Особо прочная ткань кевлар: от изготовления и свойств до особенностей ухода

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.

Цвета кевлара

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.

Кевлар: что же все-таки это такое

Ткань из синтетического волокна с кристаллической структурой называется кевлар. Невероятную прочность ткани придает бензольное кольцо, которое лежит в сечении кристалла. По своим характеристикам материя крепче и прочнее металла, при этом она очень тонкая и легкая.

Кевларовое волокно

У всех по-разному происходит знакомство с кевларом, что это такое каждый узнает из определенных жизненных ситуаций. Современная молодежь знакома с материалом благодаря игре раст, в которой персонажам предлагается приобрести доспехи и амуницию именно из него. Более старшее поколение ассоциирует волокно с защитной одеждой и спортивным инвентарем.

Разновидности кевларового волокна

Вкратце о возникновении

В далеком 1975 году впервые на рынке был представлен и сразу же начал пользоваться огромным спросом, которые с каждым днем только увеличивается, материал под названием кевлар. Получен был этот уникальный полимер в лабораториях всемирно известного концерна Дюпон. Официально его создателем считается химик Стефани Кволек.

В те времена он употреблялся для шин в качестве армирующего материала. Впоследствии он нашел применение для разнообразных композитных материалов, изготовления спортивного оборудования и кабельной продукции. Кевларовая ткань стала употребляться для выпуска средств персональной защиты.

Кевларовая нить

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.

История изобретения кевлара

Этот уникальный полимер, как и многие другие синтетические волокна, был получен в лабораториях всемирно известного концерна Дюпон. Его официальным создателем является химик Стефани Кволек, руководительница группы, занимавшейся проблемой синтеза прочных полимерных волокон для армирования шин. В 1964 году Кволек предложила новый способ получения полиарамидных нитей – не из расплава, как для большинства полимеров, а из раствора. Поликонденсированный параарамид растворяют в кислоте, а затем из раствора выращивают непрозрачные кристаллические волокна различной плотности, имеющие желтовато-золотистый цвет; в среднем их толщина составляет примерно 11 мкм. Кристаллическая структура такого волокна представляет собой стержень, в сечении которого лежит бензольное кольцо, что придает структуре очень высокую прочность. При тестировании на разрыв первых лабораторных образцов полиарамидных волокон исследователи даже решили, что аппаратура неисправна, поскольку полученная прочность (до 260 сн/Текс) оказалась в несколько раз выше, чем у стали, и к тому же новые полимеры оказались гибкими и легкими. Для дальнейшего применения волокна скручивают в нить, их количество в одной нити может быть различным. Из нитей с количеством волокон до 1000 производят кевлар ткань, более толстые нити (до 10 тысяч волокон) используются в технических целях, для армирования различных материалов и для производства канатов.

В 1975 году новый сверхпрочный полимер поступил в продажу под торговой маркой Kevlar. Он, как и предполагалось, использовался в качестве армирующего материала для шин. Кроме того, он нашел применение для различных композитных материалов, для производства кабельной продукции, протезов, спортивного оборудования и т.п. Большую долю выпускаемой продукции занимает ткань кевларовая, которую используют в основном для производства средств индивидуальной защиты. Вне зависимости от формы выпуска, полиарамидные волокна и нити из них обладают такими характеристиками:

• большая прочность на растяжение и на разрыв (порез);
• небольшая плотность (30-60 г/кв.метр);
• усиление прочности при понижении температуры вплоть до – 200 градусов;
• высокая упругость;
• химическая стойкость;
• низкая электропроводность;
• устойчивость к горению и плавлению;
• отсутствие коррозии;
• нетоксичность.

Однако кевларовые волокна имеют и свои недостатки. Их прочность уменьшается при повышении температуры, и при 450 градусах происходит процесс терморазложения. Они нестойки к действию УФ-излучения, утрачивают прочность при истирании и намокании. Однако при этом ткань кевлар является достаточно мягкой и имеет способности к воздухообмену, что позволяет использовать ее для одежды и обуви специального назначения.

