Как сделать кевлар

Обновлено: 06.07.2024

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.

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

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

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

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

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.

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.

Кевлар — первый в группе

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.

Кевлар это аналог СВМ и тварон (чего многие и не знают), созданных практически одновременно в России и Европе. Но так как он 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 кевлара

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.

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

Защитная одежда из кевлара

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 .

Технологический процесс

Технология производства кевларобетона берёт своё начало в чёрной металлургии и на сегодняшний день широко используется в небольших, мелко-бытовых и даже бытовых производствах.

Специфика производства заключается в формировании гранул из смеси под воздействием гравитации в смесителе. После обкатывания гранулы высыпаются в форму на вибростанке, в котором они под воздействием высокочастотных колебаний приобретают монолитную форму. Использование пластификатора позволяет в короткие сроки добиваться необходимого результата.

После этого на поверхность монолита наносятся красители, затем формируется текстура продукта. Использование красителей только на поверхностном слое позволяет сэкономить на краске и сделать бетон более крепким. Из кевларобетона можно делать:

Однако не все виды изделий будут рентабельными. Например, тротуарная плитка выходит дорогой, а количество производимых единиц за один замес небольшим.

Ингредиенты строительного материала

В состав кевларобетона входит цемент марки 400 или 500 без добавления минеральных смесей. В качестве минеральных заполнителей используют речной или карьерный песок с добавлением глины либо ила с процентным содержанием не более трёх единиц, гранотсев или гранитный щебень с фракцией от 0 до 5. Также в составе смеси используются пластификаторы, которые помогают раствору быстрее застывать и улучшать формирование необходимых форм. Если изделие предусматривается цветным, то необходимо применять железооксидные красительные пигменты. Использующиеся пропорции в составе смеси кевларобетона являются следующими:

песок замешивается три к одному с цементом;
вода добавляется мелкой струйкой и составляет от 0,28 до 0,32% от массы цемента;
пластификатор добавляется в количестве 1% от массы цемента.

Количество воды может варьироваться в зависимости от содержания влаги в минеральном заполнителе.

Процесс изготовления смеси

Приготовление смеси не является особо трудоёмким и заключается в наличии необходимых материалов и приспособлений. В состав обязательного оборудования входят:

Технология кевларобетона бесплатно представлена в строительной литературе и на специализированных сайтах, поэтому она не является секретной. Любому, кто желает приготовить смесь для кевларобетона своими руками, необходимо знать правильную последовательность действий:

Площадь, занимаемая под производство, должна быть не менее 100 квадратных метров. Причём 80% этого места необходимо выделить для сушки и хранения готовой продукции. Всё необходимое оборудование может поместиться на площади 20 квадратных метров.

И так друзья, здесь я буду выкладывать процесс изготовления. Сразу оговорюсь идея не новая, гугл по запросу выдаёт массу инфы. Однако стойкое желание повторить все самому берет верх.

Идея такова, кроме покраски купола и изготовления подвеса. Для придания прочности и веса куполу, с внутренней стороны он будет оклеиваться кевларом. Кевлар добывается из напашника от бж Кора.

В качестве донора у нас выступает мотошлем Салют, который свои внешним видом и размерами более менее напоминает ЗШ-1. Для сравнения оригинал ЗШ-1 первого типоразмера и донор. Для справки, оригиналы существуют двух типоразмеров 1 и 2 отличаются внешне, основное отличие состоит в том что уши на 1 размере разведены в стороны на 2 сведены вместе примерно как на доноре.

Предварительно разрезал кевлар на две части, посмотрю как будет клеиться и тянуться по форме купола, если плохо, тогда порежу на более мелкие куски.

Готовим донор для работы, удаляем все лишнее. В процессе подготовки выяснилось что купол не пластиковый, а стекловолоконный, что конечно же не может не радовать. Для лучшей адгезии очищаем внутреннюю поверхность наждачной бумагой с крупным зерном. Затем заклеиваем все отверстия малярным скотчем.

Далее подготавливаем все необходимое: клей, резиновые перчатки, кисть, одноразовый стакан. Застилаем рабочую поверхность газетами.

Готовим клей согласно инструкции. Для определения нужных пропорций я использовать бытовые электронные весы. Смешивает компоненты в стакане и тщательно размешиваем. За тем с использованием кисти обильно наносим клей на поверхность купола.

Укладываем первый лист кевлара, начиная от краев к центру. Кревлар нужно полностью пропитывать клеем, в процессе пропитки он будет менять цвет. После того как были уложены все слои, с целью не много изменить геометрию купола была поставлена распорка. Все, теперь оставляем застывать клей на ночь.

После того как клей застыл, обрезаем излишки кевлара по краю. И радуемся получившемуся результату. Но это еще не конец, одной банки клея хватило всего на 5 слоев кевлара. Так что как только запасы клея буду пополнены, продолжу приклеивать оставшийся кевлар.

В продолжении темы хотел сказать, что запасы смолы пополнены. И давеча я продолжил, однако столкнулся с небольшой проблемой, как выяснилось листы кевлара в пакете имеют разную плотность. Первые 10 более тонкие, остальные 9 плотные. В результате плотные куски кевлара плохо пропитываются смолой и практически не тянутся по форме купола. В результате плотный кевлар пришлось резать на мелкие куски. Так это все я к чему говорю, к тому что вид получается мягко говоря не очень презентабельный. Поэтому мелкие куски плотного кевлара лучше клеить первыми слоями, а затем тонкий. Пока без фото.

Читайте также: