Надёжнее стали: как появилась кевларовая ткань, способная уберечь от пули
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
Кевлар — это общепринятое в обществе название армидной ткани — то есть, такой, которая производится из пара-армидного волокна. Фактически он представляет собой синтетический продукт специального назначения, который зачастую используется для создания спецодежды и средств индивидуальной защиты. Такой спектр его применения обуславливается его уникальными характеристиками, в первую очередь, поразительной прочностью.
История создания этого уникального материала началась в 1964 году в американской химической компании Dupont. Тогда тамошние специалисты занимались довольно интересной работой: им было необходимо разработать прочные, но легкие полимерные нити, которыми в последствии можно было бы заменить тяжелый стальной корд в автомобильных шинах. Конечной целью такого решения стала бы экономия топлива. Среди химиков компании над этой задачей билась и группа Стефани Кволек. Они работали с полиарамидами стержнеобразной формы молекулы.
В процессе работы над созданием полимерных волокон из полиарамида, который трудно плавится, пришлось остановиться на технологии прядения из раствора. Долгое время Кволек пыталась найти необходимый для этого растворитель, однако тот, что она подобрала, не устроил инженера-прядильщика, ведь был не таким, который использовали обычно ни по консистенции, ни по примесям, и тот боялся, что в результате его применение может пострадать оборудование. После долгих уговоров инженер всё-таки согласился попробовать, и то, что получилось, впечатлило всех — нить успешно вытягивалась, а её прочность ещё до этапа проверок на приборах была довольно многообещающей.
Полученные волокна были отправлены на тестирование. Однако увидев результаты, Стефани Кволек сначала и вовсе подумала, что оборудование неисправно — показатели были настолько высокими, что в них попросту никто не поверил. И только когда повторные измерения подтвердили первые цифры, стало понятно: новый материал имеет настолько феноменальные, что по прочности на разрыв превосходил металл в несколько раз. Полную технологию изготовление волокна и ткани, получившие название кевларовые, разработали в 1965 году, а через несколько лет его стали производить уже в промышленных масштабах.
С тех пор, как кевлар стали изготовлять массово, у него появилось несколько разновидностей, каждая из которых отличается уникальными характеристиками, сферой применения и даже цветом. Основными же видами, которые и используются чаще всего, являются семь:
Сегодня сфера применения кевлара просто огромна: из него изготавливают тросы, детали и кузова транспорта, паруса, лыжи и даже теннисные ракетки. Но всё-таки, самой известной и распространённой областью использования сверхпрочной ткани стало производство защитного обмундирования для военнослужащий, полицейских, пожарных и многих других. Именно бронежилеты из кевлара сегодня считаются самыми надёжными. И пока ни одна из инновационных разработок, призванных превзойти этот материал по прочности, не сумели это сделать в промышленных масштабах. 
Среди менее известных непосредственных достоинств кевлара можно выделить способность выдерживать температуру до 500 градусов. Кроме того, материал может защитить от брызг расплавленного металла, контакта с другими раскаленными поверхностями и даже — пусть и временно — от открытого пламени. Поэтому кевлар давно стал неотъемлемым элементом при изготовлении защитных костюмов для пожарных и металлургов. Высокие же показатели по упругости дали ему возможность использоваться в автомобильной промышленности и спортивной сфере. А гигроскопичность, то есть способность к воздухообмену, и безопасность в плане химического состава позволяет использовать материал для одежды и обуви специального назначения, а также различных ортопедических гаджетов. 
Но, как и у любого материала, кевлар обладает и недостатками. Так, арамидное волокно при длительном нагревании или пребывании под прямыми солнечными лучами теряет свою знаменитую прочность. Правда, это в случает, если его интенсивно эксплуатировать в течение сотен часов подряд. Потеря некоторых своих уникальных свойств может застать кевлар при длительном намокании, поэтому отдельные его модификации специально готовят для таких условий с помощью пропиток необходимыми составами. Впрочем, все эти минусы не способны повлиять на статус кевларовой ткани, который она вот уже много лет носит — одного из самых прочных материалов на планете.