Виды ткани

Виды кевлара представлены в таблице.

Сферы внедрения кевлара

Несмотря на широкую распространенность и востребованность, что такое кевлар знают не многие. Хотя это высокопрочное волокно на протяжении многих десятилетий находит самое разнообразное применение.

В основном свое применение кевлар находит в областях, для которых важны следующие характеристики:

• стойкость к износу;
• тепловая стабильность;
• низкая структурная твердость;
• значительная легкость;
• хорошая крепость при низком весе.

Поэтому логично, что из ткани кевлара изготавливаются средства персональной защиты, различная одежда для военнослужащих и спецподразделений.

Кевларовая пластина

Авиационная промышленность

О свойствах кевлара, что это за материал не понаслышке знают в авиационной промышленности. Он применяется при производстве ряда беспилотных летательных аппаратов с целью обеспечения защиты.

Средства индивидуальной бронезащиты

Механические свойства делают кевларовые волокна пригодными для выпуска средств персональной бронезащиты. Из него изготавливаются боевые шлемы, бронежилеты, баллистические маски для защиты лица.

Благодаря кевларовой броне вооруженные силы различных стран создают специальные пуленепробиваемые маски и подшлемники для экипажей бронетанковой техники. Кроме этого именно с помощью кевлара осуществляется бронирование авианосцев класса «Нимиц».

Бронежилеты из кевларового волокна по праву считаются самыми качественными. Такая броня способна обеспечить защиту от скользящих ударов холодного оружия, ослабить попадание пуль, обезопасить от проникновения и распространения осколков. Защита обеспечивается благодаря уникальной легкости, прочности и относительной долговечности используемого материала.

Вам это будет интересно Описание кремнеземной ткани и муллитокремнеземистого войлока

Бронежилет из кевлара

При этом отдавая предпочтение изделиям из кевлара, таким как бронежилеты, следует учитывать то, что полимер наделен некими аспектами. Так как броня получается мягкой, защитить от выстрела в упор или проникающего удара ножом, а также шилом, она не сможет. Для таких целей разрабатываются специальные модели с особыми жесткими панелями. К недостаткам можно отнести еще светочувствительность. При постоянном и длительном воздействии солнечных лучей материал начинает постепенно разрушаться.

Так как кевларовая нить считается дорогостоящим материалом, до сих пор не произошла всеобщая «кевларизация». Оснащать тактильными изделиями из этого материала армию и подразделения могут позволить себе только экономически развитые страны.

Защита на руки

Для защиты рук от повреждений при столкновении с зубами противника, а также для значительного усиления удара используются тактические перчатки со вставками кевларовых пластин. Такие перчатки еще называют своеобразным современным аналогом кастета. У сотрудников специализированных подразделений, а также у экстремалов, любителей активного отдыха и уличных бойцов подобные аксессуары пользуются большим спросом. Такая популярность объясняется прочностью, устойчивостью к влаге и повреждениям, а также теплотой. Руки в таких перчатках будут полностью защищены.

Кевларовая защита на руки

Спортивный инвентарь

Доски из сноуборда, лодки, весла, лыжи и спортивные шлемы из кевлара отличаются легкостью и высокой прочностью. Спортивным товарам, произведенным из этого материала, отдают предпочтения, как любители, так и профессиональные спортсмены.

Именно этот материал помогает минимизировать передачу вибрации, обеспечить выдерживание деформационных нагрузок без повреждений. В результате пластичности материала изделия предохраняются от различных серьезных повреждений, раздробления. Кроме этого он отличается полной безопасностью и надежностью даже под воздействием высоких ударных нагрузок.

Гиря в мягкой оболочке из кевлара

Помимо всего прочего, кевлар используется для обкладки на некоторых велосипедных шинах. Именно он сводит к минимуму вероятность прокалывания. Добавляются слои кевлара на ракетки в настольном теннисе. Это позволяет увеличить отскок и добиться снижения веса. Используется материал для производства безопасной одежды для мотоциклистов. Особенно им заменяются элементы из пластика для защиты плеч и локтей.

