Кевлар. свойства и применения. формы выпуска и особенности

Алан-э-Дейл       29.05.2022 г.

Области применения кевлара

Процесс совершенствования свойств кевлара происходит постоянно, и в настоящее время выпускается несколько разновидностей этого уникального волокна, ориентированных на определенную область применения. Среди них такие марки, как:

  • К29, который применяется для повышения прочности кабелей, армирования шин, шлангов и в военной промышленности (индивидуальных защитных средств и брони);
  • К49 – высокомодульное волокно для оптоволоконной продукции, армирования композитов, изготовления ткани, спортивных аксессуаров, судостроения, авиационно-космического комплекса;
  • К2100 – цветные нити, которые используют для оплетки канатов и кабелей, производства защитной одежды и аксессуаров;
  • К119 – с повышенной гибкостью, применяется для армирования резиновых изделий;
  • АР (advanced performance) – кевлар нового поколения, прочность которого на 15% выше. чем у базовой марки К29;
  • КМ2 и КМ2+ — высокопрочное волокно для изготовления бронежилетов, пуленепробиваемых шлемов и других средств защиты военных и работников силовых структур;
  • ХР – композитный материал на основе смолы повышенной вязкости и кевлара КМ2+.

Отдельно следует выделить кевларовые волокна с алюминиевым покрытием, которые способны выдерживать температуру до 500 градусов. Они способны защитить от брызг металла, контакта с раскаленными поверхностями и даже какое-то время от открытого пламени и используются в защитных костюмах для пожарных, металлургов, работников других опасных профессий.

Кроме применения волокна для разнообразных технических конструкций, ткань кевлар является основой наиболее распространенной защитной одежды. Изобретательница этого материала Стефани Кволек считала своим главным достижением спасение множества жизней благодаря кевларовым бронежилетам, шлемам и другим средствам защиты, которые сейчас используются военными подразделениями НАТО. Опытным путем было установлено, что надежную защиту от пули обеспечивают семь слоев материала. При этом кевларовые слои покрывают водостойким светонепроницаемым материалом, чтобы не допустить уменьшения прочности вследствие намокания или воздействия ультрафиолета.

Распространенной является также ткань кевлар, созданная путем армирования обычного материала полиарамидными волокнами. Она характеризуется повышенной прочностью и долговечностью и может быть использована для создания защитных костюмов и аксессуаров работникам различных профессий. Также кевларовый материал находит применение в виде вставок в обычную одежду, износостойких и непрокалывающихся стелек, защитных перчаток и т.п. Такие аксессуары ценятся работниками силовых подразделений, любителями экстремальных видов спорта и людьми, ведущими активный образ жизни, в частности, страйкболистами, сноубордистами, байкерами. Хотя ткань кевлар стоит довольно дорого (порядка 30 долларов за квадратный метр), ее надежность и защитные свойства вполне оправдывают такие расходы.

Что такое кевлар и кевларовые волокна: описание свойств нити и тканей

Несмотря на то, что кевларовое волокно было изобретено много лет назад до сих пор люди не перестают удивляться его уникальным свойствам. Материал совершил переворот в области тканей, которые разработаны для защиты благодаря своим параметрам и характерным особенностям.

Кевлар: что же все-таки это такое

Ткань из синтетического волокна с кристаллической структурой называется кевлар. Невероятную прочность ткани придает бензольное кольцо, которое лежит в сечении кристалла. По своим характеристикам материя крепче и прочнее металла, при этом она очень тонкая и легкая.Кевларовое волокно

У всех по-разному происходит знакомство с кевларом, что это такое каждый узнает из определенных жизненных ситуаций. Современная молодежь знакома с материалом благодаря игре раст, в которой персонажам предлагается приобрести доспехи и амуницию именно из него. Более старшее поколение ассоциирует волокно с защитной одеждой и спортивным инвентарем.Разновидности кевларового волокна

Вкратце о возникновении

В далеком 1975 году впервые на рынке был представлен и сразу же начал пользоваться огромным спросом, которые с каждым днем только увеличивается, материал под названием кевлар. Получен был этот уникальный полимер в лабораториях всемирно известного концерна Дюпон. Официально его создателем считается химик Стефани Кволек.

