Что такое кевлар и кевларовые волокна: описание свойств нити и тканей

Что такое кевлар и кевларовые волокна: описание свойств нити и тканей

Несмотря на то, что кевларовое волокно было изобретено много лет назад до сих пор люди не перестают удивляться его уникальным свойствам. Материал совершил переворот в области тканей, которые разработаны для защиты благодаря своим параметрам и характерным особенностям.

Кевлар: что же все-таки это такое

Ткань из синтетического волокна с кристаллической структурой называется кевлар. Невероятную прочность ткани придает бензольное кольцо, которое лежит в сечении кристалла. По своим характеристикам материя крепче и прочнее металла, при этом она очень тонкая и легкая.Кевларовое волокно

У всех по-разному происходит знакомство с кевларом, что это такое каждый узнает из определенных жизненных ситуаций. Современная молодежь знакома с материалом благодаря игре раст, в которой персонажам предлагается приобрести доспехи и амуницию именно из него. Более старшее поколение ассоциирует волокно с защитной одеждой и спортивным инвентарем.Разновидности кевларового волокна

Вкратце о возникновении

В далеком 1975 году впервые на рынке был представлен и сразу же начал пользоваться огромным спросом, которые с каждым днем только увеличивается, материал под названием кевлар. Получен был этот уникальный полимер в лабораториях всемирно известного концерна Дюпон. Официально его создателем считается химик Стефани Кволек.

В те времена он употреблялся для шин в качестве армирующего материала. Впоследствии он нашел применение для разнообразных композитных материалов, изготовления спортивного оборудования и кабельной продукции. Кевларовая ткань стала употребляться для выпуска средств персональной защиты.Кевларовая нить

Производство кевларовой ткани

Впервые узнав о таком материале, у многих напрашивается вопрос, из чего делать кевлар. Для его получения берется раствор хлористого кальция и метилпирролидон. К нему присоединяются специальные реагенты, выделяющие необычное вещество с качествами жидких кристаллов. Процесс осуществляется при низких температурах.

Снаружи получившийся полимер представляет собой крошку или гель, который подвергается промыванию и просушиванию. Затем он пропускается через фильеры, в результате этого формируются волокна, затем получаются нити. Что такое кевларовые нити, догадаться не сложно.

В нитки скручивают полученные волокна, которые уже образуют готовый продукт. После этого они вторично посылаются в осадительную ванну, промываются и высушиваются.

Обратите внимание! Так как при получении кевлара появляются существенные трудности, заключающиеся в использовании серной кислоты, процесс является сильно затратным. Производство кевларовой защиты для автомобиля

Производство кевларовой защиты для автомобиля

Технические характеристики и свойства

Технические характеристики и свойства кевлара по истине уникальны. Основной особенностью считается высокая механическая прочность. При этом масса и плотность сравнительно низкие.

Кевлар — это материал с уникальной устойчивостью к растяжению и со способностью к самотушению. При этом он не горит и не плавится. Только при температуре выше 430 градусов начинает разлагаться. В результате воздействия высоких температур, не сразу, а по прошествии определенного времени, начинает терять свою прочность.

К органическим растворителям и коррозии имеет устойчивость, отличается высоким модулем упругости. Под воздействием низких температур не только ни ухудшаться, а наоборот становится крепче. Устойчив к порезам и обладает низкой удельной электропроводностью.Водонепроницаемая кевларовая ткань

Сферы внедрения кевлара

Несмотря на широкую распространенность и востребованность, что такое кевлар знают не многие. Хотя это высокопрочное волокно на протяжении многих десятилетий находит самое разнообразное применение.

В основном свое применение кевлар находит в областях, для которых важны следующие характеристики:

• стойкость к износу;
• тепловая стабильность;
• низкая структурная твердость;
• значительная легкость;
• хорошая крепость при низком весе.

Поэтому логично, что из ткани кевлара изготавливаются средства персональной защиты, различная одежда для военнослужащих и спецподразделений.Кевларовая пластина

Авиационная промышленность

О свойствах кевлара, что это за материал не понаслышке знают в авиационной промышленности. Он применяется при производстве ряда беспилотных летательных аппаратов с целью обеспечения защиты.

