Съвременният свят носи с себе си предизвикателства, каквито природата никога не е предвиждала. Постоянното развитие естествено увеличи търсенето на производство на здрави и устойчиви синтетични материали. Един от тези материали е кевларът – революционно синтетично влакно, което разширява границите на възможното още от 1968 година. Какво е кевлар, какви са неговите свойства, къде се използва и защо заема такова важно място в живота на човека, ще научите в статията.
Какво е кевлар и какви са неговите свойства?
Кевларът е изключително многофункционален и здрав вид синтетичен материал с множество интересни свойства и широко приложение в практиката. Той принадлежи към пара-арамидните влакна и се отличава с висока якост на опън при ниско специфично тегло, съпоставимо единствено с въглеродните влакна. Характеризира се с отлична термоустойчивост и отлична твърдост, което само по себе си го предопределя за широка гама на приложение в практиката.
Благодарение на много здравите връзки и паралелното ориентиране на своите молекули, които са взаимно свързани чрез водородни връзки, кевларът е непробиваем от куршуми и осигурява силна защитна бариера срещу протриване, пробиване и прорязване. Влакната на кевлара са огнеустойчиви и защитават от термични рискове. Кевларът е устойчив на корозия, непроводим и устойчив на повечето химикали, освен на много силни киселини и основи. Той е също изключително лек и пет пъти по-здрав от стоманата. Слабо устойчив е обаче на ултравиолетово лъчение и влага.
Неговата молекулярна формула е [-CO-C6H4-CO-NH-C6H4-NH-]n.
Относителната плътност е 1,44 g/cm3, якостта на опън на влакната достига 20-21 cN/dtex (модул на еластичност 3,6-4,1 GPa), при 160 °C якостта намалява с 10 %, при 450 °C сублимира.
Изобретението, което промени света
Може да се каже, че този революционен материал е възникнал донякъде и благодарение на случайност. Изобретателката на това уникално влакно е американската учена Stephanie Kwolek. Тя работила като химик във фирмата DuPont - една от най-големите фирми в областта на обработката на полимери, която малко преди Втората световна война се прочула с патент за найлон.
През 1964 година Stephanie започнала да работи върху подобряването на производството на полимерни вещества с прътовидна структура, с цел заместване на относително тежките стоманени армировки в автомобилните гуми с по-подходящ и по-лек полимер. След дълго изследване тя създала на онова време необичайно изглеждащо решение под формата на първите арамидни влакна, които през 1968 година патентовала. Самото влакно, под търговската марка кевлар, е пуснато на пазара от фирмата DuPont през 1971 година.
От своето откритие кевларът преминал през развитие и от 1988 година е налично вече неговото второ поколение. Първоначалната група продукти носи означенията K29 и K49. Кевларът в момента е наличен в няколко версии:
- K29 – многофункционална прежда
- K49 – вид прежда с висок модул
- K100 – оцветен от производителя кевлар
- K119 – кевларови прежди с по-висока разтегливост и гъвкавост
- K129 – лек, високоефективен вид прежди
- Kevlar AP - влакно от ново поколение, което предлага усъвършенствана производителност, стойност и повишена гъвкавост на дизайна в много приложения
- Kevlar KM2 - плат, който отговаря на изискванията за производителност на каски и жилетки за военни部деления
Кевларът запазва своите свойства и след многократно натоварване. Частично това може да се припише на неговата вътрешна структура (начина, по който неговите молекули са естествено подредени в правилни и успоредни линии), а частично на начина, по който се произвеждат влакната от него.
Начин на производство
Кевларовото влакно се произвежда чрез изпридане на стопилка от парафенилендиамин и терефталоил хлорид (PPD-T), която с постоянна скорост и под високо налягане преминава през фибридна дюза, където след това втвърдява във формата на влакно в поток от студен въздух. Предачната секция след това изпряда отделните влакна в непрекъснато изпредена прежда. Тя се навива на бобини и след това се обработва допълнително за практическа употреба.
Кевларът се произвежда в няколко модификации и се доставя под формата на влакно, щапелни влакна, люспи или тъкан.
Най-честа употреба на кевлар
Уникалните свойства на кевлара позволяват неговото приложение в безброй области и може да се каже, че нови приложения за неговата употреба се появяват почти всеки ден.
Изключителната якост и устойчивост на топлина го предопределят например за употреба в автомобилната, корабоплавателната и авиационната промишленост, преди всичко при производството на автомобилни каросерии, авиационни компоненти, спирачни накладки, корабни корпуси или състезателни гуми.
Кевларът намира приложение и в добивната промишленост, използва се за производство на транспортни ленти за извозване на руда, което значително подобрява производителността и ефективността на разходите.
Този материал е познат и на спортистите, тъй като е част от множество спортни съоръжения (тенис ракети, протектори, хокейни стикове, ски, мрежи, туристически обувки и подобни).
Когато говорим за кевлар, в никакъв случай не можем да пропуснем и мотоциклетистите, тъй като и тях по пътищата ги съпровожда кевлар, този път под формата на кевларова тъкан. Техните най-предпочитани елементи са кевларови дънки, кевларови комбинезони, ръкавици и каски. Предимството на кевларовите панталони се проявява преди всичко при падане и последващо плъзгане, където контактните повърхности се нагряват на повече от 200 градуса. В такава ситуация устойчивият и здрав кевлар е истинска благословия.
Кевларовата тъкан се прилага масово и при производството на защитни средства и облекло. Типичен пример са работни и пожарникарски униформи, полицейски униформи или пълна армейска екипировка. От този материал със способност да устоява дори на по-взискателни условия днес обичайно се изработват огнеустойчиви обувки, кевларови ръкавици, защитни маски за лице, жилетки, каски, протектори или цели комбинезони. Интересен факт е също, че ръкавиците от кевлар имат в сравнение с кожените до 5 пъти по-висока устойчивост на срязване.
Бронежилетка от кевлар
Безспорно най-значимото и най-полезното приложение на кевлара настъпи при производството на кевларовата бронежилетка. Кевларът е именно един от малкото материали, който буквално спасява човешки животи, и не един служител на армията, охранителния персонал или полицейските сили вече е могъл да се убеди в това на собствен гръб.
Настоящото поколение съвременни бронежилетки от кевлар вече може да предостави на своите носители освен защита от високоскоростни куршуми и относително висок комфорт при носене.
Принципът на непробиваемостта на елека функционира опростено приблизително така:
Елекът е ушит от няколко слоя кевлар, които са здраво свързани помежду си. Кевларените влакна поглъщат кинетичната енергия на куршумите, което намалява способността на куршума да проникне в тялото. Без достатъчна проникваща сила куршумите впоследствие стават безвредни.
В момента, в който куршум или какъвто и да е друг високоскоростен снаряд удари кевлара, влакната буквално задържат снаряда, като разсейват неговата кинетична енергия, която след това поглъщат в себе си. По този начин куршумът се озовава в мрежа от здрави влакна, чиято задача е да поглъщат и разсейват енергията от удара. Допълнителната енергия се поглъща от всеки следващ слой материал в елека, докато куршумът напълно не спре. Този процес се улеснява и от сравнително голямата площ на облеклото, което се е доказало при елиминирането на така наречената тъпа травма (нараняване на вътрешните органи от силата на удара, а не от проникналия куршум).
А какво да добавим накрая? Начините за приложение на това направо чудодейно изобретение изглеждат безкрайни и ние вече нямаме търпение да видим какво още ще ни донесе това откритие.