В те времена он употреблялся для шин в качестве армирующего материала. Впоследствии он нашел применение для разнообразных композитных материалов, изготовления спортивного оборудования и кабельной продукции. Кевларовая ткань стала употребляться для выпуска средств персональной защиты.Кевларовая нить

Производство кевларовой ткани

Впервые узнав о таком материале, у многих напрашивается вопрос, из чего делать кевлар. Для его получения берется раствор хлористого кальция и метилпирролидон. К нему присоединяются специальные реагенты, выделяющие необычное вещество с качествами жидких кристаллов. Процесс осуществляется при низких температурах.

Снаружи получившийся полимер представляет собой крошку или гель, который подвергается промыванию и просушиванию. Затем он пропускается через фильеры, в результате этого формируются волокна, затем получаются нити. Что такое кевларовые нити, догадаться не сложно.

В нитки скручивают полученные волокна, которые уже образуют готовый продукт. После этого они вторично посылаются в осадительную ванну, промываются и высушиваются.

Обратите внимание! Так как при получении кевлара появляются существенные трудности, заключающиеся в использовании серной кислоты, процесс является сильно затратным. Производство кевларовой защиты для автомобиля

Производство кевларовой защиты для автомобиля

Технические характеристики и свойства

Технические характеристики и свойства кевлара по истине уникальны. Основной особенностью считается высокая механическая прочность. При этом масса и плотность сравнительно низкие.

Кевлар — это материал с уникальной устойчивостью к растяжению и со способностью к самотушению. При этом он не горит и не плавится. Только при температуре выше 430 градусов начинает разлагаться. В результате воздействия высоких температур, не сразу, а по прошествии определенного времени, начинает терять свою прочность.

К органическим растворителям и коррозии имеет устойчивость, отличается высоким модулем упругости. Под воздействием низких температур не только ни ухудшаться, а наоборот становится крепче. Устойчив к порезам и обладает низкой удельной электропроводностью.Водонепроницаемая кевларовая ткань

Сферы внедрения кевлара

Несмотря на широкую распространенность и востребованность, что такое кевлар знают не многие. Хотя это высокопрочное волокно на протяжении многих десятилетий находит самое разнообразное применение.

В основном свое применение кевлар находит в областях, для которых важны следующие характеристики:

  • стойкость к износу;
  • тепловая стабильность;
  • низкая структурная твердость;
  • значительная легкость;
  • хорошая крепость при низком весе.

Поэтому логично, что из ткани кевлара изготавливаются средства персональной защиты, различная одежда для военнослужащих и спецподразделений.Кевларовая пластина

Авиационная промышленность

О свойствах кевлара, что это за материал не понаслышке знают в авиационной промышленности. Он применяется при производстве ряда беспилотных летательных аппаратов с целью обеспечения защиты.

Понятие и состав фибробетона

Фибробетон – это мелкозернистый материал, одним из составляющих которого является армирующий наполнитель. В прошлом с расчетом на снижение хрупкости и количества появления трещин, предпринимались меры по повышению прочности бетона. Так, строители добавляли дисперсные волокна и распределяли их равномерно по всей бетонной массе. В результате этих работ характеристики полученного бетона улучшались:

  • прочность повышалась до 30%;
  • стойкость к физическим нагрузкам возросла;
  • трещины образовывались реже.

Различают две группы фибры:

  • металлическая – исходным веществом является сталь, которая имеет различную форму и размеры;
  • неметаллическая – производится из таких материалов, как стекло, акрил, хлопок, базальт, полиэтилен, карбон, углевод и другие.

Самыми популярными волокнами являются стеклянные и металлические. Однако с каждым днем все большую популярность приобретает полипропиленовая фибра. Что касается материалов из базальта и углерода, то они применяются крайне редко в связи с высокой стоимостью.

Волокна хлопка, вискозы и нейлона предают специфические особенности бетону, армированному фиброй из стали. Структура фибробетона являет собой однородную конструкцию, которая со всех сторон пронизана волокнами из различных материалов. Именно они определяют технические характеристики бетона, создают эффект армирования.

Что такое кевлар?

По сути, кевлар – это сверхпрочный пластик. В мире существуют буквально сотни синтетических пластмасс, изготовленных путем полимеризации – химическего процесса образования высокомолекулярных соединений (полимеров) из низкомолекулярных (мономеров), которые обладают совершенно разными свойствами. Что же до кевлара, то его удивительные свойства частично объясняются его внутренней структурой и тем, что он сделан из волокон, которые плотно связаны друг с другом.

Отметим, что кевлар – запатентованный материал, производимый только химической компанией DuPont, поставляется в двух основных разновидностях под названием кевлар 29 и кевлар 49 (другие разновидности изготавливаются для специального применения). По своей химической структуре кевлар напоминает другой универсальный защитный материал – номекс.

Кевлар и номекс – это примеры химических веществ, называемых синтетическими ароматическими полиамидами или арамидами для краткости. Эти синтетические материалы изготавливаются в химической лаборатории (в отличие от натуральных тканей, например хлопка или шерсти). Как и номекс, кевлар является дальним родственником нейлона, первого коммерчески успешного «суперполиамида», разработанного компанией DuPont в 1930-х годах.

Ну чем не перчатка бесконечности? На фото защитные перчатки из кевлара от Dupon.

Кевлар был открыт в 1964 голу американским химиком Стфани Кволек (1923-2014). Патент на изобретение кевлара Кволек получила вместе с Полом Морганом в 1966, а начиная с 1971 года кевлар активно применяется в промышленном производстве. Несмотря на то, что изначально кевлар был разработан как легкая замена стальных креплений в автомобильных шинах, сегодня он известен во всем мире благодаря использованию бронежилетов и защитных перчаток.

Кевлар как антибаллистический материал

Пуля огнестрельного оружия движется с высокой скоростью, будучи наделённой значительным количеством кинетической энергии. По сути, не существует вещей полностью пуленепробиваемых. Но вещи, подобные пуленепробиваемому стеклу, достаточно успешно защищают от пуль, поглощая и рассеивая кинетическую энергию.

АМУНИЦИЯ

Пуленепробиваемые жилеты используются не только для защиты непосредственно военнослужащих. Защитная одежда из кевларового волокна нередко защищает служебных собак

В этом плане кевлар выступает удачным антибаллистическим материалом, так как для прохождения через материал ножа или пули требуется много энергии. Плотно сплетенные волокна из высокоориентированных полимерных молекул чрезвычайно трудно раздвинуть (разделить). Для разделения требуется значительное количество энергии.

Летящая пуля (или толкаемое лезвие ножа), наделённая высоким уровнем энергии, утрачивает значительную часть этой энергии, когда пробивается сквозь материал. Даже если пуле удаётся проникнуть сквозь кевлар, скорость значительно замедляется и не наносит серьёзного ущерба.

Структура кевлара прочнее стали, но материал примерно в 5,5 раз менее плотный (около 1,44 г/см

3

), по сравнению со сталью, плотность которой составляет около 7,8–8 г/см

3

. То есть, определенный объем кевлара по массе весит в 5–6 раз меньше, чем тот же объем стали.

Поэтому кевларовые доспехи обеспечивает такую же защиту, как сталь, но при этом более лёгкие и гибкие с точки зрения комфортной одежды. Увеличение эффективности защиты достигается увеличением толщины кевларовых пластин.

Что это за тип ткани?

Кевлар — синтетическая ткань с кристаллической структурой. Этот материал прочный за счет бензольного кольца, находящегося в сечении кристалла. Кевлар по своим свойствам крепче металла.

Этот материал производится в Америке на химическом предприятии DuPont. Производство кевлара начинается только при достижении низкой температуры.

Цвета кевлара

Хлористый кальций и метилпирролидон смешивают, затем туда добавляют реагенты. Все эти вещества вступают в химическую реакцию, и получается полимер, обладающий свойствами жидких кристаллов.

Полученный полимер внешне выглядит как гель или мелкая крошка. Его тщательно промывают, затем просушивают и потом растворяют в серной кислоте. Полученный раствор пропускают через фильеры. В результате получаются волокна. Путем перекручивания из них создаются нити, а из них получают ткань.

Сферы внедрения кевлара

Несмотря на широкую распространенность и востребованность, что такое кевлар знают не многие. Хотя это высокопрочное волокно на протяжении многих десятилетий находит самое разнообразное применение.

