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.
Читайте также: Мебельная ткань прометей шеврон
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. 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
Понятие текстильных волокон и их классификация
При производстве швейных изделий используют самые разнообразные материалы. К ним относятся: ткани, трикотаж, нетканые материалы, натуральная и искусственная кожа, пленочные и комплексные материалы, натуральный и искусственный меха, а также швейные нитки, клеевые материалы, фурнитура. Знание строения этих материалов, умение определять их свойства, разбираться в ассортименте и оценивать качество являются необходимыми условиями для разработки и производства высококачественной одежды, для правильного выбора методов обработки и установления режимов обработки материалов в процессе производства швейных изделий. Наибольший объем в швейном производстве составляют изделия, выполненные из текстильных материалов. Текстильные материалы, или текстиль, материалы и изделия, выработанные из волокон и нитей. К ним относятся ткани, трикотаж, нетканые полотна, швейные нитки и др.
Текстильное волокно представляет собой протяженное тело, гибкое и прочное, с малыми поперечными размерами, ограниченной длины, пригодное для изготовления пряжи и текстильных материалов.
Текстильная нить имеет ту же характеристику, что и текстильное волокно, но отличается от него значительно большей длиной. Нить может быть получена путем прядения волокон, и тогда она называется пряжей. Шелковую нить получают, разматывая кокон тутового шелкопряда. Химические нити формуют из полимера.
Классификация волокон текстиля
В зависимости от происхождения текстильные волокна делят на: Данная классификация представлена (рисунок 1).
К натуральным относятся волокна, создаваемые самой природой, без участия человека.
Они могут быть растительного, животного или минерального происхождения. Натуральные волокна растительного происхождения получают с поверхности семян (хлопок), из стеблей (лен, пенька и др.), из листьев (сизаль и др.), из оболочек плодов (койр). Натуральные волокна животного происхождения представлены волокнами шерсти различных животных и коконным шелком тутового и дубового шелкопряда. Химические волокна подразделяют на:
Искусственные волокна получают путем химической переработки природных полимеров растительного и животного происхождения, из отходов целлюлозного производства и пищевой промышленности. Сырьем для них служат древесина, семена, молоко и т.п.
Наибольшее применение в швейной промышленности имеют текстильные материалы на основе искусственных целлюлозных волокон, таких как вискозное, триацетатное, ацетатное. Рисунок 1 – Классификация текстильных волокон
Синтетические волокна получают путем химического синтеза полимеров, то есть создания имеющих сложную молекулярную структуру веществ, из более простых, чаще всего из продуктов переработки нефти и каменного угля. К ним относят: полиамидные, полиэфирные, полиуретановые волокна, а также полиакрилонитрильные (ПАН), поливинилхлоридные (ПВХ), поливинилспиртовые.Натуральные волокна растительного происхожденияК волокнам растительного происхождения относят семенные и лубяные (рисунок 2). Рисунок 2 – Классификация натуральных волокон растительного происхождения
К семенным волокнам относят хлопок. Хлопком называют волокна, покрывающие семена однолетнего растения хлопчатника. Хлопчатник – растение теплолюбивое, потребляющее большое количество влаги. Произрастает в жарких районах. В зависимости от длины волокна он бывает:
- Коротковолокнистый длина волокна до 27 мм.
- Средневолокнистый хлопчатник созревает через 130-140 дней с момента посева, дает волокно длиной 25-35 мм.
- Длинноволокнистый хлопчатник имеет более длинный период созревания, меньшую урожайность, но дает более длинное (35-45 мм), тонкое в прочное волокно, которое применяется для выработки высококачественной пряжи.
В зависимости от зрелости волокна хлопка также делятся на эталоны зрелости (рисунок 3).
Читайте также: Реглан что за ткань
Рисунок 3 – Эталоны зрелости волокон хлопка
- презрелое волокно
- зрелое волокно
- незрелые тонкостенные волокна
Перезрелые волокна имеют толстые стенки, повышенную прочность, но при этом значительно увеличивается их жесткость. Эти волокна также не пригодны для текстильной переработки (рисунок 3-а).
Зрелое волокно хлопка содержит более 95 % целлюлозы, остальное представляет собой сопутствующие вещества (рисунок 3-б).
Незрелые тонкостенные волокна обладают малой прочностью, низкой эластичностью и плохо окрашиваются. Они не пригодны для текстильного производства (рисунок 3-в).
Степень зрелости волокон хлопка влияет на их прочность и удлинение. Доля пластической деформации в полном удлинении зрелого волокна хлопка составляет 50 %, поэтому хлопчатобумажные ткани сильно сминаются. К лубяным волокнам относят:
Волокна льна относятся к так называемым лубяным волокнам, т. е. волокнам, получаемым из стеблей растений. Волокна льна являются наиболее ценными из всех лубяных благодаря высокой прочности, гибкости и хорошим сорбционным свойствам.
