Кевлар

Кевлар. Ткань кевлар

Ткань кевлар – это высокопрочная ткань из синтетических волокон. Название кевлар (англ. Kevlar) является торговой маркой компании DuPont и называют так арамид, арамидную ткань. Таким названием именуют: ткань кевлар, бумага кевлар, волокно кевлар, пряжа кевлар, нить кевлар.

Впервые материал был получен американскими учёными в 1964 г. В результате поиска лёгкого и прочного волокна, которое бы использовалось для армирования автомобильных шин, и был разработан кевлар. Получившееся волокно не было таким ломким, как нейлон, который прежде входил в состав покрышек. На следующий год была разработана его технология производства. Уже в 1971 было начато коммерческое производство кевлар.

Свойства кевлар просто потрясающие.

Волокно кевлар обладает высокой прочностью и превосходит по прочности сталь в 5 раз. Кевлар обладает в 3 раза большей жесткостью, чем стекловолокно, при этом его плотность составляет всего 43% от плотности стекловолокна. Свою прочность и эластичность этот материал сохраняет и при низких температурах, вплоть до −196 °C. И становится даже чуть прочнее.

Он не горюч и термостоек. Нагрев до 150 °C уменьшает прочность кевлара на 10-20 % после 500 часов. При повышении температуры до 250 °C кевлар теряет 50 % своей прочности за 70 часов. При высоком нагреве он не плавиться, а разлагается, и происходит это лишь при температуре 430-480 °C.

Многослойная ткань кевлар способна поглощать энергию удара, обеспечивая тем самым противопульную и противоосколочную стойкость. Кевлар, также, является прекрасным электрическим изолятором.

А вот при намокании защитные свойства кевлар ухудшаются. Понижается прочность ткани и при воздействии солнечного света. Стирка и химчистка также негативно сказываются на защитных свойствах ткани.

Чтобы избежать этих отрицательных факторов были разработаны специальные покрытия, позволяющие уменьшить негативные ухудшения свойств. Для здоровья, кевлар абсолютно безвредный материал.

Зачастую кевларовое волокно, для компенсации его слабых мест, применяют в комбинации со стекловолокном или угольным волокном. В результате этой комбинации получаются так называемые «гибридные ткани».

На сегодняшний день довольно трудно перечислить, где применяется кевлар. Комбинация высокой прочности, эластичности и небольшой вес снискали кевлару высокую потребительскую активность.

Существует большое количество изделий из кевлар, одежды из кевлар. А также применяют его в судостроении (в килевой части или по швам), в конструкциях беспилотных летательных аппаратов (для увеличения защиты).

Используется кевлар в шинном производстве, как армирующее волокно в композиционных материалах, делая их прочными и лёгкими. Нити кевлар добавляются в производство оптико-волокнистых кабелей для предотвращения их растяжения и разрыва, тем самым увеличивая износостойкость.

Волокно кевлар добавляют в другие ткани в качестве армирующего компонента, что придаёт изделиям стойкость и прочность. Это перчатки из кевлар, носки из кевлар, джинсы с кевларом (в мотоспорте и сноуборде), костюмы и обувь из кевлар (защитная одежда).

К средствам индивидуальной бронезащиты (СИБ) относятся бронежилеты из кевлар, бронешлемы.

Бумага кевлар применяется в аэрокосмической промышленности.

Несмотря на то, что ткань кевлар считают одним из наиболее перспективных материалов в ряде сфер, всё же не могу умолчать, что на сегодняшний день она больше не является самой прочной тканью в мире. Учёными получен новейший материал на основе соединения паутины и кожи. Учитывая тот факт, что паутина сама по себе в 3 раза прочнее кевлара, то можно предположить какая прочная ткань выходит из этого соединения. Этот материал пока ещё не получил своего названия.

Ткань кевлар — инновационная ткань, способная приносить человеку в различных областях комфорт и уют.

Нравится

Что такое кевлар

Итак, кевлар – что это такое? Представляем вашему вниманию ткань из синтетического волокна с кристаллической структурой. В сечении одного такого кристалла лежит бензольное кольцо , и именно это придает кевларовой ткани невероятную прочность. Если сравнивать эту материю со сталью, кевлар окажется прочнее и крепче в пять раз. Что интересно, когда проводили тестовые испытания материала, ученые грешили на лабораторные приборы, думали, что оборудование неисправно – настолько невероятными были показатели.

При этом ткань кевлар тонкая и легкая – один метр весит от 30 до 60 грамм, в зависимости от длины нити. Впрочем, к свойствам материи мы еще вернемся, а достоинств у нее не мало.

