Для изготовления чего в основном используется кевлар
Особо прочная ткань кевлар: от изготовления и свойств до особенностей ухода
Свойства и особенности ткани
Физико-механические
Гигиенические
Кевлар применяется в различных сферах. В чем же особенность этого материала? Почему он представляет такую ценность на современном рынке?
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.
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.
История происхождения
Кевлар создали в Америке в 1964 году на химическом предприятии DuPont. Создатель этого материала — американский химик Стефани Кволек. Кевлар стали производить в промышленных масштабах в 1970 году.
Первоначально материал создавали для армирования кабелей и шин для автомобилей. В дальнейшем сфера применения кевлара стала обширной.
Кевларовая ткань — зарегистрированный товарный знак пара-арамидного синтетического волокна.
Состав ткани и ее свойства
В состав кевлара входят синтетические нити, полученные химическим путем. Ткань изготавливается с помощью полотняного прядения нитей, структура ткани — простое переплетение.
Свойства кевларовой ткани:
Кевларовая ткань: материал прочнее стали
Кевлар — название торговой марки высокопрочного полимерного материала (KEVLAR), разработанного учёными американской химической компании DuPont (Дюпон). По прочностным характеристикам превосходит сталь, но намного легче по весу.
Кевлар — первый в группе
Кевлар был изобретён в 1964 году американской учёной-химиком Стефани Луизой Кволек во время её работы в Дюпон.
К 1971 году группе учёных компании удалось доработать материал, и началось его массовое производство.
Кевлар это аналог СВМ и тварон (чего многие и не знают), созданных практически одновременно в России и Европе. Но так как он был первым, все материалы, относящиеся к этой группе, стали называть именно так.
Производство
Кевлар выпускают в виде:
Свойства кевлара
Обычный диаметр волокон 1 мкм, непрозрачные.
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.
- теряют прочность при истирании; разрушаются под действием ультрафиолета. Требуют специального покрытия смолой.
Защитная одежда из кевлара
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.
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.
Спортивное снаряжение
Лыжи, доски для сноуборда, шлемы, лодки и вёсла из кевлара обладают очень высокой прочностью и лёгкостью.
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.
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.
Кевларовая нить — что это такое, применение материала
Кевлар – этот материал прочности, сравним со сталью, но легче металла. Его нити добавляются в спецодежду, но в то же время из него производят даже покрышки! Что такое кевлар и каковы все сферы его применения – узнаем далее в статье.
История происхождения
Kevlar был произведен в 1964 году американской компанией Dupont, которая также известна как крупнейший мировой создатель и производитель нейлона. Изобрел этот материал Стефани Кволек – химик, пришедший в эту компанию на стажировку. Стефани мечтала о медицине, но процесс производства химических материалов оказался так интересен, что она решила остаться.
Само появление полотна считают случайностью. Да, производитель искал сверхпрочный материал. Его было решено изготовить при помощи из полимеров – полиарамида. Полимерные нити изготавливают, расплавляя начальное сырье и пропуская его через отверстия. Но полиарамид плохо поддается расплавке, поэтому его решили извлечь из раствора. Для этого подбирали подходящий растворитель, но такого не находилось. Тот, который был ближе, сделал его мутным, его нельзя было заливать в машину, чтобы не засорить ее и не сломать.
Поиски могли продолжиться, но Стефани убедила руководство рискнуть, и оказалось, что раствор подходит для изготовления нитей. А результат испытаний удивил – этот материал был прочнее стали!
Первое появление кевлара на рынке пришлось на 1975 год. В это время в России и Европе были созданы материалы-аналоги – СВМ и тварон. Но кевлар опередил их, поэтому все ткани данной группы стали называться так.
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.
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.
Характеристики материала
Состав
Пришло время узнать, из чего делают кевлар – такой прочный материал, который нельзя заменить больше ничем. Он представляет собой пара-арамидное волокно желтоватого оттенка. Это полимер, так что полученные нити являются синтетическими. Их добавляют в состав тканей, из которых шьют прочную спецодежду и элементы экипировки (например, перчатки).
Как композит кевлар тоже используется (покрышки), но здесь, кроме него добавляют угле-волокно и стекловолокно, хотя кевлар в разы превосходит их по прочности. Если он будет основным материалом, то вещь из него будет слишком дорогой.