В основном свое применение кевлар находит в областях, для которых важны следующие характеристики:

  • стойкость к износу;
  • тепловая стабильность;
  • низкая структурная твердость;
  • значительная легкость;
  • хорошая крепость при низком весе.

Поэтому логично, что из ткани кевлара изготавливаются средства персональной защиты, различная одежда для военнослужащих и спецподразделений.


Кевларовая пластина

Авиационная промышленность

О свойствах кевлара, что это за материал не понаслышке знают в авиационной промышленности. Он применяется при производстве ряда беспилотных летательных аппаратов с целью обеспечения защиты.

Средства индивидуальной бронезащиты

Механические свойства делают кевларовые волокна пригодными для выпуска средств персональной бронезащиты. Из него изготавливаются боевые шлемы, бронежилеты, баллистические маски для защиты лица.

Благодаря кевларовой броне вооруженные силы различных стран создают специальные пуленепробиваемые маски и подшлемники для экипажей бронетанковой техники. Кроме этого именно с помощью кевлара осуществляется бронирование авианосцев класса «Нимиц».

Бронежилеты из кевларового волокна по праву считаются самыми качественными. Такая броня способна обеспечить защиту от скользящих ударов холодного оружия, ослабить попадание пуль, обезопасить от проникновения и распространения осколков. Защита обеспечивается благодаря уникальной легкости, прочности и относительной долговечности используемого материала.

Вам это будет интересно Особенности использования тряпки из микрофибры для уборки


Бронежилет из кевлара

При этом отдавая предпочтение изделиям из кевлара, таким как бронежилеты, следует учитывать то, что полимер наделен некими аспектами. Так как броня получается мягкой, защитить от выстрела в упор или проникающего удара ножом, а также шилом, она не сможет. Для таких целей разрабатываются специальные модели с особыми жесткими панелями. К недостаткам можно отнести еще светочувствительность. При постоянном и длительном воздействии солнечных лучей материал начинает постепенно разрушаться.

Так как кевларовая нить считается дорогостоящим материалом, до сих пор не произошла всеобщая «кевларизация». Оснащать тактильными изделиями из этого материала армию и подразделения могут позволить себе только экономически развитые страны.

Защита на руки

Для защиты рук от повреждений при столкновении с зубами противника, а также для значительного усиления удара используются тактические перчатки со вставками кевларовых пластин. Такие перчатки еще называют своеобразным современным аналогом кастета. У сотрудников специализированных подразделений, а также у экстремалов, любителей активного отдыха и уличных бойцов подобные аксессуары пользуются большим спросом. Такая популярность объясняется прочностью, устойчивостью к влаге и повреждениям, а также теплотой. Руки в таких перчатках будут полностью защищены.


Кевларовая защита на руки

Спортивный инвентарь

Доски из сноуборда, лодки, весла, лыжи и спортивные шлемы из кевлара отличаются легкостью и высокой прочностью. Спортивным товарам, произведенным из этого материала, отдают предпочтения, как любители, так и профессиональные спортсмены.

Именно этот материал помогает минимизировать передачу вибрации, обеспечить выдерживание деформационных нагрузок без повреждений. В результате пластичности материала изделия предохраняются от различных серьезных повреждений, раздробления. Кроме этого он отличается полной безопасностью и надежностью даже под воздействием высоких ударных нагрузок.


Гиря в мягкой оболочке из кевлара

Помимо всего прочего, кевлар используется для обкладки на некоторых велосипедных шинах. Именно он сводит к минимуму вероятность прокалывания. Добавляются слои кевлара на ракетки в настольном теннисе. Это позволяет увеличить отскок и добиться снижения веса. Используется материал для производства безопасной одежды для мотоциклистов. Особенно им заменяются элементы из пластика для защиты плеч и локтей.


Ракетка для настольного тенниса с кевларовым покрытием

Применение

Изначально целью разработчиков было создать лёгкое, но очень прочное волокно, которое можно было бы использовать при производстве шин.

Кевларовые ткани

Выпускаются обычно в виде полотна в рулонах под названием Кевлар-49. Также бывают другие виды:

штапель-кевлар — коротко нарезанные волокна длиной чуть более шести мм. Прочностные свойства теряются из-за нарезки, но сохраняются барьерные. Используется для производства пряжи, войлока и нетканых изделий с высокими теплоизоляционными и виброизоляционными свойствами;

флок-кевлар — измельчённое волокно (до 1 мм), применяют для армирования различных смол.

