Кевларовая ткань: полимерный материал прочнее стали. секрет производства уникальной ткани

Как производят

Волокнообразующие полимеры производятся при низкой температуре путем поликонденсации в растворе. К последнему добавляют реагенты и интенсивно перемешивают. Из этого раствора выделяется полимер в виде крошки или геля. Далее его промывают и высушивают. Затем полимер растворяют в сильных кислотах (например, в серной). Из получившегося раствора методом экструзии формируются нити и волокна. Они промываются и просушиваются.

Кевларовые волокна – кристаллизующий полимер. Их структура отличается высокой степенью жесткости. Это обусловлено наличием бензольных колец. По структуре кевлар относится к сетчатым полимерам. Производится он в виде технических нитей, имеющих различную линейную плотность и структуру. Количество волокон в нитях может быть разным: от 130 до 1000 при производстве кевларовой ткани и от 500 до 10 тыс. при изготовлении корда и канатов. Этот материал выпускается в виде ровинга, ткани и пряжи. Волокна непрозрачны, их средний диаметр – 11 мкм.

Структура и свойства

Когда кевлар прядут, у получающегося волокна есть предел прочности приблизительно 3 620 МПа и относительная плотность 1,44. Полимер должен, его высокая прочность ко многим сковывают связи. Эти межмолекулярные водородные связи формируются между карбонильными группами и центрами NH. Дополнительная сила получена из ароматических взаимодействий укладки между смежными берегами. Эти взаимодействия имеют большее влияние на кевлар, чем взаимодействия Ван-дер-Ваальса и длина цепи, которые, как правило, влияют на свойства других синтетических полимеров и волокон, таких как Dyneema. Присутствие солей и определенных других примесей, особенно кальция, могло вмешаться во взаимодействия берега, и заботу соблюдают, чтобы избежать включения в его производство. Структура кевлара состоит из относительно твердых молекул, которые имеют тенденцию формировать главным образом плоские подобные листу структуры скорее как шелковый белок.

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.

Что это такое и для чего нужны?

Кевларовые перчатки отличаются высокой прочностью. Их используют для защиты от проколов и порезов.

Кевлар – это термостойкое и прочное синтетическое волокно, связанное с другими арамидами.

Химическое строение арамидов отличает их от других искусственных и природных волокон, что и делает кевлар уникальным. Любое изделие из описываемого материала, в том числе и перчатки, обладает приличной жёсткостью, ударной вязкостью и термостойкостью. Кроме того, они устойчивы ко многим химическим веществам и растворителям, используемым в современной промышленной среде.

Материал был разработан американским химиком Стефани Кволек в 1965 году.

Чтобы синтезировать волокно, потребуется использовать метод поликонденсации. Для протекания процесса создают условия с низкой температурой. В раствор добавляют необходимые реагенты, затем все тщательно перемешивают.

Когда наблюдается выделение полимера, который выпадает в осадок в виде крошки, иногда геля, его собирают и сушат.

Для растворения полимера используют кислоты, нередко серную. Далее, применяется метод экструзии — таким способом формируют волокна или нити, которые, в свою очередь, отправляются в осадительную ванну. Их потребуется снова вымыть и просушить.

Сегодня есть несколько марок кевлара:

• К-29;
• К-49;
• К-100;
• К-119;
• К-129;
• АР;
• ХР;
• КМ2.

У каждой марки своя сфера применения. К примеру, К-29 применяется при изготовлении брони, кабелей и даже тормозных колодок. Также в кабельной промышленности используется и К-49. Для получения ткани с особыми свойствами используется марка КМ2. Высокопрочный материал был впервые использован в коммерческих целях в начале 1970-х годов в качестве замены стали в гоночных шинах.

Рабочие защитные перчатки из кевлара обладают высоким коэффициентом прочности. Это изделие широко используют в промышленности. Повара, рыбаки, ландшафтные дизайнеры, мясники и строители обычно также носят такие перчатки.

Изделия с кевларовой нитью обладают небольшим весом. Они устойчивы к высокой температуре, механическим воздействиям и не проводят электричество. Они не загорятся и не расплавятся. Волокна, используемые в таких перчатках, такие же прочные, как сталь. Они призваны защищать пользователя от стекла, абразивов, лезвий и листового металла. Аквалангисты иногда носят это изделие, чтобы защитить руки от порезов об острые кораллы и скалы.