Прочность составляет в среднем 360 кг на 1 мм2, но у некоторых видов может доходить до 550 кг. По структуре и свойствам кевлар постарались как можно больше приблизить к прочному, природному материалу – паутине. В сравнении со сталью, у которой эта цифра доходит только до 150 кг, кевлар гораздо прочнее. А также он имеет малую плотность (около 1500 кг на кубический метр), это чуть больше воды (1000 кг/м3).
Температурные свойства
Кевлар – способен не только выдерживать высокую температуру, но и обладать самозатухающем эффектом. Поэтому спецформа из такого материала не загорится в огне, а ее прочность начнет уменьшаться лишь через некоторое время. Кевлар выдерживает до 480 градусов Цельсия. Но при меньших температурах в нем также можно находиться некоторое время. Например, при 150 градусах пройдет 500 часов, прежде чем он станет менее прочным. И даже тогда его будет все еще сложно порвать, потому что крепость волокон уменьшится лишь на 10-20%!
Какие бывают виды
Кевлар выпускается в двух видах:
В продаже кевлар имеет несколько маркировок, каждая со своими характеристиками, и предназначается для определенных вещей.
| Название | Характеристики | Применение |
| K-29 | Стандартные свойства. Первый материал, выпущенный в 1975 году | Тормозные колодки, кабели, броня для человека и машин |
| K-49 | Высокомодульное волокно | Армирование пластмассы, оплетка стекловолокна, канаты |
| K-100 | Имеет окрас | Пряжа |
| K-119 | Более длинная и гибкая нить | Армирование резиновых изделий |
| K-129 | Повышенная прочность | Броня |
| AP | Прочнее K-29 на 15% | Общее |
| XP | Вязкая смола с добавлением волокон кевлара | Бронежилеты |
| KM2 | Волокна для производства ткани | Соответствует требованиям ГОСТа для производства бронешлемов и бронежилетов |
Области применения
Кевлар – это материал, который одновременно применяется как в одежде, так и в промышленности или при изготовлении музыкальных инструментов! Прочность и одновременно с этим легкость может быть необходима в любой из сфер.
Туризм и спорт
Использование нитей кевлара при производстве туристического снаряжения имеет большую популярность, т. к. этот материал невозможно случайно порезать или порвать.
Ортопедические изделия
Материал используется также в ортопедической промышленности для изготовления бионических протезов. Это важная вещь для человека, потерявшего конечность, и кевлар играет в ней особую роль.
Из него делают приемную гильзу, которая соединяет поврежденную конечность и механическую часть протеза. Она должна быть крепкой, чтобы не сломаться при резком движении, но в то же время легкой, чтобы не отягощать конструкцию.
Такие материалы, как карбон и кевлар подходят для этого, но второй имеет дополнительное преимущество. Приемная гильза может неприятно сжимать конечность, доставляя неприятные ощущения, а кевлар упругий, чтобы быть удобным в этом плане.
Бронезащита
Арамидные бронежилеты часто называют «мягкими», потому что они надеваются под форму и не мешают движениям человека. Они относятся к 1 классу бронезащиты по ГОСТу, и являются частью рабочей формы некоторых спецслужб.
Кевларовый бронежилет является оптимальным вариантом среди мягких, потому что он может хотя бы частично защитить от пуль и ножевых ранений. Первые мягкие бронежилеты производились из нейлона, который мог уберечь только от осколков, поэтому производство этого прочного материала обеспечило безопасность для работников спецслужб.
Защита для рук
Тем, кто работает в условиях высоких температур, с острыми предметами или раскаленным металлом, нужно тщательно защищать руки. Арамидные нити, вплетенные в структуру мягких перчаток, позволяют добиться полной защиты. Их используют, например, сварщики, чтобы не обжечься раскаленной сваркой или летящими во все стороны искрами.
Перчатки тоже частично защитили бы руки, но быстро вышли из строя. Кевлар не портится при воздействии высоких температур, поэтому такие перчатки остаются как новые даже после воздействия открытого огня.
Авиация
При производстве самолетов и вертолетов важный критерий — это легкость конструкции. Облегчить агрегат пытаются как можно больше, потому что так ему будет легче взлететь, держаться в воздухе и т. д. У него достаточно тяжелых деталей (один только двигатель весит 200-400 килограмм), а пассажирские самолеты берут на себя дополнительный вес в виде людей и их багажа. Облегчить конструкцию помогает органопластик, который производится из кевлара. Из него делается вся обшивка устройства.
А также важна не только легкость материала, но и его прочность. В воздухе в самолет могут попадать посторонние предметы (например, пролетающие мимо птицы). На такой скорости они легко могут пробить обшивку и попасть в двигатель, что приведет к крушению. Кевлар помогает избежать этого.
Судостроение
Применение кевлара в судостроении аргументировано теми же его свойствами, что и при производстве авиатехники. Раньше из этого легкого материала производили скороходную технику, предназначенную для гоночных соревнований на воде. Когда его стали применять для больших судов, то он смог найти применение только у самых тихоходных агрегатов.
Со временем технологии совершенствуются, к тому же в производстве используется не только кевлар, но и другие материалы (принцип композита). Сейчас его можно встретить даже у прогулочных туристических катеров, причем цена становится все более доступной.
Автомобильная промышленность
Как вы уже могли догадаться, из кевлара производят обшивку для гоночных машин, которая позволяет облегчить вес конструкции и увеличить скорость автомобиля. Но на этом его применение не заканчивается – производители из компании Дюпон на сайте приводят примеры, где еще может использоваться их материал. Усилить элементы автомобиля: ремни, колодки, сальники. А также популярно применение в покрышках – здесь используется композит из разных материалов, в сочетании с кевларом.
Кроме внутренних улучшений можно забронировать автомобиль от пуль и других повреждений. При этом он не станет намного тяжелее – вы не потеряете плавный контроль над своим автомобилем и его управляемость.
Музыкальные инструменты
Кевлар используется в тех элементах музыкальных инструментов, где необходима способность выдерживать большие нагрузки:
Несмотря на свою прочность, изделия из кевлара тоже не могут выдержать всё. Чтобы они сохраняли свои качества, нужно правильно за ними ухаживать.
Главное правило, которое нужно помнить – влажная ткань становится очень уязвимой. В мокром состоянии от прочности не остается и следа, поэтому ее нельзя отжимать или сильно сгибать (например, перевешивать через бельевую веревку).
И также нежелательно производить стирку часто и пользоваться химическими реагентами. Часто кевлар имеет специальные пропитки, которые помогают ему быть прочнее, с водой они вымываются.
Прямые солнечные лучи и обогреватели вредят этому материалу. Хотя в сухом состоянии он выдерживает температуру до 480 градусов, мокрые волокна не выдержат даже нагрева солнца.
Стирка разрешается только ручная, причем нельзя сильно комкать ткань. Оптимальнее будет набрать таз воды или ванну, чтобы замочить изделие без его сгибания.
Ткани это мое все! Я училась в Московском Государственном Текстильном институте имени А. Н. Косыгина, на кафедре материаловедения и товарной экспертизы. Работала на швейном производстве технологом и вот я в декрете, жду ребеночка:). Благодаря знакомству я стала автором статей о тканях и безумно этому рада! Надеюсь вам нравится мой труд!
Описание кевларовой нити: ее состав, свойства, виды и основные сферы применения
| Как называется по-другому: | кевлар, кевларовая ткань, Kevlar |
| Натуральная или синтетика? | синтетический материал |
| Как выглядит на ощупь? | плотная и очень прочная ткань |
| Применение: | спецодежда для экстремальных условий (для военных, пожарных, космонавтов, исследователей, спасателей), спортивная экипировка, куртки и костюмы для альпинистов и гонщиков, элементы зимней обуви, а также автошины, провода и кабели, ортопедические изделия и протезы и другое |
| Структура ткани: | простое переплетение, полотняное прядение |
| Тянется или нет? (Растяжимость) | не тянется |
| Рекомендуемая температура стирки: | +40-60 ⁰С |
| Режим стирки: | машинная стирка в течение 1 часа |
| Отжимать: | отжим на низких оборотах |
| Присутствие блеска: | блестящий материал |
| Степень сминаемости: | не мнется |
| Осыпаемость кромки: | большая |
| Гигроскопичность: | низкая |
| Драпируемость: | низкая |
| Усадка: | не деформируется |
| Воздухопроницаемость: | плохая |
| Выцветает или нет: | материал характеризуется стойкой окраской |
Кевларовая нить – это современное синтетическое волокно, которое прочнее стали в 5 раз. В то же время ткань из него получается легкой, тонкой, приятной на ощупь. Сфера применения кевлара весьма широкая: от производства спецодежды до армирования шин и строительных конструкций. В этой статье вы ближе познакомитесь с материалом и узнаете, где его можно использовать.
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:
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.
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:
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:
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.
Основные виды кевлара
Полиарамидные нити могут иметь разную толщину, прочность и упругость. Сегодня на рынке в основном представлены следующие виды кевлара:
Также в продаже встречаются измельченные волокна. Например, штапель-кевлар представляет собой нарезанные нити длиной до 6 мм. Они не такие прочные, как К-29, зато используются для изготовления полотна, обладающего повышенными теплоизоляционными и виброизоляционными свойствами.
Флок-кевлар – это нарезанные волокна длиной до 1 мм. Они предназначены для армирования смол.
В каких сферах применяется кевларовое волокно
Кевлар применяется в любых сферах, где нужно обеспечить защиту чего-либо от механических воздействий и перепадов температур. Однако производство полиарамидных волокон обходится дорого. Поэтому в некоторых случаях его комбинируют с другими материалами.
Текстильная и обувная промышленность
Чаще всего из кевлара шьют спецодежду: куртки, брюки, костюмы и перчатки для лыжников, сноубордистов, альпинистов, мотогонщиков, работников металлургической и химической промышленности. То есть для тех людей, чья деятельность связана с повышенным риском получения травмы.
Также из полиарамидных нитей изготавливают отдельные элементы зимней обуви:
Вещи из кевлара теплые и легкие. Они защищают кожу от порезов о стекло, падения на твердую поверхность, раскаленных предметов. Одежда и обувь устойчивы к истиранию, поэтому служат человеку долгие годы.
Военная отрасль
Разработка кевлара для военных целей началось в 70-е годы Национальным институтом правосудия США. Исследователи прошли в своей работе несколько этапов:
В итоге получилось полотно, которое идеально подходило для изготовления средств индивидуальной защиты. Сегодня кевлар до сих пор используется в производстве армейских бронежилетов, бронешлемов, бронеавтомобилей.
Судостроение и авиация
Поскольку полиарамидные нити – дорогой материал, в судостроении их чаще всего применяют выборочно: для обшивки корпуса по швам и килевой части. Хотя отдельные компании (в частности, итальянская Cranchi) изготавливают яхты длиной 11-20 метров полностью из кевлара или кевлара и карбона. В итоге морской транспорт становится легким, маневренным, экономит топливо и способен развивать высокую скорость.
В авиации кевларовые нити используются в конструкции беспилотных летательных аппаратов. Обшивка облегчает вес и повышает защиту.
Как правильно ухаживать за вещами из кевларовой ткани
Как правило, одежда из кевлара имеет защитную пропитку, которая предохраняет волокна от воды. Однако вещам все же не помешает правильный уход. Запрещены следующие действия:
В глажке необходимости нет, так как ткань не мнется. Небольшие загрязнения по возможности лучше удалить щеткой с жесткой щетиной, а не с помощью стирки.
Особенности кевларовой нити: FAQ
Вопрос: Сколько стоит кевлар?
Ответ. Один погонный метр ткани стоит от 28 у.е. А моток со 100 метрами кевларовой нити толщиной 1 мм – от 35 у.е. Цены на готовые изделия сильно отличаются и зависят от производителя. Например, в России защитные перчатки из кевлара можно купить за 500-3000 рублей.
Вопрос: Чем резать кевларовую нить?
Заключение
Таким образом, кевларовая нить – это прочный, долговечный и универсальный материал. Правда, его производство довольно дорогое, что сказывается на конечной цене изделий. Самостоятельное изготовление вещей из полиарамидных волокон – сложный процесс, который требует специальных инструментов и знания технологии. И все же плюсы кевлара перевешивают его минусы.