fenilén-diamin) és a tereftaloil-klorid reakciója kevlárt eredményez
A kevlár (poliparafenilén-tereftálamid) előállítása viszonylag költséges eljárás, mivel nehézségekbe ütközik a vízben oldhatatlan polimer oldatban tartásához szükséges tömény kénsav használata annak szintézise és szálképzése során.
A kevlár többféle fokozata is elérhető:
Kevlar K-29 - ipari alkalmazásokban használják, mint például kábelek, azbeszthelyettesítők, fékbetétek, karosszéria/jármű páncélzat;
A Kevlar K49 egy nagy modulusú anyag, amelyet kábelekhez és kötelekhez használnak;
Kevlar K100 - a Kevlar színes változata;
Kevlar K119 - nagy nyúlással, rugalmassággal és viszonylag nagy kifáradási szilárdsággal rendelkezik;
Kevlar K129 - a szokásos kevlarhoz képest nagyobb szilárdság jellemzi; széles körben használják ballisztikai alkalmazásokhoz;
Kevlar AP - 15%-kal nagyobb szakítószilárdság, mint a K-29;
A Kevlar XP könnyű gyanta és KM2 szálak kombinációja;
Kevlar KM 2 - javított ballisztikai jellemzők, páncélok létrehozásához használták.
A napfény ultraibolya komponensének való kitettség a kevlár lebomlásához és széteséséhez vezet. Ezért ritkán használják a szabadban napfény elleni védelem nélkül.
Szerkezet és tulajdonságok
Kialakulása után a kevlárszálak szakítószilárdsága körülbelül 3620 MPa, relatív sűrűsége pedig 1,44. A polimer nagy szilárdságát a monomerek közötti sok kötésnek köszönheti. Ezek a kötések nagyobb hatást gyakorolnak a Kevlar tulajdonságaira, mint a van der Waals erők és a lánchossz, amelyek jellemzően befolyásolják más szintetikus polimerek és szálak, például a Dyneema tulajdonságait. A sók és néhány más szennyeződés, különösen a kalcium jelenléte befolyásolhatja a végtermék tulajdonságait, és a gyártás során megpróbálják elkerülni a szennyeződések bekerülését a Kevlar összetételébe.
Termikus tulajdonságok
A kevlár megőrzi erejét és rugalmasságát kriogén hőmérsékletig (-196°C). Valójában alacsony hőmérsékleten kissé erősebbé válik. Magasabb hőmérsékleten a szakítószilárdság azonnal körülbelül 10-20%-kal csökken, több órás folyamatos hőhatás után pedig még jobban csökken a szakítószilárdság. Például 160 °C-on (320 °F) körülbelül 500 órás hőhatás után 10%-os szilárdságcsökkenés következik be. 260 °C-on (500 °F) a szilárdság 50%-os csökkenése következik be 70 óra hőforrásnak való kitettség után.
Alkalmazások
Védelem
Kriogenika (alacsony hőmérsékletű fizika)
A kevlárt gyakran használják az alacsony hőmérsékletű fizika területén. Ez az alacsony hővezető képességének és a nagy szilárdságának köszönhető, összehasonlítva más, szuszpenziók készítéséhez használt anyagokkal. A kevlár leggyakoribb felhasználási módja a paramágneses sók tartályának elválasztása a szupravezető mágnes magjától, hogy minimálisra csökkentsék a hőszivárgást a paramágneses anyagba. Használják [szerkezeti] merevítők vagy szerkezeti alátámasztások létrehozására is olyan alkalmazásokhoz, ahol alacsony hőszivárgásra van szükség.
Páncél
A kevlár a személyes páncélok, például harci sisakok, ballisztikus arcmaszkok és ballisztikus mellények meglehetősen jól ismert és népszerű összetevője. A kevlár a PASGT sisak és páncélzat kulcsfontosságú eleme, valamint megfelelői, amelyeket 1980 óta használ az Egyesült Államok fegyveres erői. Más katonai alkalmazások közé tartoznak az őrök által használt golyóálló maszkok és a páncélozott járművek személyzetének védelmére használt balaklavák. Még a Nimitz-osztályú repülőgép-hordozók is kevlár páncélt használnak a létfontosságú terek mentén. Ha figyelembe vesszük az anyag polgári felhasználását, meg kell jegyezni, hogy a katasztrófaelhárítási munkások védelmét szolgáló berendezésekben használják, ha tevékenységük kiterjed magas hőmérsékletű tárgyakkal való érintkezésre (például tűzoltás). Ez a terület magában foglalja a kevlárból készült testpáncélt is, amelyet rendőrök, magánszervezetek biztonsági erői és különleges erők használnak.
