Кевлар. Свойства и применения. Формы выпуска и особенности

Кевлар – это пара-амидное волокно, наделенное высокой прочностью, что позволяет его использовать для плетения пуленепробиваемой ткани, армирования шин, оптоволоконного кабеля. Материал способен выносить нагрузки до 3640 МПа. Прочностные характеристики кевлара превосходят сталь примерно в 5 раз, при этом он намного легче.

История появления и технология производства

Это синтезированный искусственный материал, имеющий схожую структуру с пластиком. Является одним из полимеров. Материал изобретен в 1964 году компанией DuPont, которой принадлежат все права на его производство. Это единственный производитель кевлара в мире.

Производство кевлара было начато исключительно с целью получения материала для армирования автомобильных шин. Требовался аналог стальному тросу, который использовался ранее. Как показала практика, новый полимер превосходит металл, в связи с этим начал применяться более широко.

Производство кевлара заключается в формировании методом поликонденсации в условиях снижения температуры раствора. В результате реакции формируется вещество в виде крупинок или густой массы. Оно легко растворяется в концентрированной кислоте, после чего выделяется в осадок, который методом экструзии перерабатывается в волокна.

Формы выпуска кевлара

Кевларовое волокно это промежуточное изделие. Оно очень тонкое и прозрачное. Его толщина составляет всего 1 мкм. Волокно применяют для изготовления:

Грубых шнуров для канатов и тросов.
Прядильных нитей.
Роговины.
Ткани.

Волокна кевлара очень короткие. При этом для некоторых способов применения они могут дополнительно измельчаться. Так, материал для производства войлока и нетканых изделий имеет длину всего 6 мм. Для армирования смол волокна могут измельчаться до 1 мм.

Нити и пряжа в свободной продаже практически не встречаются, так как являются промежуточным сырьем для изготовления различных изделий. Частный покупатель может приобрести кевлар в виде готовой ткани. Она используется для пошива различной защитной одежды.

Kevlar 2

Высокая прочность ткани объясняется не только характеристиками волокон, их которых она состоит, но и особому способу плетения. За счет этого она хорошо держит удары, отличается стойкостью к порезам. Минимальная плотность кевларовой ткани составляет всего 36 г/м². В таком исполнении ее толщина составляет всего 0,08 мм. Она очень легкая, может использовать даже для пошива легкой летней одежды, которая в разы превосходит по прочности любые другие материалы, даже более плотные. Самой прочной является ткань с плотностью 460 г/м². Ее толщина составляет 0,6 мм. Она менее гибкая, но обладает максимальной прочностью, доступной для кевлара.

Прочностные характеристики кевлара высокие, но не настолько, как бытует о нем мнение. Даже самая плотная ткань в один слой не способна остановить пулю или сильный колотый удар ножа.

Свойства кевлара

Материал является крайне прочным, при этом отличается легкостью и гибкостью. Благодаря этому он получил широкое распространение при изготовлении специализированного оборудования и бытовых вещей. При этом себестоимость его производства в меру высокая.

В целом к положительным качествам кевлара можно отнести:

Высокая прочность на растяжение.
Стойкость к порезам.
Химическая нейтральность к агрессивным веществам.
Минимальная токопроводность.
Высокая стойкость к горению.
Отличается сложностью плавления.
Является нетоксичным.
Не поддается коррозии.

Кроме этого нужно отметить, что при понижении температуры кевлар наоборот становится только прочнее. Он способен переносить снижение температуры до -200°С. Одежда и прочие вещи из кевлара не дают никаких вредных испарений или неприятного запаха пластика. Материал поддается естественному природному разрушению. Он не настолько опасный для экологии, как многие виды пластика. При этом нужно отметить, что кевлар и не производится в столь большом количестве, чтобы его отходы являлись источником загрязнения.

Не лишен материал и недостатков. К ним можно отнести:

Терморазложение.
Теряет прочность при намокании.
Постепенно разрушается под воздействием ультрафиолета.

При нагреве кевларовые волокна становятся менее прочными. Если поднять их температуру до +450°С, то произойдет терморазрушение материала. Кроме этого, он как и многие подобные волокна теряет прочность при намокании. Когда же волокна высыхают, они возвращают свои нормальные характеристики.

