Кевлар - что это такое? Материал кевлар. Производство кевлара. Кевларовое покрытие

что это такое? Материал кевлар. Производство кевлара

У каждого поколения, живущего в ту или иную временную эпоху, свои правила и устои, требования к мобильности и качеству жизни. Соответственно, за ускорением научно-технического прогресса во всех отраслях следует и повышение общего темпа, а новое время диктует свои правила. Так что своеобразная мода на вещи с включением кевларовых нитей коснулась не только специализированных подразделений, в том числе и военных, но и обычных обывателей, которые ценят свою безопасность и любят комфорт.

Кевлар: что это такое?

Прочные кевларовые волокна давно вплелись в структуру разработок в автомобильной, строительной, военной отраслях промышленности, частично вытеснив менее прочную и практичную сталь. «Сотканный» из органических нитей материал стал просто незаменимым благодаря своим уникальным характеристикам. Итак, теперь подробно рассмотрим вопрос о том, кевлар - что это, и узнаем историю его появления. кевлар что это

Вкратце о возникновении

Новый полимер в каком-то смысле стал «ребенком» его величества Случая, родившись в лабораториях компании Dupont, которая уже на тот момент имела в своем активе изобретение такого материала, как нейлон. Тогда, в 1964-м, исследовательская группа искала решение, как заменить стальной корд в автомобильных шинах на значительно более легкие полимерные нити, например полиарамидные. Соответственно, занятие было не из простых, поскольку полиарамиды предварительно необходимо растворить (что само по себе нелегкое дело), а уже затем из получившейся массы «прясть» нити. Положительного результата удалось достичь Стефани Кволек. Она сумела получить волокна исключительной прочности, которые после тестирования показали ошеломляющие результаты - новая нить оказалась прочнее стали.

Но это было лишь начало блестящей истории этого материала. Ткань кевлар появилась на рынке в 1975 году, и с того времени на недостаток спроса жаловаться не приходится. А он рождает производство, так что Dupont не останавливается на достигнутом. Компания осуществляет заметные финансовые вливания, направленные на то, чтобы модернизировать запатентованный материал кевлар и наделить его улучшенными характеристиками. одежда из кевлара

Состояние на сегодня

Теперь перейдем к нашему времени. Современный кевлар - что это? А это на удивление легкий и мягкий материал, который в огне не горит и даже почти не тлеет, влагу прекрасно впитывает, позволяя кожным покровам «дышать», а при этом по своей прочности превосходит сталь в разы, выдерживая нагрузку на разрыв в пределах 2500 Н. Да и обработка ткани достаточно легка и не требует узкопрофильного оборудования.

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.

Сферы применения

Свое применение кевлар находит в тех отраслях, где крайне важны стойкость к износу и термическая стабильность, низкая структурная жесткость и максимальная легкость, а также отличная прочность при низком весе. Поэтому неудивительно, что этот материал пришелся «ко двору» при изготовлении средств индивидуальной защиты, в частности бронежилетов, шлемов. производство кевлара

Кевлар: защищаемся с комфортом

На сегодняшний день изготавливается различная одежда из кевлара, предназначенная не только для военнослужащих и различных спецподразделений, но и для тех, кто выбирает ультраактивный образ жизни и помешан на той же охоте или страйкболе. Конечно, страйкболисту ни к чему кевларовая броня с высоким уровнем защиты и дополнительными бронепластинами, а вот футболка со специальными кевларовыми вставками будет весьма уместной. К тому же, такие элементы легко скрыть под верхней одеждой, да и подходящие по дизайну модели разработаны.

Пожалуй, наиболее популярными изделиями из кевлара можно считать бронешлемы, тактические перчатки и, конечно же, бронежилеты. Кстати, именно из этой ткани и изготавливают средства пассивной защиты, принятые на вооружение в НАТО.

Защита на руки

Тактические перчатки с кевларом в виде защитных вставок на ладонях и костяшках позволяют не только защитить руку от повреждений при столкновении, например, с зубами противника, но и значительно усилить удар, сделав его сокрушающим. Такой своеобразный современный аналог кастета. Если учитывать прочность, теплоту и устойчивость к влаге и повреждениям, такие аксессуары в последнее время популярны не только у сотрудников специализированных подразделений, но и у экстремалов, уличных бойцов, любителей активного образа жизни. Также они пользуются спросом у тех, у кого темные улицы родного населенного пункта вызывают вполне обоснованные опасения. тактические перчатки с кевларом

И пулю, и штык... остановит ли кевлар?

Бронежилет из кевлара по праву считается одним из наиболее надежных средств индивидуальной пассивной защиты. Благодаря своей уникальной легкости, прочности и относительной долговечности такая «броня» способна защитить владельца от скользящих ударов холодного оружия и смягчить последствия попадания пуль, препятствуя проникновению и распространению осколков.

Выбирая бронежилет, в основе которого используется данный полимер, следует учесть некоторые нюансы, которыми он наделен. Кевлар - что это? Мягкая броня, которая не спасет от выстрела в упор или проникающего удара ножом или шилом, поэтому разработаны модели со специальными жесткими панелями, призванными дополнительно амортизировать удар.

У всех свои минусы

К недостаткам кевлара можно отнести светочувствительность - при длительном пребывании под солнечными лучами чудо-материал начинает разрушаться, хоть и очень-очень медленно. Оптимальным средством предохранения стало вшивание элементов с кевларовыми нитями в более плотную ткань. бронежилет из кевлара

Цена на изделия с параамидными нитями достаточно высока, и именно это препятствует всеобщей «кевларизации». Оснащать армию тактическими изделиями из данного материала могут себе позволить только развитые в экономическом плане страны.

В завершение

На сегодняшний день крайне сложно представить пассивную защиту без кевларовых волокон, а выполненные из такой ткани бронежилеты и шлемы, каски спасли множество жизней. Поэтому создателям есть чем гордиться. А изготовителям нужно расширять производство кевлара и постоянно улучшать характеристики его качества.

fb.ru

обзор свойств и сферы применения

Кевлар — название торговой марки высокопрочного полимерного материала (KEVLAR), разработанного учёными американской химической компании DuPont (Дюпон). По прочностным характеристикам превосходит сталь, но намного легче по весу.

Первый в группе

полимерный сверхпрочный матариал

Кевлар был изобретён в 1964 году американской учёной-химиком Стефани Луизой Кволек во время её работы в Дюпон.

К 1971 году группе учёных компании удалось доработать материал, и началось его массовое производство.

Практически одновременно в России и Европе были созданы аналогичные волокна (СВМ и тварон), но так как кевлар был первым, все материалы, относящиеся к этой группе, стали называть именно так.

Производство

Кевлар выпускают в виде:

технических нитей;
пряжи;
ровинга;
тканей.

Это кристаллизующийся полимер. Добывают его методом поликонденсации в растворе в низкотемпературном режиме. В раствор добавляют реагенты, и из него выделяется полимер в виде геля или крошки. Его промывают, просушивают и растворяют в кислоте, затем через фильеры формуются нити и волокна, подаются в осадительную ванну, промываются и снова сушатся.

Свойства

нить кевларовая Обычный диаметр волокон 1 мкм, непрозрачные.

Основной характеристикой материала является его высокая механическая прочность. Плотность и, соответственно, масса достаточно низкие.
Кевлар обладает устойчивостью к растяжению.
Не горит и не плавится, обладает способностью к самотушению. Начинает разлагаться при температурах от 430 °C. При воздействии высоких температур начинает терять прочность только с течением времени, не сразу.
Имеет устойчивость к органическим растворителям.
Обладает высоким модулем упругости.
Устойчив к коррозии.
Под воздействием очень низких температур (криогенных) не только не портится, но и становится ещё прочнее.
Обладает низкой удельной электропроводностью.
Устойчив к порезам.

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

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, а затем началось производство лёгких пуленепробиваемых бронежилетов из нескольких слоёв кевлара. Для того чтобы качества материала не ухудшались под воздействием воды и ультрафиолета, кевларовый бронежилет 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.

Другие сферы

телефон

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, неэлектропроводностью, 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.

Прочтите больше по теме:

textiletrend.ru

Кевлар - это... Что такое Кевлар?

Кевла́р (англ. Kevlar) — торговая марка пара-арамидного (полипарафенилен-терефталамид) волокна, выпускаемого фирмой DuPont. Кевлар обладает высокой прочностью (в пять раз прочнее стали, предел прочности σ0= 3620 МПа). Впервые кевлар был получен группой Стефани Кволек в 1964, технология производства разработана в 1965 году, с начала 1970-x годов начато коммерческое производство.

Применение

Изначально материал разрабатывался для армирования автомобильных шин, в этом качестве он используется и теперь. Кроме того, кевлар используют как армирующее волокно в композитных материалах, которые получаются прочными и лёгкими.

Кевлар используется для армирования медных и волоконно-оптических кабелей (нитка по всей длине кабеля, предотвращающая растяжение и разрыв кабеля), в диффузорах акустических динамиков и в протезно-ортопедической промышленности для увеличения износостойкости частей углепластиковых стоп.

Кевларовое волокно также используется в качестве армирующего компонента в смешанных тканях, придающего изделиям из них стойкость по отношению к абразивным и режущим воздействиям, из таких тканей изготовляются, в частности, защитные перчатки и защитные вставки в спортивную одежду (для мотоспорта, сноубординга и т. п.). Также он используется в обувной промышленности для изготовления антипрокольных стелек.

Средства индивидуальной бронезащиты

Фрагменты тканевополимерного бронешлема из кевлара, использованного для поглощения энергии взрыва ручной гранаты, Ирак, 2004. Личный состав отделения спасен, капрал Dunham, закрывший своим шлемом брошенную повстанцами гранату, погиб.

Механические свойства материала делают его пригодным для изготовления средств индивидуальной бронезащиты (СИБ) — бронежилетов и бронешлемов. Исследования второй половины 1970-х годов показали, что волокно марки кевлар-29 и его последующие модификации при использовании в виде многослойных тканевых и пластиковых (тканевополимерных) преград показывает наилучшее сочетание скорости поглощения энергии и длительности взаимодействия с ударником, обеспечивая тем самым относительно высокие, при данной массе преграды, показатели противопульной и противоосколочной стойкости[1]. Это одно из самых известных применений кевлара.

В 1970-е годы одним из наиболее значительных достижений в разработке бронежилетов стало применение армирующего волокна из кевлара. Разработка бронежилета из кевлара Национальным институтом правосудия (англ. National Institute of Justice) происходила в течение нескольких лет в четыре этапа. На первом этапе волокно тестировалось, чтобы определить, способно ли оно остановить пулю. Второй этап заключался в определении количества слоев материала, необходимого для предотвращения пробивания пулями различного калибра и летящими с разной скоростью, и разработке прототипа жилета, способного защищать сотрудников от наиболее распространенных угроз: пуль калибра .38 Special и .22 Long Rifle. К 1973 году был разработан жилет из семи слоев волокна из кевлара для полевых испытаний. Было установлено, что при намокании защитные свойства кевлара ухудшались. Способность защищать от пуль также уменьшалась после воздействия ультрафиолета, в том числе солнечного света. Химчистка и отбеливатели также негативно сказывались на защитных свойствах ткани, также как и неоднократные стирки. Чтобы обойти эти проблемы, был разработан водостойкий жилет, имеющий покрытие из ткани для предотвращения воздействия солнечных лучей и других отрицательно влияющих факторов.

Судостроение

В последнее десятилетие кевлар получил распространение в судостроении. Из-за технологических сложностей и цены на кевлар, его применяют выборочно. Например, только в килевой части или по швам. Многие производители (такие, как верфи BAIA Yachts, Blue water, Danish yacht, Zeelander Yachts), делая в год не очень большое количество яхт, планомерно переходят на использование кевлара.

Температурные свойства

Кевлар сохраняет прочность и эластичность при низких температурах, вплоть до криогенных (−196 °C), более того, при низких температурах он даже становится чуть прочнее.

При нагреве кевлар не плавится, а разлагается при сравнительно высоких температурах (430—480 °C). Температура разложения зависит от скорости нагрева и продолжительности воздействия температуры. При повышенных температурах (более 150 °C) прочность кевлара уменьшается с течением времени. Например, при температуре 160 °C прочность на разрыв уменьшается на 10—20 % после 500 часов. При 250 °C кевлар теряет 50 % своей прочности за 70 часов.[2]

Литература и источники

О. Лисов. Кевлар - перспективный материал военного назначения // "Зарубежное военное обозрение", № 2, 1986. стр.89-90.

См. также

Примечания

dic.academic.ru

Кевлар Википедия

Волокно кевлара характерного золотисто-жёлтого цвета. Диаметр элементарного волокна 10 мкм.

Кевла́р (англ. Kevlar) — пара-арамидное волокно (полипарафенилен-терефталамид), выпускаемое фирмой DuPont. Кевлар обладает высокой прочностью (предел прочности σ0= 3620 МПа)[источник не указан 862 дня]. Впервые кевлар был получен группой Стефани Кволек — американского химика-сотрудника фирмы DuPont в 1964 году, технология производства разработана в 1965 году, с начала 1970-х годов начато промышленное производство.

Получение[ | код]

Волокна синтезируются при низкой температуре методом поликонденсации в растворе. К последнему добавляют реагенты и активно перемешивают. Из этого раствора выделяется полимер в виде крошки либо геля, который промывают и высушивают. Потом полимер растворяют в сильных кислотах (к примеру, в серной). Из получившегося раствора способом экструзии (формуются через фильеры) формируются нити и волокна. Затем нити и волокна подаются в осадительную ванну, промываются и снова сушатся.

Марки[ | код]

Производятся несколько марок кевлара[1]:

Kevlar K-29 (1975) — применяется в промышленности для изготовления кабелей, тормозных колодок, индивидуальной брони и брони боевых машин. Kevlar K49 — марка высокомодульного волокна используется в кабельной промышленности, для изготовления оплётки оптоволокна, для изготовления канатов, армирования пластмасс. Kevlar K100 — пряжа, окрашенная производителем. Kevlar K119 — с повышенным удлинением, гибкая и обладающая повышенной усталостной прочностью. Kevlar K129 — марка волокна повышенной прочности для брони. Kevlar AP — по прочности превосходит K-29 на 15 процентов. Kevlar XP — композиция на основе смолы с повышенной вязкостью и нового волокна KM2plus. Kevlar KM2[en] (1992) — марка волокна для получения ткани, отвечающей требованиям, предъявляемым к бронешлемам и бронежилетам.

Применение[ | код]

Изначально материал разрабатывался для армирования автомобильных шин, для чего он используется и по сей день. Кроме того, кевлар используют как армирующее волокно в композитных материалах, которые получаются прочными и лёгкими.

Средства индивидуальной бронезащиты[

ru-wiki.ru

Что такое кевлар и как он останавливает пулю?

Многие слышали название «кевлар». Из него шьют бронежилеты, делают каски. Немало людей наделяют его почти сверхъестественными способностями, считая уникальным материалом, защищающим от пуль. Разумеется, мы не могли обойти его вниманием и попробовали разобраться что же это такое.

Что про кевлар говорит Википедия:

Кевлар (англ. Kevlar) — торговая марка пара-арамидного (полипарафенилен-терефталамид) волокна, выпускаемого фирмой DuPont. Кевлар обладает высокой прочностью (в пять раз прочнее стали, предел прочности σ0= 3620 МПа). Впервые кевлар был получен группой Стефани Кволек в 1964, технология производства разработана в 1965 году, с начала 1970-х годов начато коммерческое производство.

В настоящее время арамидные волокна производятся по всему миру под разными торговыми марками. Но, наподобие того, как по всему миру копировальные аппараты называют по названию их фирмы-создателя Xerox, так же арамидные материалы в быту называют словом Kevlar.

synthetic kevlar fiber cloth

Что же особенного в арамидном волокне?

Арамидное волокно характеризуется высокой удельной прочностью при растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам. Кроме того, волокно и его разновидности является огнеупорным.

Изначально кевлар применялся для армирования автомобильных шин, но из-за его лёгкости композитные материалы на его основе, стали использовать в авиации и космической промышленности. Кроме того, из кевлара изготавливаются сверхпрочные тросы.

Фактически, именно его сопротивляемость удару при низкой плотности и сделали его отличным материалом для производства бронезащиты.

Несмотря на все свои достоинства арамидное волокно всё же имеет и недостатки. К ним относятся: старение, «водобоязнь» и цена. При намокании арамидное волокно теряет в прочности почти в два раза. При высыхании кевлар восстанавливает свои качества, но с течением времени механическая прочность пропадает безвозвратно. Впрочем, процесс этот идёт не слишком быстро — большинство производителей дают гарантию на 5 лет. А специальная обработка решает проблему с намоканием.

Кроме того, арамидное волокно с трудом поддаётся окрашиванию, поэтому практически всегда изделия из него имеют жёлтый цвет.

Помимо арамидных волокон, в современных бронежилетах также часто используют полиэтилен высокой плотности (ПВП). По сути – тот же материал, из которого шьют мешки и сумки-баулы. Несколько десятков тончайших листов ПВП способны остановить пистолетную пулю.

Пуля, застрявшая в полиэтиленовой броне

Но кевлар, ПВП и прочие материалы, мало что могут противопоставить мощным винтовочным патронам. Поэтому они используются для легкой защиты, или же как дополнения в бронежилетах с металлическими бронепластинами.

Больше про типы материалов, из которых делают бронежилеты, можно узнать из видео от канала Discovery:

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

LiveJournal

Одноклассники

Мой мир

gunportal.com.ua

кевлар

Непрерывное волокно: Арамидные волокна

Арамидные волокна относятся к классу ароматических полиамидных волокон. Они представляют собой химические волокна, полученные на основе линейных волокнообразующих полиамидов, в которых не менее 85 % амидных групп непосредственно связано с двумя ароматическими кольцами. Такие волокна отличаются высокими значениями прочности, модуля упругости, теплостойкости и химстойкости. Впервые они стали известны под маркой «кевлар».

Получение и производство

Арамидные волокнообразующие полимеры получают методом поликонденсации в растворе при низкой температуре (5... 10 °C). Полимер получают добавлением к раствору реагентов при интенсивном перемешивании. Полимер выделяется из исходного раствора в виде геля или крошки, затем он промывается и высушивается.

Полученный полимер растворяется в одной из сильных кислот, например, в концентрированной серной кислоте. Из раствора полимера методом экструзии через фильеры формуются волокна и нити. Температура формования 50 ... 100 °C. Экструдированные волокна проходят небольшую воздушную прослойку (5-20 мм) и попадают в осадительную ванну с холодной водой (менее 4 °C). Волокно промывается, собирается на приемном устройстве и высушивается. На выходе из осадительной ванны волокно может подвергаться дополнительной обработке (вытягивание, термообработка) для повышения его механических характеристик. Свойства волокон могут зависить от состава исходного сырья, свойств использованных растворителей, условий технологического процесса получения волокон и условий термообработки сформованных нитей.

Волокно кевлар представляет собой кристаллизующийся полимер. Химическая структура волокна отличается высокой степенью ориентированности и жесткости. Эти характеристики, в частности, обусловлены наличием в структуре большого количества ароматических (бензольных) колец. По своей структуре волокно кевлар может быть отнесено к сетчатым полимерам.

Жесткие полимерные цепи находятся в распрямленном состоянии и образуют очень плотную упаковку в объеме волокна, что определяет высокие механические свойства волокна типа кевлар. Кристаллическая природа полимера обеспечивает высокую термическую стабильность волокон, а наличие ароматических колец в структуре макромолекулы обусловливает химическую стабиль-ность волокон. Благодаря жесткой сетчатой структуре макромолекул арамидные волокна при нагревании не испытывают никаких фазовых превращений вплоть до температуры термического разложения.

Волокна кевлар производятся в виде технических нитей с различной линейной плотностью и структурой. Число элементарных волокон в типичных нитях может меняться от 130 до 1000 при изготовлении тканей и от 500 до 10000 при изготовлении канатов и корда. Кевлар выпускается также в виде пряжи, ровинга и тканей. Волокна непрозрачны, обычный диаметр около 11 мкм.

Свойства арамидных волокон

Арамидные нити среди всех органических волокон имеют наиболее высокие эксплуатационные характеристики. Они отличаются устойчивостью к воздействию пламени, высоких температур, органических растворителей, нефтепродуктов и т. п. Арамидные волокна менее хрупки по сравнению с углеродными и стеклянными волокнами и пригодны для переработки на обычном оборудовании текстильных производств.

Арамидные волокна отличаются наиболее высокими значениями прочности и модуля упругости среди органических волокон.

Повышение температуры приводит к снижению прочности арамидных волокон от 3,5 ГПа до 2,7 ГПа. Волокна практически не проявляют ползучести под нагрузкой. Во всем интервале нагрузок вплоть до разрушения зависимость напряжений от деформаций является линейной. На свойства арамидных волокон заметное влияние оказывает скручивание нитей: при повышении степени кручения модуль упругости и прочность волокон заметно снижаются. Полагают, что этот эффект связан с поверхностным повреждением волокон при скручивании. Это предположение подтверждается результатами испытаний волокон на усталость, которые показывают, что волокна могут выдерживать большое число циклов нагружения, если они не испытывают поверхностного трения. При наличии такого трения долговечность волокон очень невысока.

Влияние различных факторов на механические свойства КМ, армированных арамидными волокнами

Влияние связующего на механические свойства композита определяется в основном двумя параметрами: адгезией и модулем упругости. Эти два фактора влияют на тип разрушения КМ и, в конечном счете, определяют уровень прочностных свойств композита. Низкомодульные связующие обычно не способны обеспечить перераспределение нагрузки между армирующими волокнами во всем объеме композита. При этом отдельные волокна деформируются независимо друг от друга. Разрушение (разрыв) одного волокна в таких случаях может привести к значительному перераспределению нагрузки в его окрестности и перенапряжению соседних волокон. Как следствие, в таких случаях часто наблюдается лавинообразный процесс разрушения материала. Средняя прочность волокна в композите оказывается низкой.

Если же выбранное сочетание адгезии и модуля упругости обеспечивает приблизительно равномерное распределение нагрузок между всеми волокнами материала, то средняя (эффективная) прочность композита будет иметь более высокое значение. Обычно на практике удается реализовать некоторое среднее значение потенциальной прочности материала.

С увеличением объемного содержания волокна прочность материала обычно сначала увеличивается, а при достижении некоторого уровня наполнения стабилизируется или даже снижается.

Повышение температуры приводит к некоторому снижению прочности микропластиков из арамидных волокон. Понижение температуры на прочностные свойства практически не влияет.

Зависимость напряжений от деформаций композитов на основе арамидных волокон близка к линейной. Выдерживание образцов изготовленных из однонаправленного композита на основе арамидных волокон под постоянной нагрузкой в течение длительного времени сопровождается увеличением их деформации — ползучестью. С увеличением уровня нагрузки деформация, обусловленная ползучестью, растет, причем, при продолжительном нагружении зависимость деформации от времени становится линейной для широкого интервала начальных нагрузок.

Жесткость и прочность композиционных волокнистых материалов (КВМ) на основе арамидных волокон при поперечном по отношении к направлению армирования нагружении значительно меньше, чем при нагружении в направлении армирования. Имеются разные данные о характеристиках композита при таком виде нагружении, которые зависят от метода испытаний, но все они показывают, что нагружение в поперечном направлении является невыгодным с точки зрения использования потенциальных прочностных качеств материала.

Проблема повышения характеристик материала при поперечном нагружении обычно решается путем дополнительного включения в композит армирующих волокон других видов, например, углеродных или стеклянных. Выбор углеродных волокон связан с тем, что их температурные характеристики (коэффициент температурного расширения) сходны с характеристиками арамидных волокон. Такие композиты принято называть «гибридными». Кевлар-углеродные композиты отличаются меньшей стоимостью и меньшей хрупкостью по сравнению с углеродными, что делает их достаточно привлекательными, несмотря на некоторое снижение прочности по сравнению с углеродными материалами.

Еще один способ повышения эксплуатационных свойств однонаправленных композитов — добавление к основному армирующему материалу небольшой объемной доли коротко нарезанных волокон (штапеля). Такие волокна ориентированы в материале менее однородно по сравнению с длинными волокнами и обеспечивают дополнительное перераспределение нагрузок в объеме материала помимо связующего. Предел прочности и модуль упругости таких материалов обычно ниже, чем у однонаправленных, но работа, которую необходимо затратить на их разрушение значительно выше (примерно в полтора раза).

Композиты на основе арамидных волокон

Высокие механические свойства арамидных волокон сами по себе еще не гарантируют наличия высоких механических свойств у композитов на их основе. Характеристики композита во многом определяются взаимодействием волокон со связующим. Такое взаимодействие приводит к перераспределению внешних нагрузок между элементами структуры армирования композита. Поэтому оценка характеристик композита должна проводиться не только по свойствам его компонентов, но и по свойствам некоторых характерных объемов материала, обладающих всеми характерными характеристиками композита: структурой армирования, объемным соотношением компонентов и т. п.