Az egyéni védelem eszközei
A kevlárból kesztyűket, ujjakat, kabátokat, nadrágokat és egyéb ruhadarabokat készítenek, amelyek célja, hogy megvédjék a felhasználókat a vágásoktól, horzsolásoktól és hőtől. A kevlárból készült védőfelszerelések gyakran lényegesen könnyebbek és vékonyabbak, mint a hagyományosabb anyagokból készült védőfelszerelések.
Sportfelszerelés
Egyes kerékpár gumiabroncsok belső burkolataként használják, hogy megakadályozzák a defekteket. Az asztaliteniszben kevlárrétegeket adnak az ütőkhöz, hogy növeljék a pattanást és súlymegtakarítást érjenek el. Motorosok biztonsági ruházatának gyártásában használják, különösen váll- és könyökvédelemben. A Kyudóban, az íjászat japán művészetében a kevlárszálak segítségével íjhúrt lehet készíteni. Ebben az esetben az anyag a drágább kenderrostok alternatívájaként működik. Ezt az anyagot leggyakrabban siklóernyős tartókábelek készítésére használják. Vívásban védőkabát, nadrág, mellvért és maszkelemek készítésére használják. A teniszütők gyakran kevlár elemeket is tartalmaznak. Még a nagy teljesítményű versenyhajók vitorláiban is használják. A kevlárt egyre gyakrabban használják a "peto"-ban - a puha burkolatban, amely megvédi a Picador lovakat az arénában.
Cipők
A Nike a cipőiparban először használta ki a kevlar alapú termékek létrehozásának technológiájának fejlődését. Szakemberei a Kevlart használták az Elite Series II tornacipők sorozatában (a kosárlabdacipők egy korábbi verziójának továbbfejlesztett változata). Ezt azért tették, hogy csökkentsék a cipő orrának rugalmasságát. Korábban nejlont használtak erre a célra, de a kevlár körülbelül 1%-kal bővült a nejlonhoz képest, amely körülbelül 30%-kal bővült. A cég hasonló cipőket gyárt most LeBron, HyperDunk és Zoom Kobe VII márkanév alatt. Ezeket a cipőket azonban olyan árkategóriában vezették be, amely sokkal magasabb, mint a kosárlabdacipők átlagos költsége.
A kevlárt sebességszabályozó tapaszként is használták néhány szappancipőn, és az Adidas F50 adiZero Prime prémium futballcipők fűzőanyagaként is szolgált.
Zene
Hangtechnika
A kevlarnak jótékony akusztikus tulajdonságai is vannak. Jelenleg az ezen alapuló szöveteket akusztikus hangszórók diffúzorainak létrehozására használják (alacsony és közepes frekvenciák). Ezenkívül a kevlárt szilárdsági elemként használják száloptikai kábelekben, például az audioadatok továbbítására használt kábelekben.
Húrok
A kevlár akusztikus magként használható vonós hangszerekhez. A kevlár fizikai tulajdonságai erőt, rugalmasságot és stabilitást adnak a húroknak. Ma az egyetlen ilyen típusú húr gyártója a CodaBow.
Dobok
A kevlárt néha pergődobok menetének anyagaként használják (az alsó fej mentén húrokkal). Használata lehetővé teszi, hogy nagyon magas feszültséget érjünk el, ami elég tiszta hangzást eredményez a kimeneten. A kevlart általában gyantaréteggel vonják be, hogy lezárják, a tetejére pedig egy nejlonréteget adnak, hogy lapos ütőfelületet biztosítsanak.
Egyéb alkalmazások
Tűzzel táncol
A tűztánc kellékeihez való kanócok kevlárt tartalmazó kompozit anyagokból készülnek. A kevlar önmagában nem szívja fel jól a gyúlékony anyagokat, ezért keverik más anyagokkal, például üvegszállal vagy pamuttal. A nagy hőállóság lehetővé teszi a Kevlar kanócok többszöri újrafelhasználását.