- Натуральные волокна животного происхождения
Основным веществом, составляющим натуральные волокна животного происхождения (шерсти и шелка), являются синтезируемые в природе животные белки – кератин и фиброин. Шерстью принято называть волокна волосяного покрова различных животных: овец, коз, верблюдов и др. Шерсть, снятая с овцы, называется руном. Овечья натуральная шерсть составляет более 95 % общего количества шерсти. Остальное приходится на долю верблюжьей и козьей шерсти, козьего пуха и др.
Рисунок 4 – Характеристика натуральных волокон животного происхождения
Химические волокна
Химические волокна получают путем химической переработки природных или синтетических высокомолекулярных соединений. Химические волокна получаются в результате прядения (рисунок 5). При мокром способе прядения фильеру помещают в коагуляционную (осадительную) ванну.
Струйки прядильного раствора из фильеры попадают непосредственно в осадительную ванну. Поверхностные слои полимера коагулируют быстрее, образуя твердую оболочку. Внутренние слои коагулируют постепенно: по мере диффузии коагулянта через оболочку затвердевших слоев. Из ванны образующиеся нити подают на приемные вытяжные механизмы еще в пластическом состоянии.
Рисунок 5 – Формование нитей из раствора
- фильтр
- фильера
- нити
- обдувочная шахта
- замасливающий ролик
- приемная бобина
- приемная бобина;
- коагуляционная ванна;
- нити;
- фильера;
- фильтр
Сухой способ прядения отличается от мокрого тем, что прядильный раствор из фильеры попадает в термокамеру; нити затвердевают при высокой температуре на воздухе вследствие испарения растворителя.
Искусственные волокна
К искусственным относят волокна из целлюлозы и ее производных. Это вискозное, триацетатное, ацетатное волокна и их модификации (рисунок 6).
Рисунок 6 – Характеристика искусственных волокон
Вискозное волокно вырабатывается из целлюлозы, полученной из древесины ели, пихты, сосны. Различают обычное вискозное волокно и его модификации. Обычные вискозные волокна обладают рядом положительных свойств:
- мягкостью,
- растяжимостью,
- устойчивостью к истиранию,
- хорошей гигроскопичностью,
- светостойкостью.
Среди модификаций следует отметить следующие: высокопрочное вискозное волокно, вискозное высокомолекулярное волокно и полинозное волокно. Высокопрочное вискозное волокно обладает наиболее равномерной структурой, что обеспечивает его прочность, устойчивость к истиранию и многократным изгибам.
Высокопрочное волокно сиблон придает тканям шелковистость, формоустойчивость, уменьшает их усадку, сминаемость. Вискозное высокомолекулярное волокно является полноценным заменителем средневолокнистого хлопка. Это волокно более прочное, упругое и износостойкое, чем обычное вискозное волокно.
Полинозное волокно – модифицированное вискозное волокно, являющееся полноценным заменителем тонковолокнистого хлопка при производстве сорочечных, бельевых, плащевых тканей, тонких трикотажных полотен и швейных ниток.
При стирке необходимо учитывать, что в мокром состоянии вискозные волокна теряют около 50 – 60 % прочности.
Вискозные ткани могут напоминать шелк, шерсть в зависимости от обработки волокон. Для вискозных тканей также характерен единый процесс производства, состоящий из нескольких стадий (рисунок 7).
Рисунок 7 – Технология производства вискозных тканей
Триацетатные и ацетатные волокна
Данные волокна называются ацетилцеллюлозными. Они вырабатываются из хлопковой целлюлозы. Под микроскопом поперечный срез ацетилцеллюлозных волокон менее изрезанный, чем вискозных, поэтому в продольном направлении они имеют меньше штрихов.
Ацетилцеллюлозные волокна обычно тоньше, мягче, легче вискозных и имеют больший блеск. По гигроскопичности, прочности, износостойкости ацетилцеллюлозные волокна уступают вискозным. В мокром состоянии волокна дают трудноустранимые замины, поэтому изделия из них при стирке не рекомендуется кипятить и выкручивать.
Метод производства ацетатного волокна основан на использовании уксуснокислых эфиров целлюлозы – ацетилцеллюлоз, растворимых в ряде органических растворителей. При горении ацетатного волокна на его конце образуется оплавленный бурый шарик и ощущается характерный запах уксуса. Гигроскопичность триацетатных волокон в 2,5 раза ниже, чем ацетатных. Ацетатные волокна имеют малые сминаемость и усадку, способность сохранять в изделиях эффекты гофре, плиссе после мокрых обработок.