Читайте также: Как вырезать углы тканей
В дополнение к теме: необычной историей появления могут обладать и самые обыкновенные солдатские штаны Хочешь узнать больше о том, что из себя представляет основной элемент защитного обмундирования военного? Тогда читай: Как устроен бронежилет и на что он способен в боевых ситуациях Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми: Источник
Топ-25: самые прочные и твердые материалы, известные науке
Окружающий нас мир таит в себе еще множество загадок, но даже давно известные ученым явления и вещества не перестают удивлять и восторгать. Мы любуемся яркими красками, наслаждаемся вкусами и используем свойства всевозможных веществ, делающих нашу жизнь комфортнее, безопаснее и приятнее. В поисках самых надежных и крепких материалов человек совершил немало восторгающих открытий, и перед вами подборка как раз из 25 таких уникальных соединений! Об этом точно знают если не все, то почти все. Алмазы – это не только одни из самых почитаемых драгоценных камней, но и один из самых твердых минералов на Земле. По шкале Мооса (шкала твёрдости, в которой оценка дается по реакции минерала на царапание) алмаз числится на 10 строчке. Всего в шкале 10 позиций, и 10-ая – последняя и самая твердая степень. Алмазы такие твердые, что поцарапать их можно разве что другими алмазами. 24. Ловчие сети паука вида Caerostris darwini
Фото: pixabay В это сложно поверить, но сеть паука Caerostris darwini (или паук Дарвина) крепче стали и тверже кевлара. Эту паутину признали самым твердым биологическим материалом в мире, хотя сейчас у нее уже появился потенциальный конкурент, но данные еще не подтверждены. Паучье волокно проверили на такие характеристики, как разрушающая деформация, ударная вязкость, предел прочности и модуль Юнга (свойство материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации), и по всем этим показателям паутина проявила себя удивительнейшим образом. Вдобавок ловчая сеть паука Дарвина невероятно легкая. Например, если волокном Caerostris darwini обернуть нашу планету, вес такой длинной нити составит всего 500 граммов. Таких длинных сетей не существует, но теоретические подсчеты просто поражают! Эта синтетическая пена – один из самых легких волокнистых материалов в мире, и она представляет собой сеть углеродных трубочек диаметром всего в несколько микронов. Аэрографит в 75 раз легче пенопласта, но при этом намного прочнее и пластичнее. Его можно сжать до размеров, в 30 раз меньших первоначального вида, без какого-либо вреда для его чрезвычайно эластичной структуры. Благодаря этому свойству аэрографитная пена может выдержать нагрузку, в 40 000 раз превышающую ее собственный вес. 22. Палладиевое металлическое стекло
Фото: pixabay Команда ученых их Калифорнийского технического института и Лаборатории Беркли (California Institute of Technology, Berkeley Lab) разработала новый вид металлического стекла, совместивший в себе практически идеальную комбинацию прочности и пластичности. Причина уникальности нового материала кроется в том, что его химическая структура успешно скрадывает хрупкость существующих стеклообразных материалов и при этом сохраняет высокий порог выносливости, что в итоге значительно увеличивает усталостную прочность этой синтетической структуры. 21. Карбид вольфрама
Фото: pixabay Карбид вольфрама – это невероятно твердый материал, обладающий высокой износостойкостью. В определенных условиях это соединение считается очень хрупким, но под большой нагрузкой оно показывает уникальные пластические свойства, проявляющиеся в виде полос скольжения. Благодаря всем этим качествам карбид вольфрама используется в изготовлении бронебойных наконечников и различного оборудования, включая всевозможные резцы, абразивные диски, свёрла, фрезы, долота для бурения и другие режущие инструменты. 20. Карбид кремния
Фото: Tiia Monto Карбид кремния – один из основных материалов, используемых для производства боевых танков. Это соединение известно своей низкой стоимостью, выдающейся тугоплавкостью и высокой твердостью, и поэтому оно часто используется в изготовлении оборудования или снаряжения, которое должно отражать пули, разрезать или шлифовать другие прочные материалы. Из карбида кремния получаются отличные абразивы, полупроводники и даже вставки в ювелирные украшения, имитирующие алмазы.
Читайте также: Шторы кухня ткань рисунок
19. Кубический нитрид бора
Фото: wikimedia commons Кубический нитрид бора – это сверхтвердый материал, по своей твердости схожий с алмазом, но обладающий и рядом отличительных преимуществ – высокой температурной устойчивости и химической стойкости. Кубический нитрид бора не растворяется в железе и никеле даже под воздействием высоких температур, в то время как алмаз в таких же условиях вступает в химические реакции достаточно быстро. На деле это выгодно для его использования в промышленных шлифовальных инструментах. 18. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ), марка волокон «Дайнима» (Dyneema)
Фото: Justsail Полиэтилен с высоким модулем упругости обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой вязкостью разрушения (низкотемпературная надёжность). Сегодня его считают самым прочным волокнистым веществом в мире. Самое удивительное в этом полиэтилене то, что он легче воды и одновременно может останавливать пули! Тросы и канаты из волокон Дайнима не тонут в воде, не нуждаются в смазке и не меняют свои свойства при намокании, что очень актуально для судостроения. 17. Титановые сплавы
Фото: Alchemist-hp (pse-mendelejew.de) Титановые сплавы невероятно пластичные и демонстрируют удивительную прочность во время растяжения. Вдобавок они обладают высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью, что делает их крайне полезными в таких областях, как авиастроение, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспортное машиностроение. 16. Сплав Liquidmetal
Фото: pixabay Разработанный в 2003 году в Калифорнийском техническом институте (California Institute of Technology), этот материал славится своей силой и прочностью. Название соединения ассоциируется с чем-то хрупким и жидким, но при комнатной температуре оно на самом деле необычайно твердое, износостойкое, не боится коррозии и при нагревании трансформируется, как термопласты. Основными сферами применения пока что являются изготовление часов, клюшек для гольфа и покрытий для мобильных телефонов (Vertu, iPhone). 15. Наноцеллюлоза
Фото: pixabay Наноцеллюлозу выделяют из древесного волокна, и она представляет собой новый вид деревянного материала, который прочнее даже стали! Вдобавок наноцеллюлоза еще и дешевле. Инновация имеет большой потенциал и в будущем может составить серьезную конкуренцию стеклу и углеволокну. Разработчики считают, что этот материал вскоре будет пользоваться большим спросом в производстве армейской брони, супергибких экранов, фильтров, гибких батареек, абсорбирующих аэрогелей и биотоплива. 14. Зубы улиток вида «морское блюдечко»
Фото: pixabay Ранее мы уже рассказали вам о ловчей сети паука Дарвина, которую некогда признали самым прочным биологическим материалом на планете. Однако недавнее исследование показало, что именно зубы морского блюдечка – наиболее прочная из известных науке биологических субстанций. Да-да, эти зубки прочнее паутины Caerostris darwini. И это неудивительно, ведь крошечные морские создания питаются водорослями, растущими на поверхности суровых скал, и чтобы отделить пищу от горной породы, этим зверькам приходится потрудиться. Ученые полагают, что в будущем мы сможем использовать пример волокнистой структуры зубов морских блюдечек в машиностроительной промышленности и начнем строить автомобили, лодки и даже воздушные суда повышенной прочности, вдохновившись примером простых улиток. 13. Мартенситно-стареющая сталь
Фото: pixabay Мартенситно-стареющая сталь – это высокопрочный и высоколегированный сплав, обладающий превосходной пластичностью и вязкостью. Материал широко распространен в ракетостроении и используется для изготовления всевозможных инструментов. 12. Осмий
Фото: Periodictableru / www.periodictable.ru Осмий – невероятно плотный элемент, и благодаря своей твердости и высокой температуре плавления он с трудом поддается механической обработке. Именно поэтому осмий используют там, где долговечность и прочность ценятся больше всего. Сплавы с осмием встречаются в электрических контактах, ракетостроении, военных снарядах, хирургических имплантатах и применяются еще во многих других областях. 11. Кевлар
Фото: wikimedia commons Кевлар – это высокопрочное волокно, которое можно встретить в автомобильных шинах, тормозных колодках, кабелях, протезно-ортопедических изделиях, бронежилетах, тканях защитной одежды, судостроении и в деталях беспилотных летательных аппаратов. Материал стал практически синонимом прочности и представляет собой вид пластика с невероятно высокой прочностью и эластичностью. Предел прочности кевлара в 8 раз выше, чем у стального провода, а плавиться он начинает при температуре в 450℃. 10. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности, марка волокон «Спектра» (Spectra)
Фото: Tomas Castelazo, www.tomascastelazo.com / Wikimedia Commons СВМПЭ – это по сути очень прочный пластик. Спектра, марка СВМПЭ, – это в свою очередь легкое волокно высочайшей износостойкости, в 10 раз превосходящее по этому показателю сталь. Как и кевлар, спектра используется в изготовлении бронежилетов и защитных шлемов. Наряду с СВМПЭ марки дайнимо спектра популярна в судостроении и транспортной промышленности.
Читайте также: Частотная зависимость импеданса тканей позволяет оценить жизнеспособность ткани
Графен – это аллотропная модификация углерода, и его кристаллическая решетка толщиной всего в один атом настолько прочная, что она в 200 раз тверже стали. Графен с виду похож на пищевую пленку, но порвать его – практически непосильная задача. Чтобы пробить графеновый лист насквозь, вам придется воткнуть в него карандаш, на котором должен будет балансировать груз весом с целый школьный автобус. Удачи! 8. Бумага из углеродных нанотрубок
Фото: pixabay Благодаря нанотехнологиям ученым удалось сделать бумагу, которая в 50 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Листы из углеродных нанотрубок в 10 раз легче стали, но удивительнее всего то, что по прочности они превосходят сталь в целых 500 раз! Макроскопические пластины из нанотрубок наиболее перспективны для изготовления электродов суперконденсаторов. 7. Металлическая микрорешетка
Фото: pixabay Перед вами самый легкий в мире металл! Металлическая микрорешетка – это синтетический пористый материал, который в 100 раз легче пенопласта. Но пусть его внешний вид не вводит вас в заблуждение, ведь эти микрорешетки заодно и невероятно прочные, благодаря чему они обладают большим потенциалом для использования во всевозможных инженерных областях. Из них можно изготавливать превосходные амортизаторы и тепловые изоляторы, а удивительная способность этого металла сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать его для накопления энергии. Металлические микрорешетки также активно применяются в производстве различных деталей для летательных аппаратов американской компании Boeing. 6. Углеродные нанотрубки
Фото: User Mstroeck / en.wikipedia Выше мы уже рассказывали про сверхпрочные макроскопические пластины из углеродных нанотрубок. Но что же это за материал такой? По сути это свернутые в трубку графеновые плоскости (9-ый пункт). В результате получается невероятно легкий, упругий и прочный материал широкого спектра применения. 5. Аэрографен
Фото: wikimedia commons Известный также как графеновый аэрогель, этот материал чрезвычайно легкий и прочный одновременно. В новом виде геля жидкая фаза полностью заменена на газообразную, и он отличается сенсационной твердостью, жаропрочностью, низкой плотностью и низкой теплопроводностью. Невероятно, но графеновый аэрогель в 7 раз легче воздуха! Уникальное соединение способно восстанавливать свою изначальную форму даже после 90% сжатия и может впитывать такое количество масла, которое в 900 раз превышает вес используемого для абсорбции аэрографена. Возможно, в будущем этот класс материалов поможет в борьбе с такими экологическими катастрофами, как разливы нефти. 4. Материал без названия, разработка Массачусетского технологического института (MIT)
Фото: pixabay Пока вы читаете эти строки, команда ученых из MIT работает над усовершенствованием свойств графена. Исследователи заявили, что им уже удалось преобразовать двумерную структуру этого материала в трехмерную. Новая графеновая субстанция еще не получила своего названия, но уже известно, что ее плотность в 20 раз меньше, чем у стали, а ее прочность в 10 раз выше аналогичной характеристики стали. Хоть это и всего лишь линейные цепочки атомов углерода, карбин обладает в 2 раза более высоким пределом прочности, чем графен, и он в 3 раза жестче алмаза! 2. Нитрид бора вюрцитной модификации
Фото: pixabay Это недавно открытое природное вещество формируется во время вулканических извержений, и оно на 18% тверже алмазов. Впрочем, алмазы оно превосходит еще по целому ряду других параметров. Вюрцитный нитрид бора – одна из всего 2 натуральных субстанций, обнаруженных на Земле, которая тверже алмаза. Проблема в том, что таких нитридов в природе очень мало, и поэтому их непросто изучать или применять на практике. 1. Лонсдейлит
Фото: pixabay Известный также как алмаз гексагональный, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но в случае данной модификации атомы располагаются несколько иначе. Как и вюрцитный нитрид бора, лонсдейлит – превосходящая по твердости алмаз природная субстанция. Причем этот удивительный минерал тверже алмаза на целых 58%! Подобно нитриду бора вюрцитной модификации, это соединение встречается крайне редко. Иногда лонсдейлит образуется во время столкновения с Землей метеоритов, в состав которых входит графит. Источник
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом
- Правообладателям
- Политика конфиденциальности