Дайнима материал что это
Dyneema vs Kevlar
Сравнение уникальных материалов с непревзойденными защитными свойствами. Кстати есть отечественный аналог.
Современные высокотехнологичные материалы входят в повседневную жизнь. В производстве средств индивидуальной защиты одни из наиболее востребованных – материалы Dyneema и Kevlar.
Что такое Dyneema?
Dyneema® – зарегистрированная торговая марка одного из самых прочных и легких волокон в мире. Этот материал в 15 раз прочнее стали и на 40% прочнее арамида. При этом, в отличие от стали, изделия из Dyneema® не тонут, могут плавать на поверхности воды. Сочетание исключительной прочности и малого веса дает широкие возможности для применения материала.
История изобретения волокна Dyneema®
Волокно, которое позже получило название Dyneema®, было изобретено химиком Альбертом Пеннингсом в результате случайно возникшей цепи химических реакций в 1968 году.
Он исследовал полиэтилен и получил нить, которую не мог разорвать. Компания DSM (Dutch State Mines, Голландия), в которой он работал, в то время занималась добычей угля и производством из него удобрений, поэтому босс никак не отреагировал на случившееся. Однако Пеннингс и его коллеги увидели потенциал этого удивительного волокна. После более чем 20 лет исследований и совершенствования технологии производства это сверхпрочное и сверхлегкое долговечное волокно сверхвысокополимерного полиэтилена (UHMwPE) получило марочное название Dyneema® и поменяло профиль бизнеса компании.
По-русски химическое вещество называется сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). В мире волокна СВМПЭ под собственными марочными названиями производят Ticona, Braskem, DSM, Teijin (Endumax), Celanese и Mitsui.
В России существуют несколько установок синтеза порошков СВМПЭ на предприятиях ООО «Томскнефтехим» и ПАО «Казаньоргсинтез».
О технологии СВМПЭ
Около 10 лет ученые DSM искали способы промышленного производства Dyneema®, и в результате был разработан метод синтеза волокон «гель-прядение», или иначе «гель-формование».
По данной технологии СВМПЭ растворяют в растворителе, затем выдавливают в водный раствор получившийся гель и вытягивают его при температуре около +100 °С, удаляя растворитель. В процессе формования, состоящие из длинных линейных цепочек полиэтилена молекулы, закручиваются в волокна, теряя при этом межмолекулярные связи и приобретая почти совершенную параллельную ориентацию молекул, что наряду со сверхвысокой молекулярной массой придает волокнам уникальные свойства:
Предназначение Dyneema®
Из волокон Dyneema® делают якорные канаты, тросы, такелаж, крановые тросы. Они не тонут и не нуждаются в смазке.
Мало кто знает, что круизное судно Costa Concordia, потерпевшее катастрофу у берегов Италии, поднимали в вертикальное положение при помощи такелажного инвентаря и канатов из волокон Dyneema®.
Также из Dyneema® делают:
Применение этого сверхпрочного и сверхлегкого волокна – один из современных и инновационных трендов в проектировании средств индивидуальной защиты.
Следует отметить, что у материала Dyneema® большие перспективы и потенциал для замещения привычных стали, пластмасс предыдущих поколений, стекловолокна.
Материал Kevlar
Кевла́р (англ. Kevlar) — пара-арамидное волокно (полипарафенилен-терефталамид), выпускаемое фирмой DuPont.
Впервые кевлар был получен группой Стефани Кволек, американского химика и сотрудницы фирмы DuPont, в 1964 году. Гетсиз.ру писал о ней и ее изобретении:
Технология производства нового волокна разработана в 1965 году, а с начала 1970-х годов стартовало промышленное производство.
Аналоги кевлара – арамидные волокна, выпускаемые под марками Technora®, Twaron®, «Армос», «Русар». В СССР в 70-е годы был создан арамид СВМ (аббревиатура раскрывалась просто: синтетический высокопрочный материал). Технология получения у всех производителей отличается, что обуславливает разброс характеристик: материалы не одинаковы по свойствам.
