Kevlarová tkanina. Kevlarová tkanina: materiál pevnejší ako oceľ Na čo sa Kevlar používa?
Kevlarové vlákno má charakteristickú zlatožltú farbu. Priemer elementárneho vlákna je 10 mikrónov.
Kevlar K-29 (1975) - používaný v priemysle na výrobu káblov, brzdových doštičiek, osobného brnenia a pancierovania pre bojové vozidlá. Kevlar K49 je značka vysokomodulového vlákna používaného v káblovom priemysle, na výrobu opletení optických vlákien, na výrobu lán a na vystuženie plastov. Kevlar K100 je továrensky farbená priadza. Kevlar K119 - vysoká ťažnosť, pružný a má zvýšenú únavovú pevnosť. Kevlar K129 je trieda vysokopevnostného pancierového vlákna. Kevlar AP je o 15 percent silnejší ako K-29. Kevlar XP je kompozícia na báze vysokoviskóznej živice a nového vlákna KM2plus. Kevlar KM2(1992) - značka vlákna na výrobu tkaniny, ktorá spĺňa požiadavky na nepriestrelnú ochranu tela a nepriestrelnú vestu.
Aplikácia [ | ]
Materiál bol pôvodne vyvinutý na vystuženie pneumatík automobilov, na ktoré sa používa dodnes. Okrem toho sa Kevlar používa ako výstužné vlákno v kompozitných materiáloch, ktoré sú pevné a ľahké.
Kevlar sa používa na vystuženie medených a optických káblov (závit po celej dĺžke kábla, čím sa bráni natiahnutiu a pretrhnutiu kábla), v kužeľoch reproduktorov a v protetickom a ortopedickom priemysle na zvýšenie odolnosti častí uhlíkových vlákien proti opotrebovaniu. nohy.
Kevlarové vlákno sa používa aj ako spevňujúca zložka zmesových tkanín, z ktorých sa vyrábajú výrobky z nich odolné voči abrazívnym a rezným vplyvom, z takýchto tkanín sa vyrábajú najmä ochranné rukavice a ochranné vložky do športového oblečenia (pre motoršport, snowboarding atď.). ). Používa sa aj v obuvníckom priemysle na výrobu vložiek proti prepichnutiu.
Osobná obrnená ochrana[ | ]
Fragmenty prilby z kevlarovej tkaniny a polyméru, ktorá sa použila v boji na absorbovanie energie výbuchu ručného granátu, severovýchodný Irak, 2004. Desiatnik Dunham, ktorý prikryl granát svojou prilbou, bol zabitý.
Mechanické vlastnosti materiálu ho predurčujú na výrobu osobnej pancierovej ochrany (PIB) - nepriestrelnej vesty a nepriestrelnej vesty. Výskum v druhej polovici 70-tych rokov ukázal, že vlákno Kevlar-29 a jeho následné modifikácie, keď sa používajú vo forme viacvrstvovej tkaniny a plastových (látko-polymérových) bariér, poskytujú najlepšiu kombináciu rýchlosti absorpcie energie a trvania interakcie s úderník, čím poskytuje relatívne vysoké, vzhľadom na hmotnosť prekážky, ukazovatele nepriestrelnosti a odolnosti proti triešteniu. Toto je jedno z najznámejších použití kevlaru.
Kevlar má relatívne nízku hmotnosť, ale značnú silu vnútorného trenia, ktorá vám umožňuje rýchlo rozptýliť kinetickú energiu počas kolízie a premeniť ju na teplo. Zároveň vďaka svojej tenkosti nie je schopný zastaviť ostré a ťažké predmety, ktoré majú veľký impulz, napríklad guľka do pušky alebo čepeľ bajonetu. Z tohto dôvodu je v modernej armádnej pancieri kombinovaná s dodatočnými ochrannými plátmi vyrobenými z ocele, titánu alebo keramiky, ktoré sú krátkodobé, ale môžu zachrániť život vojaka v boji, ako aj s prvkami tlmiacimi nárazy na zníženie pancierový efekt projektilov.
V sedemdesiatych rokoch minulého storočia bolo jedným z najvýznamnejších pokrokov vo vývoji nepriestrelnej vesty použitie výstuže z kevlarových vlákien. Vývoj kevlarovej nepriestrelnej vesty americkým Národným inštitútom spravodlivosti prebiehal niekoľko rokov v štyroch etapách. V prvej fáze sa vlákno testovalo, aby sa zistilo, či dokáže zastaviť guľku. Druhou fázou bolo určenie počtu vrstiev materiálu potrebného na zabránenie prieniku striel rôznych kalibrov a pohybujúcich sa rôznymi rýchlosťami a vývoj prototypu vesty schopnej ochrániť zamestnancov pred najbežnejšími hrozbami: .38 Special a .22 Long. Puškové náboje kalibru. Do roku 1973 bola vyvinutá sedemvrstvová vesta z kevlarových vlákien na testovanie v teréne. Zistilo sa, že za mokra sa ochranné vlastnosti Kevlaru zhoršili. Schopnosť chrániť sa pred guľkami sa tiež znížila po vystavení ultrafialovému svetlu vrátane slnečného žiarenia. Chemické čistenie a bielidlá tiež negatívne ovplyvnili ochranné vlastnosti tkaniny, rovnako ako opakované pranie. Na prekonanie týchto problémov bola vyvinutá nepremokavá vesta s látkovým poťahom, ktorý zabraňuje vystaveniu slnečnému žiareniu a iným škodlivým faktorom.
Stavba lodí [ | ]
Od začiatku 90. rokov 20. storočia sa kevlar rozšíril v stavbe lodí. Kvôli technologickým ťažkostiam a cene kevlaru sa používa selektívne. Napríklad len v kýlovej časti alebo vo švíkoch. Mnoho výrobcov (ako sú lodenice BAIA Yachts, Blue water, Dolphin, Danish yacht, Zeelander Yachts), ktorí ročne vyrábajú nie príliš veľké množstvo jácht, systematicky prechádza na používanie Kevlaru. Jedným z lídrov vo výrobe kevlarových jácht je [ kým?] Talianska lodenica Cranchi, ktorá vyrába kevlarové jachty vo veľkostiach od 11 do 21 metrov.
Moderné high-tech materiály sa čoraz viac používajú v rôznych priemyselných odvetviach. Jednou z nich je kevlarová tkanina. Tento prvok sa odlišuje od iných prostriedkov svojou vynikajúcou odolnosťou voči treniu a ostrému nárazu. V kompozitných materiáloch sa teda najčastejšie kombinuje s rôznymi materiálmi zasa v textilnom priemysle našla kevlarová tkanina široké uplatnenie. Takýto high-tech materiál ako Kevlar sa používa na šitie búnd, džínsov, rukavíc, na výrobu káblov a mnoho iného.
Vlastnosti kevlarovej tkaniny
Tkanina Kevlavr sa aktívne používa ako vystužujúci prostriedok pre rôzne kompozitné materiály. Kevlarová tkanina má vysokú pevnosť, s veľmi nízkou hmotnosťou. Takýto výrobok nielenže nestráca svoje vlastnosti pod vplyvom nízkych teplôt (teplotný limit je -190 stupňov), ale získava aj dodatočnú pevnosť.
Vystavenie vysokým teplotám tiež nespôsobí veľké škody na kevlarovej tkanine, pretože teplota jej zničenia sa pohybuje od +430 do +480 stupňov. Okrem toho teplota deštrukcie úplne závisí od času a intenzity ohrevu. Aby sa znížili náklady na hotové výrobky, bola zavedená výroba kombinovaných tkanín, do ktorých sa pridávajú vlákna zo sklenených vlákien alebo uhoľné vlákna. Kevlarová tkanina nepredstavuje absolútne žiadnu hrozbu pre ľudské zdravie.
Vysoká tepelná odolnosť a pevnosť kevlarovej tkaniny umožňuje jej použitie na výrobu uniforiem pre hasičov. Vzhľadom na to, že Kevlar je 5-krát pevnejší ako oceľ (pri rovnakej hmotnosti), je možné ho použiť na výrobu nepriestrelnej vesty. Práve špeciálne ochranné pomôcky, ich pomerne úspešná výroba, do značnej miery prispeli k popularite kevlarovej tkaniny. Teraz sa takýto materiál používa v rôznych priemyselných odvetviach vrátane letectva.
Prevádzka kevlarovej tkaniny
V každodennom živote našiel Kevlar tiež veľmi široké uplatnenie. Najčastejšie sa používa práve tam, kde sa vyžaduje vysoká odolnosť voči nízkym a vysokým teplotám, a teda aj jeho najvyššia pevnosť. Kevlarová tkanina sa zvyčajne používa na výrobu rôznych zariadení pre športovcov (prilby, laná, rukavice atď.). Okrem toho, ako už bolo spomenuté, kevlarová tkanina sa aktívne používa pri výrobe kompozitných materiálov.
Pokiaľ ide o ukazovatele teploty a pevnosti, Kevlar je o niečo horší ako uhlíkové vlákna, ale zároveň oveľa lepšie znáša zaťaženie v ohybe. V snahe spojiť kvality týchto dvoch materiálov boli vytvorené kombinované kevlarové tkaniny s približne rovnakým množstvom oboch materiálov. Takéto tkaniny veľmi dobre znášajú elastickú deformáciu. Karbón-kevlarová tkanina však stráca pevnosť, má o niečo väčšiu hmotnosť a veľmi dobre neznáša kontakt s vodou.
Kombinácia epoxidových živíc s kevlarovou tkaninou však nie je ideálna. Takéto živice majú tendenciu „naberať“ vlhkosť a hromadiť ju v sebe. Kevlar pri kontakte s vodou výrazne stráca svoje vlastnosti, ktoré sú v suchom stave také vysoké. Ultrafialové svetlo je navyše katalyzátor, ktorý znižuje životnosť kevlarovej zložky.
Preto je vhodné používať Kevlar iba v určitých podmienkach (s využitím absolútne všetkých pozitívnych vlastností materiálu), čo v súčasnosti v skutočnosti neznižuje jeho dopyt. Kevlarová tkanina sa používa na šitie stavebno-špeciálnych pracovných odevov (montážne rukavice, zváračské kombinézy a pod.).
Kevlar je registrovaná ochranná známka para-aramidového syntetického vlákna a patrí do širokej skupiny aramidových vlákien ako Nomex a Technora. Tento vysoko pevný materiál, vyvinutý spoločnosťou DuPont v roku 1965, bol prvýkrát komercializovaný začiatkom 70. rokov ako náhrada ocele v pretekárskych pneumatikách. Typicky je Kevlar distribuovaný vo forme káblov alebo tkaniny, ktoré môžu byť použité samostatne alebo ako prvok v kompozitných kompozitných materiáloch.
V súčasnosti má Kevlar mnoho aplikácií, od pneumatík na bicykle a plachiet jácht a iných lodí až po pancier (kvôli vysokému pomeru pevnosti v ťahu k hmotnosti; v tomto ukazovateli je Kevlar 5-krát lepší ako oceľ). Používa ho aj protetický a ortotický priemysel na zvýšenie odolnosti častí chodidiel z uhlíkových vlákien proti opotrebovaniu. Kevlar sa používa na výrobu kužeľov reproduktorov.
Podobné vlákno s názvom Twaron s približne rovnakou chemickou štruktúrou vyvinuli špecialisti Akzo v 70. rokoch minulého storočia a jeho komerčná výroba začala v roku 1986. V súčasnosti vlákno Twaron vyrába spoločnosť Teijin.
Polyparafenyléntereftalamid – ktorý sa predáva pod značkou Kevlar – vynašla poľsko-americká chemička Stephanie Kwolek, keď pracovala v spoločnosti DuPont. Dôvodom začiatku vývoja novej látky bol vtedajší pivovarnícky nedostatok benzínu. V roku 1964 Kwolekova skupina začala hľadať nové ľahké, pevné vlákno na použitie v ľahkých, ale odolných pneumatikách. V tom čase pracovala s množstvom polymérov - polybenzamidom a poly/p-fenyléntereftalátom. Na základe týchto komponentov sa výskumníkovi podarilo získať vlákno, ktoré na rozdiel od nylonu nebolo krehké. Do roku 1971 bol získaný moderný príklad Kevlaru. Kwolek sa však aktívne nezapájal do vývoja kevlarových produktov a ich aplikácií.
1. História
2 Výroba
3 Štruktúra a vlastnosti
4 Tepelné vlastnosti
5 Aplikácie
5.1 Ochrana
5.1.1 Kryogenika
5.1.2 Brnenie
5.1.3 Osobné ochranné prostriedky
5.2 Športové vybavenie
5.2.1 Topánky
5.3 Hudba
5.3.1 Zvukové vybavenie
5.3.2 Struny
5.3.3 Bicie
5.4 Iné aplikácie
5.4.1 Tanec s ohňom
5.4.2 Panvice
5.4.3 Laná, káble, plášte
5.4.4 Výroba elektriny
5.4.5 Výstavba budov
5.4.6 Brzdy
5.4.7 Teplotné kompenzátory a hadice
5.4.8 Fyzika častíc
5.4.9 Smartfóny
6 Kompozitné materiály
Výroba
Kevlar sa syntetizuje v roztoku z monomérov fenylén-1,4-diamínu (p-fenyléndiamínu) a tereftaloylchloridu pomocou kondenzačnej reakcie. Kyselina chlorovodíková je v tomto prípade vedľajším produktom. Výsledkom je látka s charakteristikami tekutých kryštálov, ktorých polymérne reťazce sú orientované jedným smerom, čo umožňuje vytvorenie pevného vlákna. Ako polymerizačné rozpúšťadlo sa pôvodne používal hexametylfosforamid (HMPA), ale z bezpečnostných dôvodov ho spoločnosť DuPont nahradila roztokom N-metylpyrolidónu a chloridu vápenatého. Keďže tento proces už bol patentovaný spoločnosťou Akzo (pozri vyššie) na výrobu Twaronu, krok spoločnosti DuPont vyvolal patentový spor.
Reakciou fenylén-1,4-diamínu (p-fenyléndiamínu) a tereftaloylchloridu vzniká kevlar
Výroba kevlaru (polyparafenyléntereftalamid) je pomerne nákladný proces kvôli ťažkostiam spojeným s použitím koncentrovanej kyseliny sírovej potrebnej na udržanie vo vode nerozpustného polyméru v roztoku počas jeho syntézy a tvorby vlákna.