Serpenyők
A kevlárt néha a teflonbevonat helyettesítőjeként használják egyes tapadásmentes serpenyők gyártói.
Kötelek, kábelek, köpenyek
A kevlárt fonott kötelekben és kábelekben használják, ahol a kevlár szálak párhuzamosan vannak csoportosítva, és kívülről polietilén burkolattal borítják. Függőhidaknál kábeleket használnak. A kevlárt széles körben használják száloptikai kábelek külső védőburkolataként (az anyag megvédi a kábelt a sérülésektől és a megtöréstől).
A kevlar szőtt kagylókat a következő cégek gyártják:
A.W. Chesterton Társaság(chesterton.com). Terméke, a Chesterton 1740, egy kevlárszálból és politetrafluoretilénből (teflon, PTFE) készült közbenső fonat. A Chesterton 1740 fő jellemzői: hőmérséklethatár - 260 °C (500 °F), vegyszerállóság - pH 4-11, nyomáshatár 20 bar/g (300 psi). Minden szálszál külön-külön PTFE-vel van bevonva a jobb hőelvezetés érdekében. A Chesterton 1740 a középső komponensek különféle kombinációit kínálja, hogy elérje a kívánt nyomás-, hőmérséklet-, vegyszer- és kopásállóságot.
Vállalat Diflon(diflo n.it) KV sorozatú szövött hüvelyeket kínál (-100 - 400 °C; 50 - 100 bar), amelyek Kevlar szálakból és politetrafluoretilénből állnak. A héjakat fokozott hőállóság jellemzi. Ez a héj nem szennyezi a szomszédos felületeket, alacsony a súrlódási együtthatója és elvezeti a hőt. Alkalmazások: szennyvíztisztítás, zsiliprendszer, alacsony nyomású szelepek, dugattyús motorok tengelyei, savak, lúgok, olajok kezelése. A termék univerzálisan alkalmazható, kivéve az oxigénnel, erős lúgokkal és oxidálószerekkel történő munkavégzést. A termék papíriparban, petrolkémiai és vegyiparban, valamint erőművekben használható.
Termék DEPACAnstaltLétrehozás(depac.at) kiváló alternatívája az azbeszt alapú fonásnak. A kevlárfonás különösen hatékony a kemény anyagok kezelésében és a papíriparban, acélgyárakban, szennyvíztisztító telepeken és cukoriparban. A DEPAC speciális, 4 darabból álló, nagy sűrűségű átlós szövése egyesíti a vegyszerállóságot a nagy szilárdsággal, hogy optimális tömítést biztosítson minimális érintkezési nyomás mellett.
Elektromos geneártor
A Georgia Institute of Technology (USA) tudósai a kevlart használták egy kísérlet alapjául olyan ruházat létrehozására, amely képes elektromos áramot termelni. Ez úgy történt, hogy cink-oxid nanoszálakat szőttek szövetbe. Ha a projekt sikeres lesz, az új szövet körülbelül 80 milliwattot termel négyzetméterenként.
Épület
A több mint 5500 négyzetméteren lehúzható kevlár tető kulcsfontosságú része volt az 1976-os nyári olimpiai játékok Montreali Olimpiai Stadionjának tervezésének. Ez a kivitelezés hihetetlenül sikertelen volt, hiszen a tető tíz év késéssel készült el, majd újabb tíz év elteltével (1998. május végén) számos probléma után cserélni kellett.
Fékek
A tűzött szálat a fékbetétek azbeszt helyettesítésére használták. A por, amely az azbeszt alapú fékek mellékterméke, nagyon mérgező, míg az aramidszálak jobb megoldást jelentenek.
Hőmérséklet kompenzátorok és tömlők
A kevlár megerősítő rétegként használható gumiharangcsövek tágulási kötéseiben és gumitömlőiben, amelyeket magas hőmérsékleten történő használatra terveztek, és nagy szilárdságúaknak kell lenniük. Használható zsinórrétegként is a tűzoltótömlő külső oldalán, hogy nagyobb védelmet biztosítson az éles tárgyakkal szemben.