Ракетка для настольного тенниса с кевларовым покрытием

Другие области применения

Высокие химические и механические показатели устойчивости, а также прочность кевлара обеспечивает широкое применение его в различных сферах. Этот материал считается одним из высокотехнологичных в современном мире.

Вам это будет интересно Акрил — это что за материал, преимущества и недостатки ткани и ниток

Кевларовый обод велосипеда

Чаще всего он используется в следующих целях:

• В качестве армирующего волокна — применяется для придания материалу легкости и прочности. С его помощью укрепляются кабеля, а также они защищаются от обрывов и растяжений.
• В процессе выпуска ортопедических протезов.
• Для производства канатов — изделия выделяются устойчивостью к коррозии, надежностью, незначительным весом, не электропроводностью. Благодаря этим характеристикам канаты обширно используются в судостроении и горной промышленности, заменяя собой стальные тросы.
• Для получения гибридного материала под названием карбон-кевлар — используется для сооружения корпусов лодок, которые способны развивать значительные скорости.
• Для производства новейшего суперпрочного строительного материала под названием кевларобетон — используется для изготовления тротуарной плитки, фасадного камня для стен, памятников, бордюров, ступенек и многого другого. При этом стоят такие строительные материалы довольно дорого из-за используемого кевлара.
• Для производства лески — если человек занимается рыбалкой профессионально, то он отдает предпочтение только качественным снастям. Также незаменима будет на рыбалке кевларовая перчатка, особенно при ловле сомов или щуки.
• Для изготовления защиты картера — обеспечивает высокий уровень устойчивости к механическим повреждениям. Она термостабильна и отличается высокой степенью устойчивости к воздействию химикалий. При этом композит из кевлара стоит сравнительно дешевле.

Рулон кевлара
Кевларовые волокно сегодня используются в разнообразных сферах. Без этого материала практически невозможно представить пассивную защиту, а бронежилеты и шлемы спасли уже немало жизней.

Плюсы и минусы ткани

Плюсы:

• Повышенная прочность, устойчив к порезам.
• Хорошо держит свою форму.
• Огнеупорность. Не горит и не плавится, выдерживает температуру до 480°С.
• Не подвергается коррозии.
• Высокая износостойкость.
• При низких температурах прочность увеличивается.
• Достаточно низкий уровень электропроводности.

Минусы:

• Долгое воздействие прямого солнечного света ведет к потере свойств материала.
• При намокании прочность материала снижается.
• Нуждается в особом бережном уходе.
• Плохой воздухообмен, тело «не дышит».
• Очень высокая цена.

Кевлар как антибаллистический материал

Пуля огнестрельного оружия движется с высокой скоростью, будучи наделённой значительным количеством кинетической энергии. По сути, не существует вещей полностью пуленепробиваемых. Но вещи, подобные пуленепробиваемому стеклу, достаточно успешно защищают от пуль, поглощая и рассеивая кинетическую энергию.

АМУНИЦИЯ

Пуленепробиваемые жилеты используются не только для защиты непосредственно военнослужащих. Защитная одежда из кевларового волокна нередко защищает служебных собак

В этом плане кевлар выступает удачным антибаллистическим материалом, так как для прохождения через материал ножа или пули требуется много энергии. Плотно сплетенные волокна из высокоориентированных полимерных молекул чрезвычайно трудно раздвинуть (разделить). Для разделения требуется значительное количество энергии.

Летящая пуля (или толкаемое лезвие ножа), наделённая высоким уровнем энергии, утрачивает значительную часть этой энергии, когда пробивается сквозь материал. Даже если пуле удаётся проникнуть сквозь кевлар, скорость значительно замедляется и не наносит серьёзного ущерба.

Структура кевлара прочнее стали, но материал примерно в 5,5 раз менее плотный (около 1,44 г/см

3

), по сравнению со сталью, плотность которой составляет около 7,8–8 г/см

3

. То есть, определенный объем кевлара по массе весит в 5–6 раз меньше, чем тот же объем стали.

