На сегодняшний день кевларовая ткань повсеместно используется при пошиве одежды и экипировки людей, которые в процессе работы подвергаются опасности: военных, космонавтов, полиции, спортсменов и т.д.
Кевларовая ткань была разработана специалистами компании DuPont в 1965 году и является зарегистрированным товарным знаком пара-арамидного синтетического волокна.
Позднее были созданы волокна, по свойствам аналогичные кевлару, но все материалы, относящиеся к этому типу стали именовать кевларом. Массовое использование кевлара началось в 1970 году, когда этот высокопрочный материал стали использовать в гоночных шинах на замену тяжелой стали.
В настоящее время кевларовое волокно используется в самых различных сферах: в производстве велосипедных шин, парусов яхт, в бронежилетах, для увеличения прочности частей углепластиковых стоп в протезировании.
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.
Структура и свойства
Молекулярная структура кевлара: жирным выделен мономер, пунктирные линии указывают на водородные связи.
После образования волокон кевлара их прочность на растяжение составляет около 3620 МПа, а относительная плотность 1,44. Своей высокой прочностью полимер обязан множеству связей между мономерами. Эти связи имеют большее влияние свойства на кевлара, чем ван-дер-ваальсовы силы и длина цепи, которые обычно влияют на свойства других синтетических полимеров и волокон, таких как Dyneema. Наличие солей и некоторых других примесей, особенно кальция, может повлиять на свойства конечного продукта, и при производстве стараются избежать включения примесей в состав кевлара.
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.
Как купить кевларовую ткань
Купить кевларовую ткань можно практически в любом магазине тканей. Стоимость кевлара варьируется в зависимости от плотности и вида – полотно, лента или нить. Средняя цена 1 м. кв. кевларового полотна составляет 2 500 рублей.
Кевларовая ткань поражает своими физическими и химическими свойствами. Это современный высокопрочный материал, характеристики которого были по достоинству оценены и применены в самых различных областях от производства одежды до укрепления деталей авиационных двигателей.
Компании-разработчики арамидных тканей не останавливаются на одном кевларе, совершенствуя это волокно и создавая аналоги по свойствам превосходящие кевлар.
Виды ткани
Виды кевлара представлены в таблице.
| Вид | Особенности | Область применения |
| Kevlar K-29 | Был произведен самым первым, имеет стандартные свойства | Армирование кабелей, автомобильных покрышек, усиление элементов автомобиля |
| Kevlar K49 | Строение волокна — высокомодульное | Изготовление кабелей, канатов, армирование пластмассы |
| Kevlar K100 | Окрашенная пряжа | Пошив специальной одежды (военная форма) |
| Kevlar K119 | Повышенное удлинение и гибкость | Армирование изделий из резины |
| Kevlar K129 | Повышенная прочность | Изготовление брони |
| Kevlar AP | Немного прочнее Kevlar K-29 | Армирование кабелей, автомобильных покрышек, усиление элементов автомобиля |
| Kevlar XP | В составе смола с высокой вязкостью с добавлением волокна KM2plus | Изготовление бронежилетов |
| Kevlar KM2 | Специальные волокна для изготовления ткани повышенной прочности | Изготовление бронежилетов и бронешлемов |
Характеристики материала
- тонкий и легкий – толщина выпускаемых волокон составляет 1 мкм;
- готовая ткань не растягивается даже при частой носке;
- устойчив к воздействию огня – начинает плавиться только при температуре свыше 430 градусов, но должно пройти определенное количество времени (поэтому материал подходит для форм спецслужб);
- его нельзя повредить при помощи растворителей;
- несмотря на отсутствие тянущихся свойств, упругий;
- не подвержен коррозии;
- отрицательная температура не делает материал хуже, а только усиливает его прочность;
- материал не проводит электрический ток и не накапливает статическое электричество;
- волокна кевлара невозможно порезать, даже проведя по ним острым лезвием ножа.
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.
Правила ухода
При уходе за защитными приспособлениями нужно помнить, что кевлар – это полимер, который не переносит намокание, ультрафиолетовые лучи и химическую чистку, поэтому при уходе за ним нужно придерживаться рекомендаций производителя. Концерн Дюпон гарантирует сохранение защитных свойств и прочности своей кевларовой продукции до 10 циклов стирки. Выстиранные вещи следует сушить в закрытом помещении, а вот воздействие тепла им не вредит. Что же касается воздействия различных химикатов, особенно содержащих хлор, то контакт с ними крайне нежелателен, хотя очистка с помощью кислородных отбеливателей вполне допустима.
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.
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[1]), 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:
- 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.
- 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.
- 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
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 кевлара
Как упоминалось выше, целью разработчиков было создание легкого, но в то же время прочного материала, который смог бы заменить тяжелую сталь при производстве шин.
Позднее, благодаря великолепным свойствам кевлара его начали использовать при пошиве одежды, спецовок, военной формы и т.д.
Броня
Кевлар является известным компонентом для производства средств личной брони и защиты. Боевые шлемы, баллистические маски для защиты лица и бронежилеты выполнены с применением кевлара.
Вооруженные силы различных стран применяют кевлар для создания пуленепробиваемых масок и подшлемников для экипажей бронетанковой техники.
Прочность кевлара настолько велика, что его применяют в качестве брони для авианосцев класса «Нимиц».
В гражданской сфере свойства кевлара используются при создании снаряжения для защиты работников органов экстренного реагирования. Бронежилеты сотрудников полиции, частных охранных предприятий и бойцов спецназа выполнены также из кевлара.
Спортивный инвентарь
Кевлар используется для обкладки велосипедных шип, что повышает их устойчивость к проколам. Также волокна кевлара применяются для увеличения отскока теннисных ракеток и уменьшения их веса.
В мотоспорте кевлар используется для производства безопасной одежды для спортсменов-мотоциклистов, укрепления элементов в области плеч и локтей.
Свойства кевлара с успехом нашли применение в других видах спорта – создания курток, брюк, элементов масок в фехтовании, в японской искусстве стрельбы из лука Кюдо для укрепления тетивы, для повышения производительности в парусах для гоночных лодок и т.д.
Музыкальные инструменты
Кевлар имеет отличные акустические свойства, которые нашли применение при создании диффузоров акустических динамиков для передачи низких и средних частот.
Кевлар используется в качестве основы в струнах для струнных инструментов. Струны из кевлара становятся более прочными, гибкими и стабильными к температурным скачкам.
Другие сферы применения
Благодаря своим физическим свойствам кевлар применяется как армирующее волокно, позволяя делать детали более легкими и прочными. Кевларовое волокно используют для укрепления кабелей, что защищает провода от растяжения и обрыва.
Возможность комбинирования кевлара с другими полимерами путем химической реакции позволяет создать более совершенные материалы, применяемые в специфических областях.
Как пример, карбон-кевлар, который отличается высокой термостойкостью и легкостью и применяется для строительства корпусов высокоскоростных лодок.
Недостатки
Ткань из кевлара практически не имеет недостатков, если учитывать ее назначение. Но слабые места имеются и у арамидного волокна. Длительное нагревание и пребывание под солнечными лучами снижает прочность материала. Но речь идет об интенсивной эксплуатации сотни часов подряд. Намокшая ткань также теряет часть своих уникальных свойств, поэтому при эксплуатации кевлара в условиях повышенной влажности его укрепляют и пропитывают.
Материал не обладает эстетической привлекательностью, но это нельзя назвать минусом, если вспомнить, для какой цели был изобретен полимер. Он не используется при пошиве уличной одежды, а потому не нуждается в улучшенных декоративных свойствах.
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.
Принципы производства
Производство кевлара – дорогостоящий процесс, поэтому этот материал стоит больше. Один погонный метр может стоить более 30 долларов, но эта цена обусловлена сверхпрочными свойствами.
Мнение эксперта
Алена
Эксперт и технолог по тканям Алена Хлебникова готова ответить на ваши вопросы.
Напишите нам
Для получения полимерных нитей нужно пройти не одну химическую реакцию. В качестве основы используется раствор кальций хлора и метил-пирролидона. В них заливают специальные реагенты, которые выпадают осадком и образуют жидкокристаллическую субстанцию. Это нечто среднее между гелем и порошком.
Перед загрузкой вещества в машину промывают от остатков раствора и сушат. Потом будущий полимер пропускают через формы (этим занимается специальное оборудование). Так однородная субстанция превращается в тончайшие нити (или волокна, зависит от сферы применения). Чтобы это произошло, необходимо много серной кислоты – она и делает процесс производства дорогим для производителя.
Состав
Пришло время узнать, из чего делают кевлар – такой прочный материал, который нельзя заменить больше ничем. Он представляет собой пара-арамидное волокно желтоватого оттенка. Это полимер, так что полученные нити являются синтетическими. Их добавляют в состав тканей, из которых шьют прочную спецодежду и элементы экипировки (например, перчатки).
Как композит кевлар тоже используется (покрышки), но здесь, кроме него добавляют угле-волокно и стекловолокно, хотя кевлар в разы превосходит их по прочности. Если он будет основным материалом, то вещь из него будет слишком дорогой.
Прочность составляет в среднем 360 кг на 1 мм2, но у некоторых видов может доходить до 550 кг. По структуре и свойствам кевлар постарались как можно больше приблизить к прочному, природному материалу – паутине. В сравнении со сталью, у которой эта цифра доходит только до 150 кг, кевлар гораздо прочнее. А также он имеет малую плотность (около 1500 кг на кубический метр), это чуть больше воды (1000 кг/м3).