Одним из недостатков кевлара является то, что его легко разрушает воздействие ультрафиолета. Поэтому перчатки нельзя использовать в областях, где приходится постоянно держать руки на солнце.

Перчатки из описываемого материала бывают нескольких разновидностей. Одни способны выдерживать работу в агрессивных средах, другие изготавливают жаростойкими. Последние не плавятся и защищают руки при температуре даже +282 С.

При разделке большой рыбы повара-профессионалы правильно, с тактической точки зрения, подходят к процессу и вооружаются не только особо острым и длинным ножом, но и таким изделием. Изготавливаются кевларовые перчатки без швов. На рынке большой выбор размеров, поэтому подобрать модель на свою руку несложно. Такие изделия широко используются не только в промышленности, но и в спорте. В качестве примера можно привести лыжников, бейсболистов и даже мотогонщиков.

Свойства кевларовой ткани

Основные свойства ткани:

• Прочность. Материал в 5 раз прочнее стали.
• Легкость. Вес 1 метра ткани варьируется от 30 до 60 г.
• Термостойкость. Материал разрушается при температуре свыше 430°С, однако прочность кевлара несколько уменьшается после 150°С. Большим плюсом является то, что он не горюч. Низкие температуры (до –190°С) также не приводят к ухудшению его свойств и даже придают дополнительную прочность. Не страшны кевлару и резкие температурные перепады.
• Стойкость к механическому воздействию, в т. ч. проколам и порезам. Броня из 7 слоев материала обеспечивает надежную защиту от пуль и осколков.
• Способность к воздухообмену. Ткань хорошо пропускает воздух, поэтому одежда из нее комфортна в использовании.
• Низкая удельная электропроводность.
• Безопасность и нетоксичность.
• Устойчивость к коррозии и воздействию органических растворителей.

Материал имеет слабые стороны. Он боится ультрафиолета, прямых солнечных лучей и влаги, которые делают кевларовые нити менее прочными и нарушают структуру полотна.

Многочисленные стирки, особенно с использованием отбеливателей и агрессивных химических средств, также отрицательно сказываются на характеристиках материала. Его прочность теряется при скручивании.

Свести к минимуму разрушение ткани под воздействием неблагоприятных факторов помогает дополнительная обработка, создающая водостойкое светонепроницаемое защитное покрытие. Еще одно слабое место материала – потеря прочности при истирании. Для снижения себестоимости и компенсации недостатков в ткань из кевлара добавляют стекло- или углеродное волокно.

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

Углеткани

Углеткань (углеткани или карбоноткани, от «carbon», «carbone» — углерод) — ткани сплетенные из нитей углеродного волокна. Такие нити очень тонкие (примерно 0.005-0.010 мм в диаметре), сломать их очень просто, а вот порвать достаточно трудно. Из этих нитей сплетаются ткани. Они могут иметь разный рисунок плетения (ёлочка, рогожа и др.). Материалы отличаются высокой прочностью на разрыв, жёсткостью и малой массой, часто прочнее стали, но гораздо легче (по удельным характеристикам превосходит высокопрочную сталь, например 25ХГСА).

Нити углерода обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Термическая обработка состоит из нескольких этапов:

1. Первый из них представляет собой окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры.
2. После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур.
3. Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600-3000 °C, которая также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %.

Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения нитей углерода могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков. Кроме того, детали из карбона превосходят по прочности детали из стекловолокна, но, при этом, обходятся значительно дороже аналогичных деталей из стекловолокна.

Углеткань наиболее часто используется для создания углепластиков, карбона, по технологиям:

Прессование.

Углеткань выстилается в форму, предварительно смазанную антиадгезивом (например, мыло, воск, воск в бензине, Циатим-221, кремнийорганические смазки). Пропитывается смолой. Излишки смолы удаляются в вакууме(вакуум-формование) или под давлением. Смола полимеризуется, иногда при нагревании. После полимеризации смолы изделие готово.

Контактное формование.

На примере изготовления бампера: берется металлический исходный бампер(-«болван»), смазывается разделительным слоем. Затем на него напыляется монтажная пена (гипс, алебастр). После отвердевания — снимается — это матрица. Затем её смазывают разделительным слоем и выкладывают ткань. Ткань может быть предварительно пропитанной, а может пропитываться кистью или поливом непосредственно в матрице. Затем ткань прокатывается валиками — для уплотнения и удаления пузырьков воздуха. Затем полимеризация (если отвердитель горячего отверждения, то в печи, если нет, то при комнатной температуре — 20 °C). Затем бампер снимается, если надо — шлифуется и красится.