Existuje niekoľko druhov kevlaru:
Kevlar K-29 - používaný v priemyselných aplikáciách, ako sú káble, azbestové náhrady, brzdové doštičky, pancier karosérie/vozidla;
Kevlar K49 je vysokomodulový materiál používaný v kábloch a lanách;
Kevlar K100 - farebná verzia kevlaru;
Kevlar K119 - má vysokú ťažnosť, pružnosť a relatívne vysokú únavovú pevnosť;
Kevlar K129 - vyznačuje sa vyššou pevnosťou v porovnaní so štandardným kevlarom; široko používané pre balistické aplikácie;
Kevlar AP - o 15% vyššia pevnosť v ťahu ako K-29;
Kevlar XP je kombináciou ľahkej živice a vlákien KM2;
Kevlar KM 2 - vylepšené balistické vlastnosti, používané pri tvorbe brnenia.
Vystavenie ultrafialovej zložke slnečného žiarenia vedie k degradácii a rozpadu kevlaru. Preto sa zriedka používa vonku bez ochrany pred slnečným žiarením.
Štruktúra a vlastnosti
Po vytvorení majú kevlarové vlákna pevnosť v ťahu asi 3620 MPa a relatívnu hustotu 1,44. Polymér vďačí za svoju vysokú pevnosť mnohým väzbám medzi monomérmi. Tieto väzby majú väčší vplyv na vlastnosti Kevlaru ako van der Waalsove sily a dĺžka reťazca, ktoré typicky ovplyvňujú vlastnosti iných syntetických polymérov a vlákien, ako je Dyneema. Prítomnosť solí a niektorých ďalších nečistôt, najmä vápnika, môže ovplyvniť vlastnosti konečného produktu a pri výrobe sa snažia vyhnúť zaradeniu nečistôt do zloženia kevlaru.
Tepelné vlastnosti
Kevlar si zachováva pevnosť a pružnosť až do kryogénnych teplôt (-196°C). V skutočnosti sa pri nízkych teplotách stáva trochu silnejším. Pri vyšších teplotách sa pevnosť v ťahu okamžite zníži asi o 10-20% a po niekoľkých hodinách nepretržitého pôsobenia tepla sa pevnosť v ťahu zníži ešte viac. Napríklad pri 160 °C (320 °F) nastane 10 % zníženie pevnosti po približne 500 hodinách pôsobenia tepla. Pri 260 °C (500 °F) nastáva 50 % zníženie pevnosti po 70 hodinách vystavenia zdroju tepla.
Aplikácie
Ochrana
Kryogenika (fyzika nízkych teplôt)
Kevlar sa často používa v oblasti fyziky nízkych teplôt. Je to spôsobené nízkou tepelnou vodivosťou a vysokou pevnosťou v porovnaní s inými materiálmi, ktoré sa používajú na vytváranie suspenzií. Najbežnejšie použitie Kevlaru je oddelenie zásobníka paramagnetických solí od jadra supravodivého magnetu, aby sa minimalizoval únik tepla do paramagnetického materiálu. Používa sa tiež pri vytváraní [konštrukčných] výstuh alebo konštrukčnej podpory pre aplikácie, kde sa vyžaduje nízky únik tepla.
Brnenie
Kevlar je pomerne známy a obľúbený komponent osobného brnenia, ako sú bojové prilby, balistické masky na tvár a balistické vesty. Kevlar je kľúčovým komponentom prilby a panciera PASGT a jej ekvivalentov, ktoré ozbrojené sily Spojených štátov používajú od roku 1980. Medzi ďalšie vojenské aplikácie patria nepriestrelné masky používané strážcami a kukly používané na ochranu posádok obrnených vozidiel. Dokonca aj lietadlové lode triedy Nimitz používajú kevlarové pancierovanie pozdĺž životne dôležitých priestorov. Ak vezmeme do úvahy civilné využitie materiálu, treba poznamenať, že sa používa v zariadeniach na ochranu pracovníkov havarijnej reakcie, ak rozsah ich činnosti zahŕňa kontakt s predmetmi, ktoré majú vysokú teplotu (napríklad hasenie požiaru). Do tejto oblasti patrí aj nepriestrelná vesty vyrobená z kevlaru, ktorú používajú policajti, súkromné bezpečnostné zložky súkromných organizácií a špeciálne jednotky.
Prostriedky individuálnej ochrany
Kevlar sa používa na výrobu rukavíc, rukávov, búnd, nohavíc a iných odevov, ktoré sú určené na ochranu používateľov pred rezmi, odreninami a teplom. Ochranné vybavenie vyrobené z Kevlaru je často výrazne ľahšie a tenšie ako ekvivalenty vyrobené z tradičnejších materiálov.
Športové vybavenie
Používa sa ako vnútorná výstelka niektorých bicyklových pneumatík, aby sa zabránilo prepichnutiu. V stolnom tenise sa do rakiet pridávajú vrstvy kevlaru, aby sa zvýšil odraz a dosiahla sa úspora hmotnosti. Používa sa pri výrobe bezpečnostných odevov pre motorkárov, najmä pri ochrane ramien a lakťov. V Kyudo, japonskom umení lukostreľby, môžu byť kevlarové vlákna použité na vytvorenie tetivy. V tomto prípade materiál pôsobí ako alternatíva k drahším konopným vláknam. Tento materiál sa najčastejšie používa na vytváranie nosných káblov pre paraglajdistov. V šerme sa používa na vytváranie ochranných búnd, nohavíc, náprsníkov a prvkov masky. Tenisové rakety často obsahujú aj kevlarové prvky. Používa sa dokonca aj v plachtách pre vysokovýkonné pretekárske lode. Kevlar sa stále viac používa v "peto" - mäkkom poťahu, ktorý chráni pikadorské kone v aréne.
Topánky
Prvýkrát v obuvníckom priemysle Nike využila pokroky v technológii vytvárania produktov na báze Kevlaru. Jeho špecialisti používali Kevlar v sérii tenisiek Elite Series II (vylepšená verzia staršej verzie basketbalových tenisiek). Toto bolo urobené s cieľom znížiť elasticitu špičky topánky. Predtým sa na tento účel používal nylon, ale kevlar expandoval asi o 1% v porovnaní s nylonom, ktorý expandoval asi o 30%. Spoločnosť teraz vyrába podobné topánky pod značkami LeBron, HyperDunk a Zoom Kobe VII. Tieto tenisky však boli predstavené v cenovom rozpätí, ktoré je oveľa vyššie ako priemerné náklady na basketbalovú obuv.
Kevlar bol tiež použitý ako nášivky na reguláciu rýchlosti na niektorých mydlových topánkach a tiež slúžil ako čipkový materiál pre prémiové kopačky Adidas F50 adiZero Prime.
Hudba
Zvuková aparatúra
Zistilo sa tiež, že kevlar má priaznivé akustické vlastnosti. V súčasnosti sa tkaniny na jej základe používajú na vytváranie difúzorov pre akustické reproduktory (nízke a stredné frekvencie). Okrem toho sa Kevlar používa ako pevný prvok v kábloch z optických vlákien, ako sú tie, ktoré sa používajú na prenos zvukových údajov.
Struny
Kevlar je možné použiť ako akustické jadro v strunách pre sláčikové nástroje. Fyzikálne vlastnosti kevlaru dodávajú strunám pevnosť, pružnosť a stabilitu. Dnes je jediným výrobcom tohto typu výpletu CodaBow.
Bicie
Kevlar sa niekedy používa ako materiál na pochodové malé bubny (so strunami pozdĺž spodnej hlavy). Jeho použitie nám umožňuje dosiahnuť veľmi vysoké napätie, výsledkom čoho je pomerne čistý zvuk na výstupe. Kevlar je zvyčajne potiahnutý vrstvou živice, ktorá ho utesní, a na vrch sa pridá vrstva nylonu, aby sa vytvoril rovný nárazový povrch.
Iné aplikácie
Tanec s ohňom
Knôty pre ohnivé rekvizity sú vyrobené z kompozitných materiálov, ktoré obsahujú kevlar. Kevlar sám o sebe neabsorbuje dobre horľavé látky, preto sa mieša s inými materiálmi ako sklolaminát alebo bavlna. Vysoká tepelná odolnosť umožňuje kevlarové knôty použiť niekoľkokrát.
Panvice na vyprážanie
Niektorí výrobcovia nepriľnavých panvíc niekedy používajú kevlar ako náhradu za teflónový povlak.
Laná, káble, plášte
Kevlar sa používa v pletených lanách a kábloch, kde sú kevlarové vlákna zoskupené paralelne a na vonkajšej strane pokryté polyetylénovým plášťom. V závesných mostoch sa používajú káble. Kevlar je široko používaný ako ochranný vonkajší plášť pre káble z optických vlákien (materiál chráni kábel pred poškodením a zauzlením).
Kevlarové tkané škrupiny vyrábajú tieto spoločnosti:
A.W. Chesterton Company(chesterton.com). Jej produkt, Chesterton 1740, je stredný oplet vyrobený z kevlarového vlákna a polytetrafluóretylénu (teflónu, PTFE). Kľúčové vlastnosti Chesterton 1740: teplotný limit - 260 °C (500 °F), chemická odolnosť - pH 4-11, tlakový limit 20 bar/g (300 psi). Každý prameň vlákna je samostatne potiahnutý PTFE, aby lepšie odvádzal teplo. Chesterton 1740 ponúka rôzne kombinácie medziobjímkových komponentov na dosiahnutie požadovanej odolnosti voči tlaku, teplote, chemikáliám a opotrebovaniu.
Spoločnosť Diflon(diflo n.it) ponúka tkané plášte série KV (-100 - 400 °C; 50 - 100 bar), pozostávajúce z kevlarových vlákien a polytetrafluóretylénu. Škrupiny sa vyznačujú zvýšenou tepelnou odolnosťou. Táto škrupina nešpiní priľahlé povrchy, má nízky koeficient trenia a odvádza teplo. Použitie: čistenie odpadových vôd, stavidlá, nízkotlakové ventily, hriadele piestových motorov, manipulácia s kyselinami, zásadami, olejmi. Produkt má univerzálne použitie, okrem práce s kyslíkom, silnými zásadami a oxidačnými činidlami. Produkt je vhodný pre papierenský priemysel, petrochemický a chemický priemysel a elektrárne.
Produkt DEPACAnstaltZaloženie(depac.at) je vynikajúcou alternatívou k opleteniu na báze azbestu. Kevlarové opletenie je obzvlášť účinné pri manipulácii s tvrdými materiálmi a v papierenskom priemysle, oceliarňach, čistiarňach odpadových vôd a cukrovarníckom priemysle. Špeciálna 4-dielna diagonálna väzba s vysokou hustotou od DEPAC kombinuje chemickú odolnosť s vysokou pevnosťou, aby sa zabezpečilo optimálne utesnenie s minimálnym kontaktným tlakom.
Výroba elektriny
Kevlar použili vedci z Georgia Institute of Technology (USA) ako základ pre experiment na vytvorenie oblečenia, ktoré dokáže vyrábať elektrinu. To sa uskutočnilo tkaním nanodrôtov oxidu zinočnatého do tkaniny. Ak bude projekt úspešný, nová tkanina bude generovať približne 80 miliwattov na meter štvorcový.
Budovanie
Zaťahovacia kevlarová strecha pokrývajúca viac ako 5 500 metrov štvorcových bola kľúčovou súčasťou dizajnu olympijského štadióna v Montreale pre letné olympijské hry v roku 1976. Táto stavba bola neskutočne neúspešná, keďže strecha bola dokončená s desaťročným oneskorením a po ďalších desiatich rokoch (koncom mája 1998) musela byť po množstve problémov vymenená.
Brzdy
Zošívané vlákno sa používa ako náhrada za azbest v brzdových doštičkách. Prach, ktorý je vedľajším produktom bŕzd na báze azbestu, je vysoko toxický, pričom lepšou možnosťou sú aramidové vlákna.
Teplotné kompenzátory a hadice
Kevlar je možné použiť ako výstužnú vrstvu do gumových vlnovcových potrubných kompenzátorov a gumových hadíc, ktoré sú určené na použitie pri vysokých teplotách a musia mať vysokú pevnosť. Môže sa použiť aj ako vrstva opletu na vonkajšej strane požiarnej hadice, aby sa pridala väčšia ochrana pred ostrými predmetmi.
Fyzika častíc
V experimente NA48 v CERN-e bolo použité tenké kevlarové okienko. Materiál sa použil na oddelenie vákuovej komory od komory s atmosférickým tlakom. Séria experimentov v časticovej fyzike NA48 sa týkala štúdia mechanizmu rozpadov kaónu. Na vedeckej práci sa podieľalo viac ako 100 fyzikov najmä zo západnej Európy a Ruska (JINR).
Smartfóny
Rad smartfónov Motorola RAZR sa vyznačuje prítomnosťou kevlarového zadného krytu. Vývojári zariadení zvolili tento materiál pred ostatnými, ako sú uhlíkové vlákna, kvôli jeho odolnosti voči mechanickému namáhaniu a absencii rušenia prenosu signálu.
Kompozitné materiály
Aramidové vlákna sa široko používajú na vystuženie kompozitných materiálov, často sa používa rovnaký kevlar v kombinácii s uhlíkovými vláknami a sklenenými vláknami. Matricou pre vysokovýkonné kompozity je typicky epoxidová živica. Medzi typické aplikácie patrí výroba monokokov pre pretekárske autá F1 (typ konštrukcie priestorového rámu, v ktorom (na rozdiel od rámových alebo rámových konštrukcií) je vonkajší plášť hlavným a zvyčajne jediným nosným prvkom); listy helikoptér, vybavenie na tenis, stolný tenis, bedminton a squash, výroba kajakov, kriketových palíc, hokejok na pozemné hokeje a lakrosových palíc.
V súčasnosti sa kevlar stal bežnou súčasťou oblečenia a vybavenia pre ľudí, ktorí sú neustále v ohrození života: vojenských a bezpečnostných predstaviteľov, astronautov a výskumníkov, športovcov a hasičov. Kevlarové vlákna sa používajú všade tam, kde je potrebná zvýšená pevnosť, od pneumatík automobilov až po trupy jácht, rozsah ich použitia sa neustále rozširuje a technológia výroby sa zdokonaľuje. Tento materiál sa dostal pred polstoročím a mnohým bude divné, že jeho autorkou bola žena.
Ako kevlar vznikol?
Je symbolické, že vynálezkyňa tohto jedinečného vlákna Stephanie Kwolek v detstve rada šila oblečenie pre bábiky. Po škole študovala chémiu na Carnegie University, no snívala o medicíne. Aby si zarobila peniaze na štúdium na univerzite, v roku 1946 začala dievčina pracovať v slávnom koncerne DuPont a čoskoro si uvedomila, že jej povolaním je napokon chémia. V roku 1964 Kwolekova skupina pracovala na zlepšení výroby polyaramidov, polymérnych látok s tyčovitou štruktúrou, ktoré by mohli nahradiť oceľový kord v pneumatikách. Opustením tavnej metódy dokázala Stephanie vytvoriť nezvyčajne vyzerajúce riešenie, ktoré sa po prechode cez zvlákňovacie dýzy zmenilo na aramidové vlákna.
Keď sa výsledné vlákno začalo testovať na pevnosť, vedci usúdili, že sa zariadenie pokazilo – ukazovatele pevnosti nového materiálu boli päťkrát väčšie ako u ocele.
Nový materiál s názvom Kevlar sa začal komerčne využívať v sedemdesiatych rokoch. Začal sa používať na výrobu pneumatík, kordových pások a kompozitných materiálov. Armáda a orgány činné v trestnom konaní zároveň upozornili na vysokú pevnosť polyaramidových vlákien, ktorých cieľom bolo vyvinúť osobné ochranné prostriedky. Myšlienka nepriestrelnej vesty sa objavila počas prvej svetovej vojny (jej autorom bol spisovateľ Conan Doyle), ale tradičné kovové platne boli ťažké a brzdili pohyb.
Špecialisti z amerického Národného inštitútu spravodlivosti niekoľko rokov robili dôkladný výskum, počas ktorého dokázali, že odolnosť voči výstrelu guľky pre najbežnejší kaliber 38 zabezpečuje sedem vrstiev kevlarovej tkaniny. Posledná fáza testovania v teréne ukázala, že sila panciera klesá, keď sa namočí a keď je vystavený UV žiareniu. Tiež sa zistilo, že výrobky z kevlarových tkanín sa po niekoľkých praniach zhoršujú vo svojich ochranných vlastnostiach a že neznášajú bielenie ani chemické čistenie.
Výsledkom vývoja bol kevlarový pancier potiahnutý vodeodolnou tkaninou, ktorá poskytuje vystuženej vrstve ochranu pred vodou a slnkom. Okrem toho sa ako osobné ochranné prostriedky začali používať kevlarové prilby, rukavice, vložky do topánok atď.
Vlastnosti aramidových vlákien
Okrem vysokej pevnosti má Kevlar mnoho ďalších jedinečných vlastností, a to:
- pri kontakte s ohňom a vysokými teplotami toto vlákno nehorí, nedymí a netopí sa;
- Kevlar je netoxický a nevýbušný;
- jeho teplota tepelného rozkladu je 430-450 stupňov;
- sila armidových vlákien začína postupne klesať pri zahriatí na viac ako 150 stupňov;
- pri zmrazení sa Kevlar stáva silnejším, je schopný odolávať kryogénnym teplotám (až do -200 stupňov);
- tento materiál je elektrický izolant.
Kevlarová tkanina je navyše mäkká, hygroskopická a vymeniteľná vzduchom a jej používanie je celkom pohodlné. Je pravda, že to neplatí pre oblečenie určené na prácu v podmienkach otvoreného ohňa a vysokých teplôt. Pre zvýšenie tepelnej odolnosti je Kevlar potiahnutý hliníkom. Materiál vyrobený z takéhoto vlákna spoľahlivo chráni pred silným tepelným žiarením, kontaktom s povrchmi zahriatymi na 500 stupňov, ako aj postriekaním horúcim kovom.
Treba tiež dodať, že tento materiál je dosť ľahký - jeden meter látky váži 30-60 g, a hoci to nie je lacné (od 30 dolárov za meter štvorcový), jeho vynikajúce ochranné vlastnosti plne odôvodňujú takéto náklady. Ochranné materiály vystužené kevlarovými vláknami sú o niečo lacnejšie, vďaka čomu sú odolné voči roztrhnutiu a oderu. Takéto tkaniny sa používajú na ochranné vložky do pracovných a športových odevov, rukavíc a tiež ako vložky odolné proti opotrebovaniu. Starostlivosť o výrobky z nich je mimoriadne jednoduchá. Nemali by:
- často umývať;
- čistiť chemickými činidlami;
- vystavovať slnečnému žiareniu.
Kde sa kevlar používa?
Toto vysokopevnostné vlákno nachádza širokú škálu aplikácií – od leteckého a vesmírneho priemyslu až po športové a cestovné oblečenie. Kevlar prichádza na trh vo forme nití, šnúr, tkanín a tiež ako zložka kompozitných a zmesových materiálov. Hlavné spôsoby jeho aplikácie sú:
KEVLAR™- obchodný názov aramidu - polyparafenyléntereftalamid, syntetické vlákno s vysokou pevnosťou (päťkrát pevnejšie ako oceľ, pevnosť v ťahu σ0 = 3620 MPa). Vyvinutý americkou spoločnosťou DuPont v roku 1965, jeho komerčné využitie začalo začiatkom 70. rokov. Ľahký, odolný a bezpečný kevlarový materiál dokáže výrazne zlepšiť výkonové charakteristiky pracovných odevov a ochranných pomôcok. Kevlar sa dnes používa pri výrobe produktov, ktoré vyžadujú vysokú odolnosť materiálov proti opotrebovaniu: horolezecké laná, expresky, prilby, zvršky topánok, batohy, lyže, rukavice, ako aj na výrobu pracovných odevov. Kevlarové vlákno je ľahké a vysoko odolné voči rôznym druhom nárazov. Má vlastnosti ako je nehorľavosť a tepelná odolnosť. Podľa vývojárov sú kevlarové vlákna päťkrát pevnejšie ako oceľ pri rovnakej hmotnosti.