Читайте также: Шторы из сатиновой ткани
Общие недостатки:
- высокая электризуемость,
- низкая устойчивость к истиранию,
- склонность к образованию заломов в мокром состоянии.
Синтетические волокна
Преимущество синтетических тканей – дешевый способ производства, прочность, малая сминаемость. Отрицательными свойствами являются малая гигроскопичность, воздухопроницаемость и элекризуемость. Синтетически волокна подразделяются на несколько видов (рисунок 8).
Рисунок 8 – Характеристика синтетических волокон
Полиамидные волокна
Волокно капрон, применяющееся наиболее широко, получают из продуктов переработки каменного угля и нефти. Легкость, упругость, исключительно высокие прочность и износостойкость полиамидных волокон способствуют их широкому применению. Полиамидные волокна не разрушаются микроорганизмами и плесенью, не растворяются органическими растворителями, стойки к действию щелочей любой концентрации.
- Шелон – структурно-модифицированное полиамидное легкое волокно, используемое при выработке шелковых блузочных и платьевых тканей.
- Мегалон – модифицированное полиамидное волокно, близкое по гигроскопичности к хлопку, но превосходящее его по прочности и износостойкости в три раза.
- Трилобал – профилированные полиамидные нити, имитирующие натуральный шелк.
Полиэфирные волокна
В общемировом производстве синтетических волокон полиэфирные волокна занимают первое место. Среди полиэфирных волокон хорошо известен лавсан. Исходным сырьем для получения лавсана служат продукты переработки нефти. Характерными свойствами лавсана являются легкость, упругость, прочность, морозостойкость, стойкость к гниению и плесени, устойчивость к действию моли.
Лавсан устойчив к стирке и химической чистке. Гигроскопичность лавсана в 10 раз ниже, чем капрона, поэтому в текстильном производстве штапельный лавсан применяют для смешивания с вискозными и натуральными волокнами. В чистом виде лавсан используется для изготовления швейных ниток, кружев.
Полиуретановые волокна
Полиуретан используют для формования нитей спандекс (ликры). Волокна спандекс относятся к эластомерам, так как обладают исключительно высокой эластичностью. Применяются нити спандекс для изготовления эластичных лент, тканей и трикотажных спортивных, корсетных и медицинских изделий. Нити спандекса обладают легкостью, мягкостью, хемостойкостью, устойчивостью к действию нота и плесени, хорошо окрашиваются, придают изделиям упругость, эластичность, формоустойчивость и несминаемость.
К их недостаткам относятся:
- низкая гигроскопичность
- небольшая теплостойкость,
- невысокая прочность
- маленькая светостойкость.
Полиакрилонитрильные (ПАН) волокна
Исходным сырьем для изготовления нитрона служат продукты переработки каменного угля, нефти, газа. Нитрон – наиболее мягкое, шелковистое и теплое синтетическое волокно. По теплозащитным свойствам превосходит шерсть, но по стойкости к истиранию уступает даже хлопку. Прочность нитрона вдвое ниже прочности капрона, гигроскопичность очень низкая.
Поливинилхлоридные (ПВХ) волокна
Исходным сырьем для получения ПВХ волокон служат этилен и ацетилен. Выпускаются суровые и окрашенные в массе поливинилхлоридные волокна. Различают высокоусадочные волокна шерстяного хлопкового типа и малоусадочные. Высокоусадочные волокна в два раза прочнее малоусадочных. Волокна негигроскопичны, не набухают в воде, но имеют высокую паропроницаемость.
ПВХ волокна морозостойки, стойки к действию микроорганизмов и плесени, щелочей, спирта и бензина. При сушке в токе горячего воздуха волокна дают необратимую тепловую усадку. Рекомендуется стирка изделий в теплых растворах моющих средств без кипячения обработка на паровоздушном манекене прессе и утюгом не допускается. Хлорин не горит. При внесении в пламя волокно сжимается, ощущается запах хлора. Добавление хлорина снижает горючесть текстильных материалов.
Поливинилспиртовые волокна
Эти волокна вырабатываются из поливинилового спирта. Одно из волокон этой группы – винол. Винол – наиболее дешевое и гигроскопичное синтетическое волокно. По гигроскопичности винол приближается к хлопку, а по стойкости к истиранию в два раза его превосходит. Винол стоек к действию мыльно-содовых растворов, но в мокром состоянии теряет прочность на 15 – 25 %. При производстве синтетических тканей необходимо так же соблюдать определенную последовательность операций (рисунок 9).
Полиолефиновые волокна
Это самые легкие синтетические волокна, объемная масса их меньше единицы. Они не гигроскопичны, обладают высокой прочностью, биостойскостью, высоким коэффициентом трения.
Рисунок 9 – Технология производства синтетических тканей
- 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