Részecskefizika
Vékony Kevlar ablakot használtak a CERN NA48 kísérletében. Az anyagot a vákuumkamra és az atmoszférikus nyomású kamra elválasztására használták. A részecskefizikai kísérletek sorozata NA48 a kaon-bomlás mechanizmusának vizsgálatára vonatkozott. A tudományos munkában több mint 100 főként nyugat-európai és oroszországi (JINR) fizikus vett részt.
Okostelefonok
A Motorola RAZR okostelefonok sorozatát a Kevlar hátsó burkolat jellemzi. Az eszközfejlesztők ezt az anyagot választották másokhoz, például a szénszálhoz, mivel ellenáll a mechanikai igénybevételnek, és nem zavarja a jelátvitelt.
Kompozit anyagok
Az aramidszálakat széles körben használják a kompozit anyagok megerősítésére, gyakran ugyanazt a kevlárt használják szénszálas és üvegszálas kombinációban. A nagy teljesítményű kompozitok mátrixa általában epoxigyanta. A tipikus alkalmazások közé tartozik az F1-es versenyautók monokok gyártása (olyan típusú térvázas konstrukció, amelyben (a váz- vagy vázszerkezetekkel ellentétben) a külső héj a fő és általában az egyetlen teherhordó elem); helikopterlapátok, tenisz-, asztalitenisz-, tollaslabda- és squash-felszerelések, kajakok, krikettütők, hokiütők és lacrosse ütők gyártása.
Jelenleg a kevlár az állandóan veszélyben lévő emberek ruházatának és felszerelésének részévé vált: katonai és biztonsági tisztviselők, űrhajósok és kutatók, sportolók és tűzoltók. A kevlárszálakat mindenhol használják, ahol fokozott szilárdságra van szükség, az autógumiktól a jachttestekig, alkalmazási körük folyamatosan bővül, a gyártástechnológiát fejlesztik. Ez az anyag fél évszázaddal ezelőtt érkezett, és sokan furcsállják, hogy a szerzője nő volt.
Hogyan jött létre a Kevlar?
Jelképes, hogy ennek az egyedi szálnak a feltalálója, Stephanie Kwolek gyermekkorában szeretett babáknak ruhákat varrni. Iskola után a Carnegie Egyetemen kémia szakon végzett, de az orvoslásról álmodott. Annak érdekében, hogy pénzt keressen az egyetemi tanulmányokhoz, 1946-ban a lány a híres DuPont konszernnél kezdett dolgozni, és hamarosan rájött, hogy hivatása végül is a kémia. 1964-ben Kwolek csoportja azon dolgozott, hogy javítsa a poliaramidok, a rúdszerű szerkezetű polimer anyagok előállítását, amelyek helyettesíthetik a gumiabroncsok acélzsinórját. Az olvasztási módszer elhagyásával Stephanie egy szokatlan megjelenésű megoldást tudott létrehozni, amely a fonókon áthaladva aramidszálakká alakult.
Amikor elkezdték tesztelni a kapott szál szilárdságát, a kutatók úgy döntöttek, hogy a berendezés elromlott - az új anyag szilárdsági mutatói ötször nagyobbak, mint az acélé.
Az új anyag, a Kevlar a hetvenes években került kereskedelmi forgalomba. Abroncsok, kordszalagok és kompozit anyagok gyártására kezdték használni. Ugyanakkor a katonai és a rendvédelmi szervek felhívták a figyelmet a poliaramid szálak nagy szilárdságára, amelyek célja egyéni védőfelszerelések fejlesztése volt. A golyóálló mellény ötlete az első világháború idején jelent meg (szerzője Conan Doyle író volt), de a hagyományos fémlemezek nehezek voltak és akadályozták a mozgást.
Az Amerikai Nemzeti Igazságügyi Intézet szakemberei több éven át alapos kutatásokat végeztek, amelyek során bebizonyították, hogy a legelterjedtebb 38-as kaliberű golyólövésekkel szembeni ellenállást hét réteg kevlárszövet biztosítja. A terepi tesztelés utolsó szakasza azt mutatta, hogy az ilyen páncélok szilárdsága csökken, ha nedves lesz, és ha UV-sugárzásnak vannak kitéve. Azt is megállapították, hogy a kevlárszövet termékek többszöri mosás után rontják védő tulajdonságaikat, és nem tűrik a fehérítést vagy a vegytisztítást.