На практике в качестве таких характерных объемов часто рассматривают стренги (жгуты), пропитанные связующим и подвергнутые отверждению. Такие стренги, предназначенные для проведения экспериментальных исследований свойств композита, называют «микропластиками». Технология изготовле¬ния микропластиков повторяет технологию изготовления реальных изделий из композита за исключением объемов производства. При проведении подобных исследований необходимо учитывать, что на их результаты могут оказывать влияние такие факторы, как толщина стренги (жгута), метод испытаний и другие факторы. Влияние размеров образцов на результаты испытаний является одним из наиболее неприятных факторов, существенно затрудняющих анализ экспериментальных данных. Такое влияние обычно плохо поддается оценке и носит название «масштабного эффекта».

Применение КВМ на основе арамидных волокон

КВМ на основе арамидных волокон (кевлара) применяются в авиации при изготовлении частей несущих конструкций, переборок, дверей, полов, обтекателей. При изготовлении военной техники и снаряжения эти материалы находят применение при производстве корпусов ракетных двигателей, пулезащитной одежды, легких бронеплит и т. п. Применение кевлара в данных изделиях связано с малой плотностью и высокой стойкостью к ударным нагрузкам.

Невысокая плотность, хорошие демпфирующие свойства, гибкость способствуют применению кевлара при изготовлении спортивного снаряжения: лодок, клюшек и т. д.

Волокна кевлара в чистом виде либо в сочетании с каучуком используются при изготовлении канатов, которые находят применение в судостроении и горном деле, где они используются вместо стальных канатов. Достоинствами таких канатов являются малый вес, высокая прочность, высокая коррозионная стойкость и хорошие электроизоляционные свойства. Кевлар находит применение при изготовлении шин в качестве корда, где сочетание таких свойств, как малая плотность, хорошая вибростойкость, высокая прочность и коррозионная стойкость делают его более выгодным по сравнению с кордом из вискозных, полиэфирных волокон и стальной проволоки.

studfiles.net

что это такое? Материал кевлар. Производство кевлара

У каждого поколения, живущего в ту либо иную временную эру, свои правила и устои, требования к мобильности и качеству жизни. Соответственно, за ускорением научно-технического прогресса во всех отраслях следует и увеличение общего темпа, а новое время диктует свои правила. Так что типичная мода на вещи с включением кевларовых нитей задела не только лишь специализированных подразделений, в том числе и военных, да и обыденных обывателей, которые ценят свою безопасность и обожают комфорт.

Кевлар: что же все-таки это такое?

Крепкие кевларовые волокна издавна вплелись в структуру разработок в авто, строительной, военной отраслях индустрии, отчасти вытеснив наименее крепкую и удобную сталь. «Сотканный» из органических нитей материал стал просто неподменным благодаря своим уникальным чертам. Итак, сейчас тщательно разглядим вопрос о том, кевлар — что это, и узнаем историю его возникновения. Кевлар - что это такое? Материал кевлар. Производство кевлара

Кратко о появлении

Новый полимер в каком-то смысле стал «ребенком» его величества Варианта, родившись в лабораториях компании Dupont, которая уже тогда имела в собственном активе изобретение такового материала, как нейлон. Тогда, в 1964-м, исследовательская группа находила решение, как поменять металлической корд в авто шинах на существенно более легкие полимерные нити, к примеру полиарамидные. Соответственно, занятие было не из обычных, так как полиарамиды за ранее нужно растворить (что само по себе нелегкое дело), а уже потом из получившейся массы «прясть» нити. Хорошего результата удалось достигнуть Стефани Кволек. Она смогла получить волокна исключительной прочности, которые после тестирования проявили ошеломляющие результаты — новенькая нить оказалась прочнее стали.

Но это было только начало блестящей истории этого материала. Ткань кевлар появилась на рынке в 1975 году, и с тех пор на недочет спроса сетовать не приходится. А он рождает создание, так что Dupont не останавливается на достигнутом. Компания производит приметные денежные вливания, направленные на то, чтоб модернизировать патентованный материал кевлар и наделить его усовершенствованными чертами. Кевлар - что это такое? Материал кевлар. Производство кевлара

Состояние на сей день

Сейчас перейдем к нашему времени. Современный кевлар — что это? А это на удивление легкий и мягенький материал, который в огне не пылает и даже практически не тлеет, воду отлично впитывает, позволяя кожным покровам «дышать», а при всем этом по собственной прочности превосходит сталь в разы, выдерживая нагрузку на разрыв в границах 2500 Н. Ну и обработка ткани довольно легка и не просит узкопрофильного оборудования.