Трубы и иные цилиндрические изделия производят намоткой. Форма волокна: нить, лента, ткань. Смола: эпоксидная или полиэфирная. Возможно изготовление форм из углепластика в домашних условиях, при наличии опыта и оборудования.

ссылка: Углепластики — википедия

перейти в Каталог тканей

Нейлоновые струны

Ближе к середине 20 века, когда пластик стал очень распространенным почти во всем, большую популярность среди теннисистов обрели нейлоновые струны. Их главные достоинства: дешевизна и долгий срок службы относительно натуральных струн.

Игроки про тура и клубов продолжали играть натуральной экипировкой, но массы отдавали предпочтение нейлоновым струнам. Как и вся продукция, нейлоновые струны совершенствовались.

Вскоре начали говорить о «синтетически-жильном» типе.

Зачем? cialis spedizione gratuita.

Это хорошо звучало и помогало продавать товар. Львиная доля этих «новых» волокон были обычными нейлоновыми. Чаще всего они имеют твердое ядро из нейлона, которое обернуто множеством мелких волокон. Этот тип является наиболее продаваемым и распространенным в сегменте.

Ядро (центр) создает больший контроль, а меньшие наружные волокна добавляют «играбельности» струнам. По мере технического прогресса родились буквально тысячи вариаций на данную структуру.

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.

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

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.

Область применения

Усиленная нитка необходима для укрепления волоконно-оптических кабелей по всей длине. Ее применяют в качестве защитного покрытия и армирования основы. Материал используется в различных областях: судостроении, авиации, военной промышленности, производстве спортивного, туристического и медицинского инвентаря.

Из полимера производят палатки, зонты, авто- и мотоэкипировку. В продаже можно встретить лодки, катера и яхты из кевлара, тросы, используемые в горной промышленности, ортопедические изделия. Популярность приобрели телефонные чехлы из полимера с уникальной прочностью и малым весом. Рыбаки охотно приобретают кевларовые поводки на щуку, а сварщики и пожарники используют страховочную привязь кевлар 650к при работах на высоте.

Музыканты также знают, что такое кевлар. Так, кевларовая сетка используется в акустических или электронных барабанных установках, а теннисисты пользуются ракетками с кевларовыми струнами. В спортивной среде материал нашел широкое применение. Перчатки для сноуборда из полимера отличаются невероятной прочностью и удобны в эксплуатации. Из кевлара также изготавливают альпинистские веревки и тросы.

В производстве военной одежды используется как кевларовая ткань, так и отдельные нити для армирования. Пистолетный страховочный шнур из кевлара защитит от потери или хищения оружия.

Одежда и обувь

Специализированная экипировка из полимера обойдется в круглую сумму, но она себя полностью оправдывает. Мотоджинсы с кевларом защитят от травм при выполнении трюков. Также профессиональным гонщикам и любителям экстремальной мотоезды рекомендованы перчатки кевлар, куртка и обувь из кевлара. Туристы, скалолазы и бегуны смогут примерить новинку рынка – носки из кевлара. Это неветряное прочное изделие, не склонное к истиранию.

Стрелкам производители военной экипировки подготовили тактические перчатки – изделия, защищающие руки во время стрельбы. Для любителей активного отдыха разработана специализированная обувь: ботинки мотор 10 кевлар, раббер кевлар и др.

Ассортимент усиленной одежды поражает. Потребителям доступны перчатки с кевларом, а также специализированные краги. Для повышенной защиты в экстремальных условиях подойдут джинсы и рубашки из кевлара, кофты и куртки, головные уборы. В список востребованной одежды с кевларом в первую очередь входят жилеты с защитными характеристиками. Однако в продаже найдется и такая неординарная вещь, как толстовка из кевлара, которая подойдет для туризма или спорта.

Средства защиты

Кевларовое волокно также используется при производстве аварийных стоп-тросов, канатов, средств индивидуальной защиты. Полимерные пластины для бронежилетов применяются давно. Они доказали свою прочность и защитные свойства. Усиленные вставки способны выдержать не только напор огнестрельного оружия, но и взрывную волну.

Характеристики кевларовых жилетов уникальны и до сих пор не превзойдены. Требуется несколько слоев материала для достижения необходимой прочности. Но малый вес и низкая плотность арамидного волокна компенсируют многослойность. По этой причине кевларовый бронежилет считается одним из лучших в военном деле.

С этим читают