A fejlesztések eredménye egy vízálló anyaggal bevont kevlár testpáncél lett, amely védelmet nyújt a megerősített rétegnek a víz és a nap ellen. Emellett egyéni védőfelszerelésként kezdték használni a kevlár sisakokat, kesztyűket, cipőbetéteket stb.
Az aramid szálak tulajdonságai
A nagy szilárdságon kívül a Kevlar számos más egyedi tulajdonsággal is rendelkezik, nevezetesen:
- ha tűzzel és magas hőmérséklettel érintkezik, ez a szál nem ég, nem füstöl és nem olvad meg;
- A kevlar nem mérgező és nem robbanásveszélyes;
- hőbomlási hőmérséklete 430-450 fok;
- a karmos szálak szilárdsága fokozatosan csökkenni kezd, ha 150 fok fölé melegítik;
- fagyott állapotban a Kevlar csak erősebbé válik, képes ellenállni a kriogén hőmérsékletnek (-200 fokig);
- ez az anyag elektromos szigetelő.
Ezenkívül a kevlar szövet puha, higroszkópos és levegővel cserélhető, és meglehetősen kényelmes a használata. Igaz, ez nem vonatkozik azokra a ruhákra, amelyeket nyílt tűzön és magas hőmérsékleten való használatra terveztek. A hőállóság növelése érdekében a Kevlar alumíniummal van bevonva. Az ilyen szálból készült anyag megbízhatóan véd az erős hősugárzástól, az 500 fokra melegített felületekkel való érintkezéstől, valamint a forró fém fröccsenésétől.
Azt is hozzá kell tenni, hogy ez az anyag meglehetősen könnyű - egy méter szövet súlya 30-60 g, és bár nem olcsó (négyzetméterenként 30 dollártól), kiváló védő tulajdonságai teljes mértékben indokolják az ilyen költségeket. A Kevlar szálakkal megerősített védőanyagok valamivel olcsóbbak, így ellenállnak a szakadásnak és a kopásnak. Az ilyen anyagokat munka- és sportruházat védőbetéteihez, kesztyűkhöz, valamint kopásálló talpbetétként használják. A belőlük készült termékek gondozása rendkívül egyszerű. Nem szabad:
- gyakran mosson;
- tisztítsa meg kémiai reagensekkel;
- napfénynek kitenni.
Hol használják a kevlart?
Ez a nagy szilárdságú szál a legkülönfélébb felhasználási területeken található – a repülés- és űripartól a sport- és utazási ruházatig. A kevlar cérna, zsinór, szövet formájában, valamint kompozit és vegyes anyagok összetevőjeként kerül a piacra. Alkalmazásának fő módjai a következők:
KEVLAR™- aramid kereskedelmi neve - poliparafenilén-tereftalamid, nagy szilárdságú szintetikus szál (ötször erősebb, mint az acél, szakítószilárdság σ0 = 3620 MPa). Az amerikai DuPont cég fejlesztette ki 1965-ben, kereskedelmi alkalmazása az 1970-es évek elején kezdődött. A könnyű, tartós és biztonságos Kevlar anyag jelentősen javíthatja a munkaruházat és védőfelszerelések teljesítményjellemzőit. Ma a kevlart olyan termékek gyártására használják, amelyek nagy kopásállóságot igényelnek az anyagokból: mászókötelek, gyorshúzók, sisakok, cipő felsőrészek, hátizsákok, sílécek, kesztyűk, valamint munkaruházat gyártásához. A kevlar szál könnyű és rendkívül ellenálló a különféle típusú ütésekkel szemben. Olyan tulajdonságokkal rendelkezik, mint a tűzállóság és a hőállóság. A fejlesztők szerint az azonos tömegű kevlárszálak ötször erősebbek, mint az acél.
A Kevlar alkalmazási területe
Kezdetben az anyagot autógumik megerősítésére fejlesztették ki, és ma is használják ebben a minőségben. Ezenkívül a kevlart erősítő szálként használják kompozit anyagokban, amelyek erősek és könnyűek.
