Время на прочтение: 4 минут(ы)

Кевлар — легкий и чрезвычайно прочный полимерный материал, относящийся к группе арамидов. Его изобрели случайно в лабораториях DuPont. Полимер — работа американского химика польского происхождения Стефани Кволек. 

Сегодня арамид — одно из самых важных и узнаваемых искусственных волокон, когда-либо производившихся. Запатентованный в 1974 году материал используется в виде волокон при производстве многих изделий. В том числе защитных каски, бронежилетов или лыжи.

Как появился кевлар

Команда исследователей вместе со Стефани Кволек в 1960-х годах работала над высокопрочными синтетическими волокнами. Сама Кволек специализировалась на получении полимеров. 

Результатом этих экспериментов были синтетические волокна на нефтяной основе с высокой жесткостью и прочностью. В 1964 году ее группа начала поиск нового материала, который можно было бы использовать в производстве легких, но прочных автомобильных шин.

Прогнозы о быстром истощении запасов ископаемого топлива и связанном с ним топливном кризисе. Заставили ученых искать решения, которые позволили бы снизить потребление бензина. В результате чего появились арамидные волокна, широко известные как кевлар.

кевлар арамид

История и синтез кевлара

Стефани Кволек изобрела арамидные волокна благодаря своему опыту и прекрасному чутью. Кевлар (PPTA, политерефталат-1,4-фенилдиамид) получают реакцией поликонденсации хлоридов дикарбоновых кислот с ароматическими аминами.

Во время работы, Кволек заметила образование жидкокристаллической фазы в растворе. Что было уникальным, но также «нежелательным» в исследованиях полимеров того времени. Получение мутной смеси малой вязкости при определенных условиях реакции воспринималось как результат неправильного синтеза компонентов.

Такой раствор обычно выбрасывали. Но из-за врожденного любопытства и упорства химика на этот раз все оказалось иначе.

Макромолекулы, растворенные в серной кислоте, не принимают форму кластеров — «изогнутых» полимерных цепей. Как другие полиамиды, а образуют простые группы, которые Кволек сравнивал с нитями спагетти.

Исследователь убедила техника Чарльза Смуллена, который отвечал за машины, используемые для прядения полимерных волокон, проверить новый раствор. 

Хаотично расположенные палки в стоячем сосуде стекали в сопло. Образуя оптимально упорядоченный поток, похожий на плывущие вниз по потоку бревна. 

К удивлению ученых, образовавшиеся пучки были прочными и не распадались при удалении серной кислоты. В отличие, например, от нейлона. Затем волокна были отправлены в другие лаборатории для проверки прочности, жесткости и других свойств. 

Неожиданно хорошие результаты (жесткость более чем в 9 раз выше, чем у других известных полимеров) послужили поводом несколько раз проверить правильность исследования.

Поскольку автор не хотела делиться откровением без неоспоримой гарантии. Однако ошибок в измерениях обнаружено не было. А усовершенствованные методы производства привели к подаче в 1971 г. патента на кевларовые волокна. Одобрено в 1974 г.

Кевлар — свойства и характеристики

В настоящее время арамидные волокна производятся методом низкотемпературной поликонденсации мономеров пара-фенилендиамина (PPD) и терефталоилхлорида (TCL). 

PPD — это высокочувствительный ароматический амин, служащий, среди прочего, для окрашивания волос, меха и тканей. 

С другой стороны, TCL используется в производстве различных сополимеров. Он придает арамидным волокнам соответствующую механическую прочность, огнестойкость, химическую стойкость. А также стабильность температуры и размеров. 

Побочным продуктом производства кевлара является соляная кислота. Производство арамидных волокон и тканей является дорогостоящим из-за трудностей, связанных с использованием концентрированной серной кислоты. Необходимой для сохранения нерастворимого в воде полимера во время синтеза и прядения.

Кевлар легкий (более чем в 5 раз легче стали). Его плотность составляет 1,44 г / см3. Отдельные волокна, испытанные в лабораторных условиях, имеют предел прочности на разрыв 3620 МПа. 

Кевлар сохраняет свойства в диапазоне температур от -200 ° C до 245 ° C. Он непроводящий и имеет низкую теплопроводность. При контакте с огнем кевлар не плавится и не капает. А разлагается при температуре около 500 ° C, не выделяя токсичных веществ. 

Волокна также разрушаются в результате действия ультрафиолетовых лучей. Поэтому их редко используют на открытом воздухе без защиты от солнца. Он также имеет свойство впитывать влагу.

тойота супра и карбон-кевлара

Кевларовые изделия

Существует несколько классов арамидных волокон с различными свойствами и областями применения.

(Кевлар K-29, K49, K100, K119, K129, AP, XP, KM2). 

К-29 применяется при изготовлении брони ( каска кевлар , перчатки кевлар , бронежилеты, элементы защиты автомобилей). В том числе армией, спецназом, полицией и пожарными командами. 

K49 — это тип высокоэластичной пряжи, используемой в основном в волоконно-оптических кабелях. Текстильной промышленности и в качестве армирования в композитах (тросы, тормозные кожухи, корпуса кораблей, элементы самолетов и космических кораблей). 

Другие типы используются при производстве лыж, теннисных ракеток, байдарок, легкой защитной одежды. Включая перчатки, куртки, брюки; как защиту от порезов, истирания, температуры), покрышек, спортивной обуви. 

Помимо этого, используется в производстве аудио-оборудования. Мембраны динамиков, сердечников струн, подвесных мостов, шлангов, парусов для регат, чехлов для смартфонов и многого другого.

Палитра приложений потрясающая и постоянно расширяется. Ряд преимуществ, таких как относительно низкая плотность, прочность, устойчивость к высоким температурам. К ударам и царапинам в сочетании с другими материалами, позволяют создавать интересные композиты. 

Часто бывает сочетание арамидных волокон с углеродными и стеклянными волокнами. Матрица обычно представляет собой матрицу из эпоксидной смолы. 

Существует также материал с аналогичной химической структурой под торговым названием Twaron. Он был разработан компанией Akzo в 1970 году. Но из-за финансовых проблем и задержки выхода на рынок его популярность снизилась.

Стоимость кевлара

Единственная загвоздка, мешающая кевлару в полной мере воспользоваться масштабом — это его цена; 

Арамидное волокно, известное как кевлар, обладает множеством уникальных и полезных свойств. Стоимость арамидного сырья в пять-десять раз превышает стоимость нейлона или полиэстера. Многие производители ищут способы сэкономить деньги, когда для их применения требуются арамиды. 

Какие факторы влияют на общую стоимость промышленной арамидной пряжи или нити?

Факторы, определяющие стоимость промышленных арамидных нитей и пряжи:

  • Размер сырья — мелкое сырье более дорогое и требует много времени для производства. А его производство связано с более высокими общими затратами.
  • Тип волокна — филаментное или крученое? Пряденые арамиды из штапельных волокон обычно стоят дороже, чем арамиды из нитей. У каждого типа есть свои преимущества и недостатки в зависимости от предполагаемого использования.
  • Тип арамидов — существует много различных типов и видов арамидов. Мета- и параарамид. Стандартная прочность, высокий модуль упругости и т. д. Тип используемого арамида имеет решающее значение в зависимости от конечного использования.
  • Конечная конструкция пряжи — в зависимости от требований к продукту арамид может быть единственным или множественным конечным продуктом. Также может потребоваться скручивание, разводка или механическая обработка. Есть много разных размеров упаковки, в которую также заворачивают арамидные изделия.

Чтобы определить окончательную стоимость арамидного продукта, рассмотрите конструкцию арамида и количество этапов обработки, необходимых для производства конечного продукта.

Поделиться:
Share on VK
VK
Share on Facebook
Facebook
Email this to someone
email

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *