Кевлар кто изобрел

Как изобрели кевлар: материал, прочнее стали

Нам кажется, что они были всегда. Торговые марки, связанные с этими предметами, во многих случаях стали настолько привычными, что превратились в нарицательные имена. Эти вещи столь прочно и естественно вписались в окружающий нас мир, что мы склонны забывать об истории их возникновения. «Популярная механика» решила восполнить этот пробел.

В детстве Стефани Кволек хотела стать модельером: она самостоятельно придумывала выкройки, а когда матери не было дома, пробиралась к швейной машинке, чтобы сшить кукле очередное платье. Но в 1946 году, окончив Технологический институт Карнеги (ныне Университет Карнеги-Меллон) по специальности «химия», она мечтала о медицине. Чтобы заработать денег на обучение, Стефани временно поступила на работу в один из ведущих химических концернов, Dupont, широко известный благодаря изобретению нейлона. Атмосфера в исследовательских лабораториях Dupont напоминала университет, да и химия была не менее интересна, чем медицина, и Стефани решила остаться.

В 1964 году в Dupont пытались разработать прочные, но легкие полимерные нити, которые могли бы заменить тяжелый стальной корд в автомобильных шинах (в целях экономии топлива). Группа Стефани Кволек работала с полиарамидами, молекулы которых имеют стержнеобразную форму. Полимерные волокна обычно изготавливаются путем прядения при выдавливании расплава через тонкие отверстия — фильеры. Однако полиарамид плавится с трудом, и поэтому было решено использовать прядение из раствора. Наконец Стефани удалось подобрать растворитель, но раствор был мутно-опалесцирующим и по своему виду напоминал самогон (вместо того чтобы быть прозрачным и густым, как патока). Инженер-прядильщик категорически отказался заливать подобную гадость в машину из-за риска засорить тонкие фильеры. Стефани с большим трудом уговорила его попробовать вытянуть нить из такого раствора. К всеобщему удивлению, нить прекрасно вытягивалась и была исключительно прочной. Полученную пряжу отправили на тестирование. Когда Стефани Кволек увидела полученные результаты, первой ее мыслью было, что прибор сломался — столь высокими были цифры. Однако повторные измерения подтвердили феноменальные свойства материала: он в несколько раз превосходил сталь по прочности на разрыв.

В 1975 году новый материал, Kevlar, был выпущен на рынок. Сейчас он применяется практически везде: из него делают тросы, кузова автомобилей и катеров, паруса, фюзеляжи самолетов и детали космических кораблей, лыжи и теннисные ракетки. Но тем, что из кевлара делают пуленепробиваемые жилеты для полиции и костюмы пожарных, Стефани Кволек гордится особенно: это (как и другие) применение кевлара помогло спасти миллионы жизней.

Статья «Спаситель жизней» опубликована в журнале «Популярная механика» (№8, Август 2005).

www.popmech.ru

Кевлар – что такое за ткань

Даже сегодня ткань, о которой пойдет речь, кажется удивительной, а в то время, когда она была изобретена, это открытие было поистине невероятным. Кевлар совершил переворот в сфере материалов, предназначенных для защиты, тяжелые конструкции ушли в прошлое и уступили место прочным, но в то же время легким изделиям.

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.

Кто изобрел кевлар

Мы описали производство кевлара, и теперь вам наверняка интересно узнать, кто же придумал этот сложный процесс? Одну из самых прочных тканей на земле изобрела дама – Стефани Кволек, которая в то время (1964 год) сотрудничала с известным американским химическим концерном Дюпон.

Работая над усовершенствованием получения полиарамидов, Стефани первой отказалась от метода расплава и получила необычный раствор, который, при пропускании сквозь высокопрочные формы, превращался в арамидные волокна - кевлар.

Кевларовая нить

Что такое кевларовая нить? В нити скручивают полученные арамидные волокна, причем их количество может отличаться, давая разную толщину готового продукта. Вот, например, нити, в которых не более 1000 волокон, используются для создания кевларовой ткани – готовый материал получается тонким, легким и, при этом, прочным. Если было использовано до 10000 волокон, такая нить используется в технических целях, например, для армирования тех или иных материалов, а также в производстве высокопрочного троса, канатов и пр.

Разновидности и применение

Одежда из кевлара предназначена для того, чтобы уберечь ее владельца от опасности. Однако, сфера применения материала гораздо шире. На сегодняшний день выпускается несколько разновидностей полимерного волокна, каждая из которых предназначена для определенных целей.

К29

Эта разновидность самая распространенная и сфера ее применения, пожалуй, самая широкая.

Кевларовая одежда шьется для работников служб быстрого реагирования, военных
Отдельные защитные элементы, например, тактические перчатки, антипрокольные стельки, наколенники, налокотники и пр.
Отдельные вставки в защитный костюм
Одежда для спорта, например, сноубординга или мотоспорта (мотокуртки, шлемы и пр.), то есть тех видов спорта, которые связаны с риском получить травму
Для изготовления ортопедических протезов
Спортивное снаряжение (лыжи, доски для сноуборда, весла, обкладка велосипедных шин и пр.)
Основа для струн в струнных музыкальных инструментах

К49

Это высокомодульное волокно используется в оптоволоконной продукции, в судостроении, в авиации, также оно предназначено для армирования композитов

К2100

Эта разновидность представляет собой цветные нити. Такие нити используются для оплетки кабелей и канатов, с целью защитить их от повреждения. Кроме того, эта разновидность также используется в пошиве защитной и спортивной одежды

К119

Материал с повышенной гибкостью, применяется, в основном, для армирования резиновых изделий

КМ2 и КМ2+

Эти виды разработаны и применяются для изготовления защитных костюмов работникам силовых и военных структур. Кевларовые бронижилеты, шлемы – все это обшивается водонепроницаемой тканью, чтобы материал не утратил прочность во время дождя. Материал здесь укоадывается в несколько слоев.