Кевларовые ткани имеют и минусы:

  • теряют прочность при истирании;
  • разрушаются под действием ультрафиолета. Требуют специального покрытия смолой.

Защитная одежда из кевлара

Читайте про: мешковина в интерьере

Армирующие свойства кевлара используют, включая его в состав тканей, из которых изготавливают элементы защитной одежды: перчатки, отдельные вставки в костюм, наколенники, антипрокольные стельки, одежду спортивной группы — для сноубординга, мотоспорта и т. д. Подобная ткань становится устойчивой к порезам и прокалыванию.

Кевларовые перчатки могут защитить от порезов о стекло, кратковременного воздействия пламени и раскалённых предметов, при этом они мягкие, эластичные и хорошо пропускают воздух (по внешнему виду напоминают трикотажные) и позволяют работать даже с самыми мелкими деталями, так как не нарушают чувствительности рук.

С 1970 года велась разработка антипрокольной ткани для бронежилета, а затем началось производство лёгких пуленепробиваемых бронежилетов из нескольких слоёв кевлара. Для того чтобы качества материала не ухудшались под воздействием воды и ультрафиолета, кевларовая броня имеет покрытие из водостойкой ткани.

Также производят другие элементы защиты от огнестрельных и осколочных поражений, например, в бронеавтомобилях.

Судостроение

Кевлар начали применять в судостроении относительно недавно — последние два десятилетия. Процесс его производства высокотехнологичный и достаточно дорогой, поэтому его применяют выборочно — для отделки корпуса по швам, в килевой части. Применяется для строительства яхт. Из этого материала они получаются очень лёгкими, расходуют меньше топлива и способны развивать более высокую скорость.

Узнайте из видео, что это такое кевларовые пакеты и пострадает ли кевларовая ткань от ножа.

https://youtube.com/watch?v=mI_HKhifMK0%3F

Другие сферы

  • Кевлар используется в качестве армирующего волокна, чтобы придать материалу прочность и лёгкость. Им укрепляют кабели, продевая нить из кевлара по всей длине, защищая его от растяжения и обрыва.
  • Также его применяют для изготовления ортопедических протезов.
  • Кевларовые канаты характеризуются высокой прочностью, малым весом, устойчивостью к коррозии, не электропроводностью, благодаря чему широко используются в судостроении и горной промышленности, где заменяют стальные тросы.
  • Прочностные свойства волокон кевлара объединяют с термостойкостью карбона и получают гибридный материал — карбон-кевлар. Его используют для строительства корпусов лодок, способных развивать высокую скорость.

Благодаря высоким показателям прочности и устойчивости к внешним механическим и химическим воздействиям кевлар широко применяется в самых разных сферах и признан одним из самых высокотехнологичных современных материалов. О других материалах высоких технологий читайте здесь.

Производство кевлара

Вы, вероятно, знаете, что натуральные материалы, такие как шерсть и хлопок, должны быть скручены в волокна, прежде чем превратиться в полезные текстильные изделия. То же самое верно и для искусственных волокон, таких как нейлон, кевлар и номекс.

Существует два основных этапа изготовления кевлара. Первый связан непосредственно с химией – сначала необходимо произвести основной пластик, из которого сделан кевлар (химическое вещество под названием поли-пара-фенилен терефталамид). Непосредственное превращение химического продукта в более полезный, практичный и прочный материал происходит в ходе второго, заключительного этапа производства.

В настоящее время более 80% кевлара в мире производится на заводе Честерфилда в Спруэнсе. Синтетическое волокно наматывается на катушки, как показано здесь, а затем превращается в другие продукты.

С помощью сложного процесса горячий и вязкий раствор поли-пара-фенилен терефталамида пропускается через фильеру (металлический формовщик, немного похожий на сито). В результате получаются длинные, тонкие, прочные и жесткие волокна, которые наматываются на барабаны. Затем волокна разрезаются по длине и сплетаются в жесткий коврик, известный нам как кевлар.

Применение

Кевлар широко применяется. Практически с самого начала промышленного выпуска (1970 год) его начали использовать в самых различных областях: авто- и авиастроение, судостроение, ракетостроение и др.

Где сегодня востребован кевлар:

  • Изготовление автомобильных и велосипедных шин, сверхпрочных тросов, нитей, строп.
  • Как армирующий компонент в композиционных материалах.
  • Создание пуленепробиваемой экипировки для военных, сотрудников полиции, бойцов спецназа (бронежилетов, масок, подшлемников).
  • Изготовление облегченных баллистических материалов.
  • Защитные элементы на одежде для туризма и спорта, обувные стельки устойчивые к проколам, перчатки, защищающие от порезов и при этом не нарушающие чувствительность рук.
  • Производство парусов яхт.
  • Спортивное снаряжение: легкие лодки и весла, лыжи, каски, доски для сноуборда.
  • Изготовление музыкальных инструментов: прочных и гибких струн, диффузоров акустических динамиков для передачи низких и средних частот.
  • Тюнинг гоночных машин: аэродинамические обвесы, сидения, силовые конструкции.
  • Изготовление протезов (повышение износостойкости стоп и других частей).

Кевлары часто комбинируют с другими полимерами, создавая новые высокотехнологичные материалы. Они находят применение в специфических областях. Например, легкий карбон-кевлар используют для изготовления корпусов высокоскоростных яхт.

Если говорить конкретно о кевларовой ткани, то она применяется преимущественно для создания спецодежды для представителей опасных профессий: летчиков, сталеваров, пожарных, военных. Из нее делают вставки на плечах и локтях униформы для мотоциклистов, укрепляют маски фехтовальщиков. Изготавливают также смешанные ткани с кевларом для пошива крепких курток, брюк, комбинезонов и костюмов.

Вопросы и ответы

Вопрос: Какие существуют аналоги кевларовой ткани?

Ответ: Ближайшими аналогами кевлара являются тварон, СВМ и терлон. Они так же получены из пара-арамида и обладают практически идентичными свойствами.

Вопрос: Какой уход необходим кевларовой ткани?

Ответ: Ухаживать за изделием несложно, но важно учитывать особенности материала. Ткань следует оберегать от яркого солнечного света

Также она может потерять прочность при длительном воздействии температур свыше 250 градусов (примерно половину за 70 часов). Ее нельзя слишком часто стирать (лучше не стирать вовсе). Также запрещается использовать для чистки химические реагенты.

Кевларовая ткань – пара-арамидная ткань, упор в которой сделан на прочность и устойчивость к разрывам. Термическая стойкость отведена на второй план, но все равно имеет достаточно высокий уровень. Материал находит самое разнообразное применение – от автостроения и космической промышленности до спортивной одежды и снаряжения.

Свойства арамидных волокон

Кроме высокой прочности, кевлар обладает множеством других уникальных свойств, а именно:

  • при контакте с огнем и высокими температурами это волокно не горит, не дымится и не плавится;
  • кевлар не токсичен и не взрывоопасен;
  • температура его терморазложения составляет 430-450 градусов;
  • прочность армидных волокон начинает постепенно снижаться при нагреве более 150 градусов;
  • при замерзании кевлар становится только прочнее, он способен выдерживать криогенные температуры (до -200 градусов);
  • этот материал является электроизолятором.


К тому же ткань из кевлара отличается мягкостью, гигроскопичностью и способностью к воздухообмену, и вполне комфортна при использовании. Правда, это не относится к одежде, предназначенной для работы в условиях открытого огня и высоких температур. Для повышения термостойкости кевлар покрывают алюминием. Материал из такого волокна надежно защищает от мощного теплового излучения, контакта с раскаленными до 500 градусов поверхностями, а также от брызг раскаленного металла. Следует также добавить, что этот материал довольно легок – один метр ткани весит 30-60 г, и хотя он не дешев (от 30 долларов за квадратный метр), его прекрасные защитные свойства вполне оправдывают такие расходы. Несколько дешевле стоят защитные материалы, армированные кевларовыми нитями, что придает им стойкость к разрыву и абразивному истиранию. Такие ткани используют для защитных вставок в рабочей и спортивной одежде, перчаток, а также в качестве износостойких стелек. Уход за изделиями из них чрезвычайно прост. Их не следует:

  • часто стирать;
  • чистить химическими реагентами;
  • подвергать действию солнечных лучей.
Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.