Oblasť použitia Kevlaru
Materiál bol pôvodne vyvinutý na vystuženie pneumatík automobilov a dodnes sa v tejto funkcii používa. Okrem toho sa Kevlar používa ako výstužné vlákno v kompozitných materiáloch, ktoré sú pevné a ľahké.
Kevlar sa používa na vystuženie medených a optických káblov (závit po celej dĺžke kábla, čím sa bráni natiahnutiu a pretrhnutiu kábla), v kužeľoch reproduktorov a v protetickom a ortopedickom priemysle na zvýšenie odolnosti častí uhlíkových vlákien proti opotrebovaniu. nohy.
Kevlarové vlákno sa používa aj ako spevňujúca zložka zmesových tkanín, z ktorých sa vyrábajú výrobky z nich odolné voči abrazívnym a rezným vplyvom, z takýchto tkanín sa vyrábajú najmä ochranné rukavice a ochranné vložky do športového oblečenia (pre motoršport, snowboarding atď.). ).
V pracovnom odeve sa látka s kevlarovým vláknom používa najmä na vystuženie chráničov v oblasti kolien (kolená) a lakťov. Pretože Kevlarová tkanina má vysokú odolnosť proti oderu, preto sa používa v odevoch na miestach, kde je najväčšia záťaž na oder, prerezanie a prepichnutie.
Použitie v nepriestrelnom tele
Kevlarová štruktúra. Vysoký stupeň usporiadania polyméru a jeho pevnosť zabezpečujú medzimolekulové vodíkové väzby.
Mechanické vlastnosti materiálu ho predurčujú na výrobu nepriestrelných viest. Toto je jedno z najznámejších použití kevlaru.
V sedemdesiatych rokoch minulého storočia bolo jedným z najvýznamnejších pokrokov vo vývoji nepriestrelnej vesty použitie výstuže z kevlarových vlákien. Vývoj kevlarovej vesty Národným inštitútom spravodlivosti prebiehal niekoľko rokov v štyroch etapách. V prvej fáze sa vlákno testovalo, aby sa zistilo, či dokáže zastaviť guľku. Druhým krokom bolo určenie počtu vrstiev materiálu potrebného na zabránenie prieniku striel rôznych kalibrov pohybujúcich sa rôznymi rýchlosťami a vývoj prototypu vesty, ktorá dokáže ochrániť zamestnancov pred najbežnejšími hrozbami: .38 Special a .22 Long Rifle guľky. Do roku 1973 bola vyvinutá sedemvrstvová vesta z kevlarových vlákien na testovanie v teréne. Zistilo sa, že za mokra sa ochranné vlastnosti Kevlaru zhoršili. Schopnosť chrániť sa pred guľkami sa tiež znížila po vystavení ultrafialovému svetlu vrátane slnečného žiarenia. Chemické čistenie a bielidlá tiež negatívne ovplyvnili ochranné vlastnosti tkaniny, rovnako ako opakované pranie. Na prekonanie týchto problémov bola vyvinutá nepremokavá vesta s látkovým poťahom, ktorý zabraňuje vystaveniu slnečnému žiareniu a iným škodlivým faktorom.
Stavba lodí
V poslednom desaťročí sa kevlar rozšíril v stavbe lodí. Vzhľadom na technologické ťažkosti a cenu kevlaru sa používa selektívne. Napríklad len v kýlovej časti alebo vo švíkoch. Mnohí výrobcovia (ako sú lodenice BAIA Yachts, Blue water, Dánska jachta, Zeelander Yachts), ktorí ročne vyrábajú nie príliš veľké množstvo jácht, systematicky prechádzajú na používanie Kevlaru. Lídrom vo výrobe kevlarových jácht je talianska lodenica Cranchi, ktorá vyrába kevlarové jachty vo veľkostiach od 11 do 21 metrov.
Letecký priemysel
Kevlar sa používa pri konštrukcii mnohých bezpilotných lietadiel (ako je RQ-11) na zlepšenie ochrany.
Teplotné vlastnosti
Kevlar si zachováva pevnosť a elasticitu pri nízkych teplotách až do kryogénnych teplôt (−196 °C), navyše pri nízkych teplotách dokonca mierne zosilnie.
Pri zahrievaní sa Kevlar neroztopí, ale rozkladá sa pri relatívne vysokých teplotách (430-480 °C). Teplota rozkladu závisí od rýchlosti ohrevu a doby pôsobenia teploty. Pri zvýšených teplotách (nad 150 °C) sa pevnosť kevlaru časom znižuje. Napríklad pri teplote 160 °C sa pevnosť v ťahu po 500 hodinách zníži o 10 – 20 %. Pri 250°C stráca Kevlar 50% svojej pevnosti za 70 hodín.