С алюминиевым покрытием

Кевларовые волокна с алюминиевым покрытием предназначены для пошива изделий, которые будут использоваться в условиях повышенной температуры. Они защищают владельца от открытого огня, брызг раскаленного металла и пр. Используется такое волокно для пошива спецодежды пожарным, спасателям, металлургам.

xtkani.ru

Что такое кевлар?

Высокопрочное волокно элегантно вписалось в современную жизнь. Немногие знают, что именно представляет собой данное химическое соединение. Материал, изначально синтезированный для шин автомобилей, быстро распространился, найдя свою нишу в других сферах. Впрочем, обо всем по порядку.

Кто изобрел кевлар?

Впервые синтез был произведен в 1965 году сотрудницей химического концерна Dupont Стефани Кволек. Она занималась пара-арамидами. Очередным заданием было получить прочные полимерные нити, чтобы заменить корд из стали в шинах автомобилей.

Кволек решила изменить технологию, применив раствор пара-арамида, а не цельное вещество. Внешний вид получившейся субстанции не отвечал никаким требованиям. Инженер отказывался заливать в машину мутный раствор, напоминающий самогон, вместо темной патоки. Но женщина смогла убедить его пойти на эксперимент.

Удивлению химиков не было предела: оборудование беспрепятственно вытягивало нить. Когда пришли результаты тестирования получившейся пряжи, Стефани решила, что прибор вышел из строя, так как высокие цифры не свойственны синтетическим полимерам. Но, повторные исследования твердили свое – по прочности вещество превосходит сталь.

Какими свойствами обладает материал кевлар?

Цель достигнута! Пряжа заменит тяжелый металлический сплав в шинах. Дальнейшие исследования принесли еще больше приятных неожиданностей.

Оказалось, качества нитей ухудшаются только под постоянным действием высоких температур. При температуре 160 градусов, прочность начнет сокращаться на 10-20 %, через 20 суток. Чтобы полимер подвергся разложению, необходима температура свыше 430 градусов. Низкие температуры только увеличивают показатели прочности и эластичности волокна.

Помимо этого, материал имеет следующие характеристики:

небольшой вес и маленькая плотность – метр кевларовой ткани весит до 60 г;
стойкость к действию растворителей;
низкая электропроводность;
устойчивость к коррозии;
стойкость к механическому воздействию.

Наряду с преимуществами, есть небольшие недостатки:

впитывание влаги и подверженность ее влиянию;
снижение эксплуатационных свойств, при воздействии ультрафиолета.

Углеволокно превосходит кевлар по показателям прочности и устойчивости к температурам. Попытки объединить эти два материала, привели к отрицательным последствиям. Такие ткани потяжелели, стали восприимчивее к воде, потеряли прочность.

Где применяется кевлар?

Волокно используют в различных целях и сферах:

изготовление шин и кузовов автомобилей;
укрепление кабелей (медных и оптоволоконных);
кораблестроение;
космическая и авиационная промышленность;
изготовление ортопедических изделий;
спортивный инвентарь;
одежда;
музыкальные инструменты;
средства защиты для силовых подразделений, военных, работников (при выполнении должностных обязанностей в экстремальных условиях).

Какая изготавливается одежда из кевлара?

Различную спецодежду и спортивную форму усиливают отдельными нитями.

Тактические перчатки из кевлара являются потомком кастета. Они обеспечат сокрушающий удар и сохранят руку от повреждений. Изделия популярны у бойцов и гражданского населения. Их эффективно одевать при работе в условиях высокой температуры, с металлами, острыми предметами.

Производится усиление наколенников и налокотников. Страйкболисты применяют футболки со вставками, мотоциклисты – носят волокнистые шлемы. Незаменимым помощником для работы лесорубов станет куртка из кевлара. Любой одежде можно придать дополнительной прочности, но эти варианты наиболее распространены.

Разработка средств защиты от огнестрельного оружия проводилась в четыре этапа. Сначала, выясняли способность волокна на выполнение этой миссии. Затем, рассчитывали количество слоев, необходимых для защиты от пуль различных калибров, выпущенных с различного расстояния. Первая модель появилась в 1973 году. Всплыли все недостатки волокна. Завершающим этапом стала разработка бронежилета из кевлара, устойчивого к влаге и ультрафиолету. Понравилась статья? Поделитесь!

interesnie-fakti.net

Как изобрели кевлар: материал, прочнее стали

Наука и технологии

Нам кажется, что они были всегда. Торговые марки, связанные с этими предметами, во многих случаях стали настолько привычными, что превратились в нарицательные имена. Эти вещи столь прочно и естественно вписались в окружающий нас мир, что мы склонны забывать об истории их возникновения. Популярная механика решила восполнить этот пробел.

В детстве Стефани Кволек хотела стать модельером: она самостоятельно придумывала выкройки, а когда матери не было дома, пробиралась к швейной машинке, чтобы сшить кукле очередное платье. Но в 1946 году, окончив Технологический институт Карнеги (ныне Университет Карнеги-Меллон) по специальности химия , она мечтала о медицине. Чтобы заработать денег на обучение, Стефани временно поступила на работу в один из ведущих химических концернов, Dupont, широко известный благодаря изобретению нейлона. Атмосфера в исследовательских лабораториях Dupont напоминала университет, да и химия была не менее интересна, чем медицина, и Стефани решила остаться.