Применение кевлара
Изначально материал разрабатывался для армирования автомобильных шин, для чего он используется и по сей день. Кроме того, кевлар используют как армирующее волокно в композитных материалах, которые получаются прочными и лёгкими. По прочности кевлар превосходит сталь в 5 раз.
Кевларовое волокно также используется в качестве армирующего компонента в смешанных тканях, поскольку он придает изделиям из них стойкость по отношению к абразивным и режущим воздействиям. Из таких тканей изготавливаются, в частности, защитные перчатки и защитные вставки в спортивную одежду (для мотоспорта, сноубординга и т. п.). Он используется в обувной промышленности для производства надежных антипрокольных стелек. Термостойкость обуславливает применение кевлара для создания одежды пожарных.
Кевлар обладает сравнительно небольшим весом и при этом значительной силой внутреннего трения, которая позволяет быстро рассеивать кинетическую энергию при столкновении, превращая её в тепловую.
Именно поэтому он так востребован для производства бронежилетов в военном и полицейском обмундировании.
Композитные материалы на основе арамидных волокон отлично зарекомендовали себя в самолетостроении, в строительстве корабельных судов и в космических технологиях.
Кевлар сохраняет прочность и эластичность при низких температурах, вплоть до криогенных (−196 °C), более того, при низких температурах он даже становится чуть прочнее.
При нагреве кевлар не плавится, он разлагается при сравнительно высоких температурах (+430 °C +480 °C). Температура разложения зависит от скорости нагрева и его продолжительности. При повышенных температурах (более +150 °C) прочность кевлара уменьшается с течением времени.
Химчистка и отбеливание негативно сказываются на прочностных свойствах кевлара.
Сравнение материалов
Изначально оба материала создавались для разных применений, но со временем их области применения в современном мире стали пересекаться. На диаграмму выведены сопоставимые характеристики.
На диаграмме не показана критическая уязвимость кевлара – быстрое старение и зависимость от намокания в воде, которая ведет к потере механической прочности.
Различие материалов
У обеих нитей есть свои сильные и слабые стороны.
Хорошая новость заключается в том, что для выбора есть варианты.
Kevlar® в 5 раз прочнее стали (при одинаковом весе материалов), а Dyneema® может похвастаться впечатляющей прочностью в 15 раз выше стали.
Означает ли это, что Dyneema® станет лучшим материалом для производства защитных перчаток и рукавов? Необязательно.
Прочность обоих материалов одинакова: Kevlar® имеет предел прочности при растяжении 3620 МПа, а Dyneema® – 3600 МПа. Но поскольку Dyneema® имеет гораздо более низкую плотность, чем Kevlar® (0,97, по сравнению с 1,44), нивелируется отношение прочности к весу.
Трудно сравнивать два волокна и на стойкость к порезу, она зависит от многих параметров: очень много значат структура скрутки волокна в пряже, способ вязки и переплетения волокон в материале.
Dyneema® лучше дышит, меньше накапливает влагу (отводит влагу и пот), чем Kevlar®, поэтому, если вы работаете в жарком климате, и необходима вентиляция, – выбирайте Dyneema®. Уязвимостью является низкая термоустойчивость: волокно плавится уже при +136 °С. Для всех применений, где возможен контакт с высокими температурами, эти волокна не подходят.
Но если необходимы перчатки для работы с нагретыми (даже раскаленными до +450 °С) или сильно охлажденными (до –170 °С) деталями, Kevlar® должен быть в верхней части вашего списка выбора.
Dyneema® очень требовательна к условиям стирки: изделия из этого волокна нельзя стирать при температуре выше +40 °С, сушка также должна быть низкотемпературной: в противном случае высокие физические характеристики волокна падают.
Но эти два материала отнюдь не антагонисты. Волокна без затруднений можно смешивать как между собой, так и с другими волокнами, создавая новые композитные материалы. Например, мотоджинсы, в состав которых входят оба волокна, не боятся температуры выше +165 °С (при которых становится пластичной Dyneema) и прекрасно сопротивляются трению.
Выводы
С увеличением количества продуктов из двух материалов, рассматриваемых в этой статье, многие производители из Юго-Восточной Азии стали указывать, что их товары также имеют в составе эти волокна. Нередко это невозможно подтвердить фактами. Помните: чудес не бывает, достижение экстремальных значений защиты в материалах не может быть дешевым, поэтому используйте испытанные и сертифицированные СИЗ из качественных волокон производителей с солидной репутацией.
(20 оценок, среднее: 4,80 из 5)
⌛ Нет времени на web-сайты? Попробуйте наш Telegram и не забудьте про Instagram, Facebook, Вк и Twitter
Сверхпрочная ткань Дайнема (Dyneema) и изделия из нее
История этого необычайного материала началась в 60-е годы ХХ века: во время гонки вооружений Холодной войны нужно было изобретать все более совершенные защитные технологии. И вот однажды исследователь лаборатории DSM из Голландии по фамилии Пеннингс открыл сложные полиэтиленовые структуры массы UHMWPE. До наших дней открытие дошло под чуть более легким названием – Дайнема или Dyneema. И голландцы первыми получили патент на его производство.
Варианты сверхпрочных тканей производимых нашей компанией вы можете посмотреть тут
Сегодня же изделия из ткани Дайнема – от бронежилетов до защитных рукавиц продаются по всему миру. Наша компания является поставщиком защитной одежды и спецодежды из материала Dyneema у нас вы можете заказать перчатки против порезов, куртки, штаны и другую специальную одежду из этого материала.
Защитные перчатки из Дайнема
Особенности ткани Dyneema
Материал этот называют тканью потому, что он состоит из переплетенных мелких удлиненных нитей. Каждая такая нить формируется из гелевидной кристаллической структуры, с повышенной концентрацией кристаллов в застывшем состоянии. Гелевые нити вытягиваются и формуются в ткань после охлаждения. Благодаря своему составу и уникальной технологии сплетения полотно Дайнема превосходит по прочности сталь в 20 раз!
Такая особенность материала позволяет изготавливать из него армированную и защитную одежду. С учетом того, что толщина Dyneemaне превышает нескольких миллиметров или сантиметра, ее используют как прокладку в создании бронежилетов и шапок под каски для солдат. Материал даже применяют в обшивке танков, самолетов и крейсеров. Это на сегодняшний день единственная защитная ткань из полимерных нитей, способная задержать пулю от автомата АК-47.
Структура волокна Dyneema
Другие свойства материала
1. Прочность на разрыв характеризуется таким свойством, как разрывная длина. Она у волокон Дайнема достигает 400 километров. То есть, только при такой длине нить теоретически разрушится под тяжестью собственного веса. Возьмем для сравнения, ту же сталь – легендарный по прочности металл уступает в 16 раз, демонстрируя показатель 25 км.
2. Растяжимость Dyneema сводится к 0. Это хорошо в том плане, что пуля или острый предмет не врежутся в кожу, а останутся задержанными с помощью волокна. Кстати, это свойство используют производители рыболовных лесок – нить позволяет тонко почувствовать поклев и не упускать из контакта рыбу в процессе выуживания;
3. Ткань является водоотталкивающей, более того, жидкости соленые и кислые не оказывают на нее никакого разрушающего эффекта;
4. Благодаря особому строению кристаллической решетки полотно устойчиво к перепадам температур, УФ-лучам, агрессивным элементам за очень малым исключением.
Анализируя свойства Dyneema, можно прийти к выводу, что этот материал оптимален для качественной защитной одежды. Перчатки, куртки, маски из него можно использовать в любых погодных и атмосферных условиях. И, что приятно, длительное время, не менее 10 лет, хоть ткань и создана на основе полимеров.
Купить спецодежду Dyneema можно у нас
Изготовление продукции из Dyneema
В большинстве случаев, создаются бесшовные конструкции, которые фабрики, имеющие право производства из материала, ткут на специальных плетельных станках. Работоспособность одной машины составляет всего от 15 до 60 метров в час, так как процесс ответственный. И чем больше операций по переплетению нити осуществляется, тем более прочным выходит полотно. Так, для шнуров из Dyneema известны способы переплетения в 3, 4, 6, 8 нитей. Ткань плетется стандартно в 2 нити и подвергается пропитке дисперсионным составом с красителем, на основе полиуретана. После чего материал помещают в специальный отсек для термической фиксации.
У нас вы можете приобрести уже готовые изделия и спецодежду из материала Дайнема, выбрав из нескольких подходящих размеров. Даже несмотря на то, что материал не назвать дешевым, мы готовы предложить эксклюзивную цену нашим клиентам. При оптовом заказе предлагаем скидки. Спецодежда с доставкой для проведения опасных работ, контакта с режущими инструментами, одежда для сварки и прочие атрибуты охраны труда – звоните, проконсультируем.
Про дайнему и кевлар, получающие все большее распространение в альпинистской практике, на Риске сказано уже немало слов, зачастую – скептических.
Бесспорно, недостатки у этих материалов есть, но не слишком ли они преувеличены на практике? Думаю, поклонникам стиля «фаст и лайт» или, как говорится, любителям «легкой жизни» бальзам на душу прольют ответы на вопросы о применении в альпинизме новейших материалов главы комиссии по безопасности DAV Криса Земмеля.
Нейлон, дайнема, кевлар.
(Для полноты картины, можно упомянуть еще два вида волокон:
полипропилен (РР). Веревки из этого волокна довольно распространены в водных видах спорта, но в горах их использование не рекомендуется из-за низкой устойчивости к ультрафиолету, сравнительно малой прочности и легкости перерезания острыми кромками скал.
Полиэстер (PET) – полиэфирное волокно. Торговые марки – лавсан, дакрон, терилен, тезил, тергаль… По сравнению с нейлоном, более стоек к УФ излучению и износу. Прочность и температура плавления примерно такая же, как у нейлона, эластичность – намного меньше. В альпинистских веревках и шнурах некоторых фирм применяется для изготовления оплетки – прим. переводчика).
Применение дайнемы и кевлара в альпинистском снаряжении.
Рис 1. Внешний вид петель: из дайнемы (слева), меланжевой ткани (дайнема+нейлон) (в центре) и чистого нейлона (справа).
Рис. 2. Репшнуры с сердцевиной из кевлара (слева) и дайнемы (справа). Оплетка обоих шнуров – из нейлона.
Возвращаясь к практике, отвечаем на частые вопросы:
1. Если использовать для самостраховки на станции петлю из дайнемы не порвется ли она при падении на нее?
— На испытаниях падающей стальной 80-кг болванкой, при достаточной высоте падения – ДА, порвется! Причем, при таких условиях порваться может и нейлоновая стропа – см. известную информацию от фирмы DMM. На практических испытаниях учебной группы DAV и курсов гидов VdBS, при использовании падающего груза в виде наполненной песком автопокрышки (более точно имитирующей человеческое тело), при падении с фактором 2(!) 120-см петли с тремя узлами (стремя в карабине, «удавка» на грузе и «дубовый» узел для укорочения петли) не рвались. Ни нейлоновые, ни смешанные (РА/РЕ), ни дайнемовые! Полная глубина падения при этом составляла 2,1 м. При увеличении глубины падения до 4м, рвались петли из всех материалов.
Вывод: в любом случае, падение на самостраховку из стропы или репшнура опасно. Даже если самостраховка выдержит, благодаря упругости человеческого тела, возникающие при этом перегрузка близка к предельно допустимой для организма. Считать, что лучше не использовать самостраховку вообще, чем использовать для этого петли из дайнемы тоже неправильно. Лучше сформулировать так: ни в коем случае нельзя срываться на дайнемовые или нейлоновые петли самостраховки с большой высоты.
2. Можно ли завязывать узлы на петлях из дайнемы?
— Да, вполне можно. Поскольку этот скользкий материал продается в виде сшитых петель, применя для связывания концов узлы, проскальзывающие при малой нагрузке, нет необходимости. Статическая прочность дайнемовой петли с узлом проводника – 11кН, с восьмеркой – 17 кН, с двойным булинем – 24 кН. Можете завязывать проводник на сшитой петле. Для большей надежности выбирайте двойной булинь. Его легче развязать при необходимости. Кстати, из-за старения или динамичного нагружения, действительная прочность может оказаться на 30-50% ниже измеренной при статической нагрузке, так что в центральном пункте станции лучше использовать именно двойной булинь, завязав его на станционной петле раз и навсегда.