Наглядно увидеть, что это за материал — кевлар, можно в нашей подборке фото.

Кстати, из чего делают кевлар? Конечно же, мы расскажем о технологии изготовления этой удивительной материи:

• Сам процесс производства кевлара не из дешевых, именно это и обуславливает его конечную высокую стоимость – от тридцати долларов за квадратный метр
• Сам кевлар является полимером и получается в результате процесса поликонденсации, который осуществляется при очень низкой температуре в специальном растворе
• Если точнее, берется раствор хлористого кальция и метил-пирролидона, в него добавляются реагенты, которые, в свою очередь, выделяют жидкокристаллическое вещество.
• Такое вещество визуально представляет собой крошку или гель. На следующем этапе получившуюся субстанцию промывают и высушивают
• Теперь полученный полимер получают через специальные высокопрочные формы – чтобы получить нить или волокно. На этом этапе используется серная кислота, которая и делает процесс дорогостоящим

В результате получается материя с уникальными свойствами:

• Высочайшая прочность, материал невозможно порвать, порезать или растянуть. Этот показатель имеет свойство увеличиваться при понижении температуры
• А вот плотность при этом не высокая, всего 30-60 г/кв.метр. Для сравнения, плотность ткани, из которой сшиты ваши джинсы – 400 г/кв.метр.
• Полимер устойчив к воздействию химических веществ
• Он не горит, не тлеет и не плавится при воздействии высоких температур, однако, становится менее прочен при нагреве более чем до 150 градусов. Терморазлагается кевларовое волокно при температуре 430-450 градусов
• Кевлар абсолютно не токсичен
• Не подвержен коррозии
• Имеет низкую электропроводность

Учитывая все описанные свойства, сложно представить, что эта ткань, к тому же, мягкая, гигроскопичная и воздухопроницаемая – вещи из нее довольно комфортно носить.

Однако, есть у кевлара и слабые стороны. Так, ткань теряет прочность при намокании, нагревании, а также при длительном воздействии ультрафиолетовых лучей.

Это интересно: Биоматин: что это за ткань — состав, натуральные свойства

Натуральные струны.

Изготавливаются с применением сложных технологий. Обычно технологический процесс занимает 3-5 дней. Сырьем для натуральных является кишечный материал коров, коз и овец. Путем сложной переработки из него получают пряжу, которую подвергают дублению. Чтобы защитить струны от воздействия влаги, пряжу покрывают несколькими слоями синтетической плёнки. Затем из пряжи скручивают струны и калибруют их. Если быть точнее, то натуральные струны производятся из верхнего мышечного слоя кишок. для получения исходного сырья производится специальная селекция животных в определенных районах провинции Бретань. На изготовление одной струны (эти струны производятся строго по комплекту на одну натяжку) «уходит» в среднем 2.5 коровы, 30 кг исходного сырья и 2 месяца кропотливой работы. За это время струна проходит множество стадий технологического процесса, в т. ч. 20 этапов только ручной работы (промывание, обрезка, 1 солевая и 12 химических ванн, сушка, несколько сушильных комнат, скручивание, шлифовка и проч.). Каждый этап сопровождается контролем качества. после этого струны упаковываются в герметичный пакет, внутри которого сохраняется воздух влажностью 55%. Благодаря специальной термохимической обработке и силиконовому покрытию современные натуральные струны отличаются влагоустойчивостью и повышенной износостойкостью.

Продажа карбоновой ткани по низким ценам, изготовление карбоновых деталей

В чем преимущества карбона и кевлара перед другими материалами?

Углепластик (карбон) – это современный высокотехнологичный материал. Он прочен, имеет небольшой вес. Благодаря своим выдающимся свойствам, карбоновая ткань, купить которую можно в нашей компании, нашла свое применение сначала в аэрокосмической промышленности и авиации, позже в автоспорте. Карбоновые изделия невероятно востребованы благодаря своей прочности, низкому весу и декоративным качествам.

Сегодня, благодаря появлению новых технологий производства, а так же современных полимерных связующих – этот материал становится все более популярным в других отраслях. Углеволокно востребовано в медицине, спорте, производстве аксессуаров и украшений. Также с его помощью реализуются интересные проекты в области тюнинга авто- и мототехники.

Кроме своих уникальных свойств, карбон обладает красивой трехмерной фактурой. Поэтому отдельным направлением мы выделили декоративную отделку углепластиком (карбоном) элементов интерьера: автомобилей, катеров, яхт, самолетов. Изготовление композитных деталей (например, карбоновых капотов) на специализированном оборудовании с применением современных технологий, позволяет нам предлагать покупателям лучшую продукцию в данном сегменте рынка.

Правила ухода

При уходе за защитными приспособлениями нужно помнить, что кевлар – это полимер, который не переносит намокание, ультрафиолетовые лучи и химическую чистку, поэтому при уходе за ним нужно придерживаться рекомендаций производителя. Концерн Дюпон гарантирует сохранение защитных свойств и прочности своей кевларовой продукции до 10 циклов стирки. Выстиранные вещи следует сушить в закрытом помещении, а вот воздействие тепла им не вредит. Что же касается воздействия различных химикатов, особенно содержащих хлор, то контакт с ними крайне нежелателен, хотя очистка с помощью кислородных отбеливателей вполне допустима.

Принципы производства

Производство кевлара – дорогостоящий процесс, поэтому этот материал стоит больше. Один погонный метр может стоить более 30 долларов, но эта цена обусловлена сверхпрочными свойствами.

Мнение эксперта

Алена

Эксперт и технолог по тканям Алена Хлебникова готова ответить на ваши вопросы.

Напишите нам

Для получения полимерных нитей нужно пройти не одну химическую реакцию. В качестве основы используется раствор кальций хлора и метил-пирролидона. В них заливают специальные реагенты, которые выпадают осадком и образуют жидкокристаллическую субстанцию. Это нечто среднее между гелем и порошком.

Перед загрузкой вещества в машину промывают от остатков раствора и сушат. Потом будущий полимер пропускают через формы (этим занимается специальное оборудование). Так однородная субстанция превращается в тончайшие нити (или волокна, зависит от сферы применения). Чтобы это произошло, необходимо много серной кислоты – она и делает процесс производства дорогим для производителя.

Описание метода получения и состава кевларовой нити

Датой изобретения кевлара считается 1964 год. В то время группа химиков американской компании DuPont под руководством Стефани Кволек искала способ заменить металлический корд в автомобильных шинах на более легкие полиарамидные нити. Это позволило бы водителям значительно экономить на топливе.

Стефани Кволек удалось придумать сложный технологический процесс для изготовления нового волокна. Он включает следующие этапы:

1. При низкой температуре создается раствор из хлористого кальция и метилпирролидона.
2. В него подмешиваются реагенты. Получается жидкокристаллическое вещество.
3. Смесь активно перемешивают.
4. Полиарамидные нити получают путем выдавливания раствора через тонкие отверстия – фильеры. Метод называется экструзией.
5. Волокна подаются в осадительную ванну, потом промываются и высушиваются.

Кевларовая нить получилась сверхпрочной и хорошо вытягивалась. В ходе тестирования ученые даже решили, что у них сломался измерительный прибор. Однако впоследствии они признали состоятельность идеи Стефани Кволек.

В 40-60-х годах компания DuPont активно работала над улучшением характеристик материала. В 1975 году началось производство кевларовой нити в промышленных масштабах. Похожие синтетические волокна позже изобрели в Европе и России под обозначениями таврон и СВМ. Однако в технической документации все же закрепилось название кевлар.

Кевларовые струны

Позже других появились кевларовые (полиэстеровые, графитные) струны монолитной структуры. Эти нити — полный антипод натуральному варианту. Они очень стойкие, но очень жесткие и совсем неэластичны.

Обрели популярность благодаря высокой надежности и способности создать огромный крутящий момент (спин) в умелых руках. Поначалу струны этого типа были очень жесткими и давали слабый контроль.

Некоторые игроки с сильным ударом любят кевларовые струны, так как им не нужно заботиться о целостности волокон после удара, как в случаях с другими видами. Как и остальные типы натяжных волокон, кевларовые претерпели некоторых изменений. Они стали мягче, но по-прежнему очень хорошо сохраняют прочность.

Многие игроки, в том числе большинство ведущих теннисистов в туре, прибегают к гибридным работам.

Гибрид — это сочетание двух разных струн на одной ракете (по вертикали один тип, по горизонтали — другой). Большинство использует графитную основу в ракетке и перекрещивает с ней натуральные или волокнистые синтетические струны.

Таким образом, ракетка надежная, позволяет хорошо «крутить», а также обеспечивает чувство и комфорт при ударах. Некоторые, как Роджер Федерер, наоборот используют натуральную основу в переплете с графитным типом. Это позволяет бить сильно и при этом не теряется эластичность и чувство.

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.

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.

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.

DuPont представила новые кевларовые волокна

Новые кевларовые волокна от DuPont получили название Kevlar Advanced Performance.

Материал Kevlar Advanced Performance (AP) должен удовлетворить потребность промышленности в более прочных и легких материалах. Благодаря модернизированной технологической платформе новые волокна обладают повышенной прочностью, а также позволяют снизить затраты производителей и обеспечить увеличенную гибкость производства. Новые волокна могут использоваться в производстве автомобилей, строительстве, нефте- и газодобывающей отрасли, из них могут изготавливаться тросы и оптоволоконные кабели. Первым продуктом новой линейки стали волокна Kevlar K29 AP.

Как заявил президент DuPont Protection Technologies Томас Пауэлл (Thomas G. Powell): «Наши волокна разработаны, чтобы усилить прочность самых разных изделий, так как Kevlar обладает сниженным весом, размерной и термической стабильностью, устойчивостью к коррозии и другими уникальными свойствами».

«Во многих случаях наша технология позволяет использовать меньшее количество волокон – такие инновации крайне востребованы на рынке высококачественных материалов, так что мы уверены, что Kevlar будет пользоваться спросом».

Kevlar K29 AP может использоваться для изготовления шин, ремней, шлангов, электромеханических кабелей, используемых в автомобильной, строительной и других отраслях промышленности. DuPont отмечает, что спрос на высокопрочные легковесные материалы продолжает расти, и особенно это касается производства шлангов, ремней и шин для автомобильной индустрии (в этом сегменте спрос вырос на 100% за последние 5 лет), поскольку производители заинтересованы в снижении массы автомобилей, более эффективном потреблении топлива и лучшего функционирования своей продукции при высокой температуре.

Новые волокна доступны в разных версиях (с различным массовым номером) и стали на 15% прочнее по сравнению со стандартными K29.

Первые испытания уже показали, что Kevlar AP обладает очевидными преимуществами для производителей, и компания DuPont продолжает работать над расширением использования своей технологии в производстве различных изделий, чтобы помочь потребителям сделать свое производство более инновационным и эффективным.

Кевларовые волокна от DuPont обеспечивают безопасность во время критически важных процессов уже на протяжении 40 лет. DuPont ожидает, что недавние инвестиции в наращивание производства Kevlar и Nomex позволят компании увеличить прибыль и продолжить разработки еще более инновационных и высококачественных материалов.

Компания DuPont была основана в 1802 году, и сейчас ее отделения находятся в более чем 70 странах. Материалы DuPont используются в сельском хозяйстве, пищевой индустрии, строительстве, коммуникациях и транспортной отрасли.

Волокна DuPont Kevlar в два раза прочнее других часто используемых материалов

Характеристики кевларовой нити: плюсы и минусы

Основное преимущество кевларовых нитей – высокая прочность: от 280 до 550 кг на мм². Перерезать их обычными ножницами вряд ли получится. Отсюда вытекает сразу три важных свойства материала:

• устойчивость к истиранию;
• способность выдерживать тяжелые предметы;
• хорошая сопротивляемость к ударам и динамическим нагрузкам.

Волокна имеют низкую плотность – до 1500 кг на м³. Это немногим больше, чем у воды. Материал хорошо пропускает воздух и отводит влагу. В одежде из кевлара человек практически не перегревается и не потеет.

Кроме того, полиарамидные нити обладают следующими плюсами:

1. Низкая электропроводность. Работать с ними намного безопаснее, чем с металлами.
2. Устойчивость к коррозии. Неспроста их применяют для обтяжки кабелей и в судостроении.
3. Не горят и даже не плавятся. Они начинают разлагаться только при температуре выше 430-450 °С, и то спустя несколько часов. Обладают способностью к самотушению.
4. Не теряют высокие эксплуатационные свойства на морозе. Напротив, отрицательные температуры делают волокна еще прочнее.
5. Не токсичны. Не вызывают аллергию даже у маленьких детей и пожилых людей.

Однако кевларовое полотно в чистом виде не обеспечивает 100% защиту от тонких и острых предметов. Например, его можно пробить пулей или проколоть шилом. Поэтому при изготовлении брони для военных целей формируется несколько слоев такой ткани, а также добавляются металлические пластины. Также кевлар быстро портится под воздействием воды, химических реагентов и ультрафиолета.

Какие бывают виды

Кевлар выпускается в двух видах:

1. Длинные нити в катушках, для ткачества больших кевларовых полотен. Далее эта ткань используется для изготовления спецодежды. Также нити приплетают к другим смесовым материалам для добавления им прочности (перчатки альпинистов). Путем скрутки нитей можно достичь максимальных характеристик, что позволяет делать даже сверхпрочные тросы.
2. Измельченное волокно с частицами размером 1 мм – из него производят пластины, которые потом используются как один из слоев композита.

В продаже кевлар имеет несколько маркировок, каждая со своими характеристиками, и предназначается для определенных вещей.