A kevlárt réz- és optikai kábelek megerősítésére használják (a kábel teljes hosszában lévő menet, amely megakadályozza a kábel megnyúlását és eltörését), hangszórókúpokban, valamint a protézis- és ortopédiai iparban a szénrészek kopásállóságának növelésére. rostos lábak.
A kevlárszálat vegyes szövetekben erősítő komponensként is használják, így a belőlük készült termékek ellenállnak a koptató és vágó hatásoknak; különösen a sportruházatban (motorsportokhoz, snowboardozáshoz stb.) készült védőkesztyűk és védőbetétek készülnek ilyen anyagokból. ).
A munkaruházatban a kevlárszálas szövetet főként a térd (térdpárna) és a könyök területén lévő párnák megerősítésére használják. Mert A kevlár szövet nagy kopásállósággal rendelkezik, ezért olyan helyeken használják ruházatban, ahol a legnagyobb igénybevétel a kopáson, vágásokon és szúrásokon van.
Használd testpáncélban
Kevlár szerkezet. A polimer nagyfokú rendezettségét és szilárdságát az intermolekuláris hidrogénkötések biztosítják.
Az anyag mechanikai tulajdonságai alkalmassá teszik golyóálló mellények gyártására. Ez a Kevlar egyik leghíresebb felhasználási módja.
Az 1970-es években a testpáncél fejlesztésének egyik legjelentősebb előrelépése a kevlárszálas megerősítés volt. A kevlár testpáncél fejlesztése a National Institute of Justice által több éven át, négy szakaszban zajlott. Az első szakaszban a szálat tesztelték, hogy megállapítsák, meg tudja-e állítani a golyót. A második lépés az volt, hogy meghatározzuk az anyagrétegek számát, amelyek megakadályozzák a különböző sebességgel haladó, különböző kaliberű golyók behatolását, és egy prototípus mellény kifejlesztése volt, amely megvédi az alkalmazottakat a leggyakoribb fenyegetésektől: .38 Special és .22 Long Rifle golyókat. 1973-ra egy hétrétegű kevlárszálas mellényt fejlesztettek ki terepi tesztelésre. Megállapították, hogy nedves állapotban a kevlár védő tulajdonságai romlottak. A lövedékek elleni védekezés képessége is csökkent ultraibolya fénynek, beleértve a napfényt is. A vegytisztítás és a fehérítők szintén negatívan befolyásolták az anyag védő tulajdonságait, csakúgy, mint az ismételt mosás. E problémák leküzdésére egy vízálló mellényt fejlesztettek ki, amely szövetbevonattal rendelkezik, hogy megakadályozza a napfény és más káros tényezők hatását.
Hajógyártás
Az elmúlt évtizedben a kevlár széles körben elterjedt a hajógyártásban. A kevlár technológiai nehézségei és ára miatt szelektíven használják. Például csak a gerincrészben vagy a varratoknál. Sok gyártó (például a BAIA Yachts, a Blue water, a Danish yacht, a Zeelander Yachts hajógyárak), amelyek évente nem túl nagy számú jachtot gyártanak, szisztematikusan áttérnek a Kevlar használatára. A kevlár jachtok gyártásában vezető szerepet tölt be a Cranchi olasz hajógyár, amely 11 és 21 méter közötti méretű kevlár jachtokat gyárt.
Légi közlekedési ágazat
A kevlart számos pilóta nélküli légi jármű (például az RQ-11) tervezésében használják a védelem javítása érdekében.
Hőmérséklet tulajdonságai
A kevlár alacsony hőmérsékleten, egészen kriogén hőmérsékletig (-196 °C) megtartja erejét és rugalmasságát, sőt alacsony hőmérsékleten még kissé meg is erősödik.
Melegítéskor a kevlár nem olvad meg, hanem viszonylag magas hőmérsékleten (430-480 °C) lebomlik. A bomlási hőmérséklet a hevítési sebességtől és a hőmérsékletnek való kitettség időtartamától függ. Magas hőmérsékleten (150 °C felett) a kevlár erőssége idővel csökken. Például 160 °C hőmérsékleten a szakítószilárdság 500 óra elteltével 10-20%-kal csökken. 250°C-on a kevlár 70 óra alatt elveszti erejének 50%-át.