Как создают

Волокнообразующие полимеры выполняются при низкой температуре методом поликонденсации в растворе. К последнему добавляют реагенты и активно перемешивают. Из этого раствора выделяется полимер в виде крошки либо геля. Дальше его промывают и высушивают. Потом полимер растворяют в сильных кислотах (к примеру, в серной). Из получившегося раствора способом экструзии формируются нити и волокна. Они промываются и просушиваются.

Кевларовые волокна – кристаллизующий полимер. Их структура отличается высочайшей степенью жесткости. Это обосновано наличием бензольных колец. По структуре кевлар относится к сетчатым полимерам. Делается он в виде технических нитей, имеющих различную линейную плотность и структуру. Количество волокон в нитях может быть различным: 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 поперечник – 11 мкм.

Сферы внедрения

Свое применение кевлар находит в тех отраслях, где очень важны стойкость к износу и тепловая стабильность, низкая структурная твердость и наибольшая легкость, также хорошая крепкость при низком весе. Потому логично, что этот материал пришелся «ко двору» при изготовлении средств персональной защиты, а именно бронежилетов, шлемов. Кевлар - что это такое? Материал кевлар. Производство кевлара

Кевлар: защищаемся с комфортом

На сегодня делается разная одежка из кевлара, предназначенная не только лишь для военнослужащих и разных спецподразделений, да и для тех, кто выбирает ультраактивный стиль жизни и помешан на той же охоте либо страйкболе. Естественно, страйкболисту ни к чему кевларовая броня с высочайшим уровнем защиты и дополнительными бронепластинами, а вот футболка со особыми кевларовыми вставками будет очень уместной. К тому же, такие элементы просто скрыть под верхней одежкой, ну и подходящие по дизайну модели разработаны.

Пожалуй, более пользующимися популярностью изделиями из кевлара можно считать бронешлемы, тактические перчатки и, конечно, бронежилеты. Кстати, конкретно из этой ткани и изготавливают средства пассивной защиты, принятые на вооружение в НАТО.

Защита на руки

Тактические перчатки с кевларом в виде защитных вставок на ладонях и костяшках позволяют не только лишь защитить руку от повреждений при столкновении, к примеру, с зубами противника, да и существенно усилить удар, сделав его сокрушающим. Таковой типичный современный аналог кастета. Если учесть крепкость, теплоту и устойчивость к влаге и повреждениям, такие девайсы в ближайшее время популярны не только лишь у служащих специализированных подразделений, да и у экстремалов, уличных бойцов, любителей активного стиля жизни. Также они пользуются спросом у тех, у кого черные улицы родного населенного пт вызывают полностью обоснованные опаски. Кевлар - что это такое? Материал кевлар. Производство кевлара

И пулю, и штык… приостановит ли кевлар?

Бронежилет из кевлара по праву считается одним из более хороших средств персональной пассивной защиты. Благодаря собственной уникальной легкости, прочности и относительной долговечности такая «броня» способна защитить обладателя от скользящих ударов прохладного орудия и смягчить последствия попадания пуль, препятствуя проникновению и распространению осколков.

Выбирая бронежилет, в базе которого употребляется данный полимер, следует учитывать некие аспекты, которыми он наделен. Кевлар — что это? Мягенькая броня, которая не выручит от выстрела в упор либо проникающего удара ножиком либо шилом, потому разработаны модели со особыми жесткими панелями, призванными дополнительно амортизировать удар.

У всех свои минусы

К недочетам кевлара можно отнести светочувствительность — при продолжительном пребывании под солнечными лучами чудо-материал начинает разрушаться, хоть и очень-очень медлительно. Хорошим средством предохранения стало вшивание частей с кевларовыми нитями в более плотную ткань. Кевлар - что это такое? Материал кевлар. Производство кевлара

Стоимость на изделия с параамидными нитями довольно высока, и конкретно это препятствует всеобщей «кевларизации». Оснащать армию тактическими изделиями из данного материала могут для себя позволить только развитые в экономическом плане страны.

В окончание

На сегодня очень трудно представить пассивную защиту без кевларовых волокон, а выполненные из таковой ткани бронежилеты и шлемы, каски выручили огромное количество жизней. Потому создателям есть чем гордиться. А изготовителям необходимо расширять создание кевлара и повсевременно облагораживать свойства его свойства.

tipsboard.ru