Способ завязывания двойного булиня для для этого описан здесь.
Рис. 3. Последовательность завязывания петли двойным булинем.
3. Если все же произошло падение на станцию, узел в центральном пункте сильно затягивается. Не возможно ли при этом расплавления дайнемы в узле?
— Поверхностное оплавления при этом образуются, подобно тем, что можно видеть на оплетке обычной веревки при слишком быстром спуске партнера на скалодроме. Но такое же легкое оплавление появится и на нейлоновой стропе. Полное переплавление петель в этой ситуации невозможно, поскольку, как и при работе узла УИАА, трение происходит не в единственном локальном месте.
Конечно, пропускать связочную веревку в петлю и спускать через нее партнера (будущего «бывшего» партнера :-)) – катастрофическая ошибка. Поведение в этой ситуации нейлона и дайнемы, испытывалось на курсах швейцарских горных гидов. Мы рассуждали так: Петли из дайнемы имеют меньшее поперечное сечение, а их температура плавления ниже, чем у нейлона. С другой стороны, дайнема более скользкая, трение меньше, поэтому ее поверхность меньше нагревается. Не компенсируют ли эти факторы друг друга? Так оно и оказалось на практике. При спуске добровольца через петлю (при одинаковой скорости), 16мм нейлоновая петля пережигалась веревкой через 4,8 м спуска, а 8мм дайнемовая – через 4,2 метра. Точнее, петли не расплавлялись в буквальном смысле, а перетирались из-за комбинированного действия повышенной температуры и механического «перепиливания» сравнительно грубой оплеткой веревки. Опасение, что дайнема опасна для блокировочных петель станции из-за ее низкой температуры плавления не подтвердились. Кстати, петли из кевларового репшнура на этих испытаниях перетереть вообще не удалось.
4. Можно ли использовать схватывающие узлы из дайнемовых репшнуров или петель? Держат ли они вообще? Не перегорит ли прусик при спуске? Можно ли использовать дубовый узел в петле для прусика, или петлю надо связывать пакетным узлом или грейпвайном?
— Сначала – о репшнурах с сердечником из дайнемы и оплеткой из нейлона. Тут ответ однозначен – ДА! Такой репшнур толщиной 5,5мм пригоден для всего – для прусиков, блокировок станций, даже для удлинительных петель на промежуточных точках страховки. Об узлах так же можно не беспокоиться. Поскольку при срывах пиковая нагрузка длится короткое время (0,2…0,5 секунд), даже дубовый узел (предварительно затянутый и с достаточно длинными, не менее 5 см, свободными концами) просто не успеет развязаться или проскользнуть на репшнурах из дайнемы с нейлоновой оплеткой. То же относится и к репшнурам с кевларовой сердцевиной. Конечно чем больше изгибов веревки в узле, тем больше трение и тем больше нагрузка при которой этот узел начнет развязываться или проскальзывать. Если вы хотите максимальной надежности – используйте для связывания репшнура в петлю простой или усиленный грейпвайн или, как компромисс – пакетный узел – рис. 4.
Рис. 4. связывание концов репшнура пакетным узлом.
Рис. 5. Схема связывания концов шнура усиленным грейпвайном.
Что касается использования коротких сшитых петель из дайнемы для прусиков, пережигание петель при самостраховке на спуске не представляет большой опасности. Как было описано выше, из-за меньшего трения меньше и нагрев материала петли. Но из-за меньшего трения меньше и сила схватывания прусика, что является важным при подъемах из трещин или использовании в полиспастах. Так что, в этом случае приходится делать в схватывающих узлах побольше витков – в прусиках – не менее 3-х, в автоблоке или клемхейсте – не менее 4-х.
5. Не безумие ли – нагружать тонкие петли из дайнемы через острые скальные ребра?
— опасность нагрузки на острой кромке лучше рассматривать как сопротивление материала разрезанию. Конечно, при маятниковом движении, любая петля может быть перерезана острой скальной кромкой. Но дипломные работы Петера Риша и Михаэля Бюкерса из Мюнхенского технического университета наглядно показали преимущества в этом отношении дайнемы над нейлоном. При поперечном разрезе дайнема в 6…7 раз устойчивее нейлона. Так что можно быть спокойным! 5,5 мм репшнур из дайнемы с нейлоновой оплеткой перерезать не легче, чем обычную нейлоновую веревку диаметром 9,2 мм. Устойчивость кевлара к разрезу при таких условиях меньше, но все же вдвое превосходит нейлон. Так что можно с чистой совестью накидывать дайнемовые и кевларовые петли и шнуры на острые скальные блоки, продевать через «песочные часы» и использовать репшнуры из этих материалов для верхней страховки.
6. Не слишком ли чувствительны петли из дайнемы и кевлара к УФ излучению? Боится ли кевлар нагрузки на изгиб? Намного ли меньше срок службы этих материалов по сравнению с нейлоном?
— Устойчивость к УФ лучам постоянно обсуждается на интернет-форумах и на альпинистских курсах. Потеря прочности при действии солнечных лучей важна тогда, когда материал постоянно находится под открытым небом. Это актуально для «общественных» спусковых петель или стационарных оттяжек на скалах. «Личные» петли и шнуры страдают лишь из-за легко распознаваемого механического износа.
Устойчивость материалов к УФ лучам исследовал Стефан Дюррбек в центре полимеров г. Вюрцбурга. Оказалось, что материалы с одной стороны, имеют разную степень потери прочности из-за УФ излучения, но с другой – УФ лучи проникают в разных материалах на разную глубину – рис. 6.
Таким образом, можно сделать выводы:
— Глубина проникновения УФ лучей в нейлон и арамид незначительна. Все материалы с нейлоновой оплеткой стареют только снаружи, Сердцевина, несущая основную нагрузку оказывается надежно защищенной от излучения оплеткой.
— Глубина проникновения УФ лучей в полиэтиленовые волокна очень велика. Хотя относительная потеря прочности дайнемы при этом меньше, чем у нейлона, общий ущерб прочности оказывается сильнее. Дайнема, не защищенная нейлоновой оплеткой существенно теряет прочность под действием солнечного излучения.
— В арамидное волокно УФ лучи проникают неглубоко, а относительная потеря прочности под действием излучения меньше, чем у нейлона.
К старым спусковым петлям из дайнемы надо относиться гораздо осторожнее. Но кто же оставляет такие петли на спуске? В основном, старые спусковые петли из строп без оплетки опаснее, чем сделанные из репшнура. Для личных петель, при обычном использовании, старение на солнце не представляет большой угрозы. Списывать в утиль такие материалы надо при отчетливых следах механического износа или после официально допускаемых 10 лет эксплуатации. Даже и после этого срока петли и шнуры, скорее всего, сохранят достаточную прочность, но гарантия производителя уже потеряет юридическую силу.
Наконец, о чувствительности кевлара к изгибающим нагрузкам. Эта опасность актуальна при нескольких десятках тысяч циклов изгиба в локальном месте и не представляет на практике большой угрозы.
Резюме.
И у меня первоначально были сомнения. Висение над пропастью на тонкой ниточке сильно давит на психику. Но этот страх нерационален. Если вы привыкнете к тонким дайнемовым петлям, вы уже не захотите отказаться от них. Кроме малого веса и толщины, такие петли обладают следующими преимуществами:
· Компактно размещаются в рюкзаке или на беседке.
· Удобны для продевания в «песочные часы» или в накидывания на крючья с помощью удавки.
· Благодаря низкому трению и малой растяжимости, очень удобны для полиспастов,
· В крайнем случае, могут использоваться для схватывающих узлов – можно не носить специально для этой цели нейлоновые петли.
Шнуры из дайнемы с нейлоновой оплеткой имеют следующие достоинства:
· Благодаря большей прочности по сравнению с чисто нейлоновыми (того же диаметра), они более универсальны – подходят для организации станций, в качестве удлинителей и т.д.)
· Идеальны при использования в схватывающих узлах. При использовании репшнура вместо сшитой петли, можно сэкономить карабин.
· По сравнению с петлей, переносимой через плечо, репшнур можно в любой момент снять (не снимая рюкзака) и использовать на полную длину.