Изделия из кевлара понемногу разрушаются под воздействием ультрафиолета. По возможности их лучше хранить в темном месте. Это не является проблемой в тех случаях, когда на кевларовые волокна солнечный свет не попадает. Примером этого является кевларовый корд в шинах. Он закрыт резиной, поэтому может служить практически вечно. Другое дело одежда и защитная экипировка из кевлара. Для компенсации этих недостатков, ткань зачастую покрывают защитными прозрачными полимерами, стойкими к ультрафиолету, которые также препятствуют намоканию.

Где применяется кевлар

Так как надобность в прочных кевларовых волокнах возникает в разных областях производства, то их базовая структура была модернизирована под десятки направлений использования. Так появились специализированные марки кевлара, обладающие отдельными выраженными качествами, такими как химическая стойкость, эластичность и пр. Кроме этого постоянно появляются новые усовершенствованные составы. Основными марками считаются К29 и К49.

Kevlar 3

В больших объемах кевларовые волокна применяются в качестве армирующего включения при производстве:

Оптоволоконного кабеля.
Резиновых покрышек.
Композитов.
Канатов и шнуров.

Также из кевларовых волокон делают ткань, которая применяется для пошива защитной спецодежды. Несколько слоев кевлара способны остановить пулю, выпущенную из огнестрельного оружия. В связи с этим ткань используется для производства легких современных бронежилетов. Ее тоже применяют для перетяжки защитных касок. Это предотвращает поражение осколками в случае ее раздробления при ударе пули и т.д.

Кевлар используется при производстве композитных материалов. Его волокна в сочетании с застывающими полимерными смолами образовывают прочное и легкое соединение. Изделия из такого композита широко применяются в космической области и авиации. Они обладают ударостойкостью, практически не стираются, выносят большие давящие нагрузки, кроме этого они легкие.

Всего 7 слоев кевлара базовой марки К-29 способны остановить пулю выпущенную из пистолета. Для компенсации негативного воздействия на материал, ткани из него покрываются специальными прозрачными составами. Они препятствуют намоканию волокон, а также не пропускают к ним ультрафиолет. Это существенно увеличивает срок службы кевларовых изделий, а кроме этого позволяет им всегда быть одинаково прочными, несмотря на осадки. Уровень защиты от атмосферного воздействия у разных марок отличается.

Кевлар нашел свое применение при изготовлении спортивного снаряжения. Из него делают:

Лыжи.
Весла.
Лодки.
Сноуборды.
Тетиву для спортивных луков и т.д.

Марки кевлара

Наиболее ходовыми марками являются К-29 и К-49. Это волокна, которые применяются для армирования при производстве тормозных колодок, брони, автомобильных шин, рассчитанных на большую нагрузку. Их также используют для изготовления канатов, оплетки оптоволоконного кабеля.

Марка К-100 – это окрашенная производителем пряжа. Она скупается для изготовления тканей, применяемых для пошива спортивной одежды, обмундирования спасателей. Марка К-119 является усовершенствованной версией материала, имеющая лучшую стойкость к эффекту старения. Кроме этого она еще и более упругая.

Марка К-129 изготавливается для армейских нужд. Это усовершенствованная версия К-29, которая позволяет делать броню прочнее. После нее компания начала производить К-APP. Она превосходит базовую версию на 15% по стойкости к разрыву. Наиболее известной стала марка KM2. Из нее и изготавливаются современные бронежилеты.

Правила ухода за кевларовой одеждой

Материал применяется для изготовления специализированной защитной одежды. Из него делают костюмы для военных и спасателей. Отдельные марки кевлара способны нормально переносить нагрев до +500°С. Из такой ткани делают стойкие к порезам перчатки, брюки, свитера и другую одежду, которая внешне очень похожа на обычную. Однако бронированные вещи нуждаются в особенном уходе. В частности необходимо обеспечить правильный режим стирки.

Kevlar 4

Дело в том, что слабой стороной материала является защитное покрытие, которое препятствует намоканию волокон, и не допускает к нему ультрафиолет. При стирке оно понемногу истирается. Концерном DuPont, которому принадлежат все права на выпуск кевлара, как его изобретателю, выдается гарантия на свою продукцию 10 циклов стирки. То есть, нужно минимизировать частоту стирки, так как после нее характеристика материала будет постепенно снижаться.

Отмечается, что при стирке нужно чтобы кевлар не контактировал с хлором. Это разрушает его защиту. При этом различные кислотные отбеливатели и выводители пятен для него не проблема.

Выстиранные кевларовые вещи необходимо сушить не под прямыми солнечными лучами. При этом на них можно воздействовать теплом, это никак не повредит. Потеря прочности наблюдается только в момент нагрева. При охлаждении она восстанавливается до нормального значения.