Поэтому кевларовые доспехи обеспечивает такую же защиту, как сталь, но при этом более лёгкие и гибкие с точки зрения комфортной одежды. Увеличение эффективности защиты достигается увеличением толщины кевларовых пластин.

Какие нормы используются при изготовлении? Что в них учитывается?

Кевларовая ткань — зарегистрированный товарный знак пара-арамидного синтетического волокна. При ее изготовлении необходимо опираться на ГОСТ 33842-2016 «Волокно пара-арамидное».

При производстве этого материала учитываются:

• линейная плотность;
• модуль упругости при растяжении;
• крутка;
• провисание нити;

• содержание влаги;
• содержание аппрета;
• прочность на разрыв;
• удлинение при разрыве.

Какие бывают виды

Кевлар выпускается в двух видах:

1. Длинные нити в катушках, для ткачества больших кевларовых полотен. Далее эта ткань используется для изготовления спецодежды. Также нити приплетают к другим смесовым материалам для добавления им прочности (перчатки альпинистов). Путем скрутки нитей можно достичь максимальных характеристик, что позволяет делать даже сверхпрочные тросы.
2. Измельченное волокно с частицами размером 1 мм – из него производят пластины, которые потом используются как один из слоев композита.

В продаже кевлар имеет несколько маркировок, каждая со своими характеристиками, и предназначается для определенных вещей.

Для каких целей может использоваться эта ткань?

Кевлар применяется в различных сферах:

Спорт и туризм. Из этого материала изготавливают снаряжение для туристов и спортсменов.

Ортопедическая промышленность. Из кевлара производят часть бионического протеза, которая соединяет конечность и протез.

Бронезащита. Этот материал применяется при изготовлении бронежилетов и бронешлемов для работников спецслужб.

Защитная одежда. Из кевларовой ткани производят перчатки и одежду для защиты от огня, сварки, осколков и прочего.

Авиация. Из кевлара создается обшивка самолетов и вертолетов.

Автомобильная промышленность. Кевлар используют для армирования покрышек и усиления элементов автомобиля.

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.

Кевларовые ткани имеют и минусы:

• теряют прочность при истирании;
• разрушаются под действием ультрафиолета. Требуют специального покрытия смолой.

Защитная одежда из кевлара

Читайте про: мешковина в интерьере

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.

Кевларовые перчатки могут защитить от порезов о стекло, кратковременного воздействия пламени и раскалённых предметов, при этом они мягкие, эластичные и хорошо пропускают воздух (по внешнему виду напоминают трикотажные) и позволяют работать даже с самыми мелкими деталями, так как не нарушают чувствительности рук.

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.

Благодаря высоким показателям прочности и устойчивости к внешним механическим и химическим воздействиям кевлар широко применяется в самых разных сферах и признан одним из самых высокотехнологичных современных материалов. О других материалах высоких технологий читайте здесь.

© 2021 textiletrend.ru

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.

• Например, скалолазам не обойтись без специальных перчаток, в тканевую основу которых вплетены крепкие арамидные волокна.
• Кевлар также используется при изготовлении тросов, которые считаются одними из наиболее крепких.
• Да и любой турист не откажется от прочного рюкзака, которому не страшно зацепиться за ветку – она не сможет даже просто проткнуть ткань, а порезать ее не сможет даже случайно открывшийся в рюкзаке складной нож.

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.

Испытания выявили, что такой бронежилет выдержит только патрон калибром до 9х18 мм, но это не означает, что человек выживет после такого выстрела. Наружную ткань патрон пробивает с легкостью, а бронежилет только «проминает» под собой. Но за счет этого «проминания» человек может получить травмы, несовместимые с жизнью: зависит от силы удара и места, которое пострадало. Поэтому в ткань делают металлические вставки в районе уязвимых органов, чтобы обеспечить их дополнительной защитой.

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:

• жилка для подгрифа струнных – нужна при настройке подгрифа для более комфортного звучания;
• кабели для гитар и микрофона – дополнительное усиление прочности поможет не порвать их на концерте;
• кевларовый пластик для барабанов – этот музыкальный инструмент требует прочности.

Уход

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.