Сферы внедрения кевлара

Несмотря на широкую распространенность и востребованность, что такое кевлар знают не многие. Хотя это высокопрочное волокно на протяжении многих десятилетий находит самое разнообразное применение.

В основном свое применение кевлар находит в областях, для которых важны следующие характеристики:

• стойкость к износу;
• тепловая стабильность;
• низкая структурная твердость;
• значительная легкость;
• хорошая крепость при низком весе.

Поэтому логично, что из ткани кевлара изготавливаются средства персональной защиты, различная одежда для военнослужащих и спецподразделений.

Кевларовая пластина

Авиационная промышленность

О свойствах кевлара, что это за материал не понаслышке знают в авиационной промышленности. Он применяется при производстве ряда беспилотных летательных аппаратов с целью обеспечения защиты.

Средства индивидуальной бронезащиты

Механические свойства делают кевларовые волокна пригодными для выпуска средств персональной бронезащиты. Из него изготавливаются боевые шлемы, бронежилеты, баллистические маски для защиты лица.

Благодаря кевларовой броне вооруженные силы различных стран создают специальные пуленепробиваемые маски и подшлемники для экипажей бронетанковой техники. Кроме этого именно с помощью кевлара осуществляется бронирование авианосцев класса «Нимиц».

Бронежилеты из кевларового волокна по праву считаются самыми качественными. Такая броня способна обеспечить защиту от скользящих ударов холодного оружия, ослабить попадание пуль, обезопасить от проникновения и распространения осколков. Защита обеспечивается благодаря уникальной легкости, прочности и относительной долговечности используемого материала.

Вам это будет интересно Особенности использования тряпки из микрофибры для уборки

Бронежилет из кевлара

При этом отдавая предпочтение изделиям из кевлара, таким как бронежилеты, следует учитывать то, что полимер наделен некими аспектами. Так как броня получается мягкой, защитить от выстрела в упор или проникающего удара ножом, а также шилом, она не сможет. Для таких целей разрабатываются специальные модели с особыми жесткими панелями. К недостаткам можно отнести еще светочувствительность. При постоянном и длительном воздействии солнечных лучей материал начинает постепенно разрушаться.

Так как кевларовая нить считается дорогостоящим материалом, до сих пор не произошла всеобщая «кевларизация». Оснащать тактильными изделиями из этого материала армию и подразделения могут позволить себе только экономически развитые страны.

Защита на руки

Для защиты рук от повреждений при столкновении с зубами противника, а также для значительного усиления удара используются тактические перчатки со вставками кевларовых пластин. Такие перчатки еще называют своеобразным современным аналогом кастета. У сотрудников специализированных подразделений, а также у экстремалов, любителей активного отдыха и уличных бойцов подобные аксессуары пользуются большим спросом. Такая популярность объясняется прочностью, устойчивостью к влаге и повреждениям, а также теплотой. Руки в таких перчатках будут полностью защищены.

Кевларовая защита на руки

Спортивный инвентарь

Доски из сноуборда, лодки, весла, лыжи и спортивные шлемы из кевлара отличаются легкостью и высокой прочностью. Спортивным товарам, произведенным из этого материала, отдают предпочтения, как любители, так и профессиональные спортсмены.

Именно этот материал помогает минимизировать передачу вибрации, обеспечить выдерживание деформационных нагрузок без повреждений. В результате пластичности материала изделия предохраняются от различных серьезных повреждений, раздробления. Кроме этого он отличается полной безопасностью и надежностью даже под воздействием высоких ударных нагрузок.

Гиря в мягкой оболочке из кевлара

Помимо всего прочего, кевлар используется для обкладки на некоторых велосипедных шинах. Именно он сводит к минимуму вероятность прокалывания. Добавляются слои кевлара на ракетки в настольном теннисе. Это позволяет увеличить отскок и добиться снижения веса. Используется материал для производства безопасной одежды для мотоциклистов. Особенно им заменяются элементы из пластика для защиты плеч и локтей.

Ракетка для настольного тенниса с кевларовым покрытием

Рейтинг лучших бронежилетов наружного типа

Hagor 203 Security

Для изготовления изделия применяется качественная и практичная многослойная ткань. За повышенное удобство в последующей эксплуатации отвечает широкий ассортимент кармашков. Для бронепластин отведены отдельные ниши, что облегчает их замену в случае необходимости. Производитель советует также приобрести фартук и дополнительный ворот, которые гарантируют защиту грудной клетки и шейной области. С внешней стороны чехла можно обнаружить ряд креплений, которые рассчитаны на поликарбонатные пластины. Подобное решение позволит существенно снизить коэффициент импульса при прямом попадании пули. Выпускается в пяти размерах, что позволит подобрать конструкцию, исходя из особенностей телосложения любого человека. Пользуется повышенным спросом среди сотрудников МВД и частных охранных организаций.

Средняя цена – 54400 руб.

бронежилет Hagor 203 Security

Достоинства:

• повышенное удобство в эксплуатации;
• возможность кастомизации;
• простота в уходе;
• превосходные амортизирующие свойства;
• небольшой вес;
• чехол повышенной прочности.

Недостатки:

Джордано Баллистик Неро-Бр4

Эта модель пользуется повышенным спросом во многом благодаря возможности кастомизации. Классическое изделие состоит из спинного и грудного отдела, к которым после можно присоединить элементы, отвечающие за защиту паховой области, шеи и боков. Для изготовления пластин применяется высокопрочный стальной сплав, который имеет антикоррозийное напыление. Для большего удобства в последующей эксплуатации они помещены в специальные чехлы, что облегчит их возможную замену. Вес конструкции – 11 кг. Производителем предусмотрена опция быстрого сброса изделия. Для этого понадобится несколько секунд. Заброневое воздействие пуль исключается за счет наличия демпферной подкладки. Переносить необходимое снаряжение и личные вещи можно посредством кармашков, которых в изобилии. Применяется военными, которые несут службу в пределах города.

Стоимость – 34200 руб.

бронежилет Джордано Баллистик Неро-Бр4

Достоинства:

• отличные амортизирующие свойства;
• повышенный эксплуатационный срок;
• удобство в использовании;
• пластины повышенной прочности;
• простота в последующем уходе.

Недостатки:

Warrior Assault Systems Raptor Releasable

Эта популярная модель относится к категории тактического обмундирования. Прикрывает не только спину и грудную клетку, но и бока человека. Внутри располагаются специальные кармашки, которые после понадобятся для размещения бронепластин из кевлара. При необходимости замен этих ключевых элементов не займет много времени. Конструкция может использоваться на протяжении многих часов за счет наличия прекрасного воздухообмена. Подобного удалось добиться за счет применения сетчатого материала. Отдельного внимания заслуживает система быстрого сброса. Потянув колечко, бронежилет превращается в несколько отдельных элементов. Для восстановления целостности конструкции понадобится 2-3 минуты. Применяется тактическими группами и силовыми структурами.

Стоимость – 23751 руб.

бронежилет Warrior Assault Systems Raptor Releasable

Достоинства:

• круговая защита;
• повышенное удобство в эксплуатации;
• система быстрого сброса;
• возможность кастомизации;
• простота в уходе;
• повышенный эксплуатационный срок.

Недостатки:

Понятие и состав фибробетона

Фибробетон – это мелкозернистый материал, одним из составляющих которого является армирующий наполнитель. В прошлом с расчетом на снижение хрупкости и количества появления трещин, предпринимались меры по повышению прочности бетона. Так, строители добавляли дисперсные волокна и распределяли их равномерно по всей бетонной массе. В результате этих работ характеристики полученного бетона улучшались:

• прочность повышалась до 30%;
• стойкость к физическим нагрузкам возросла;
• трещины образовывались реже.

Различают две группы фибры:

• металлическая – исходным веществом является сталь, которая имеет различную форму и размеры;
• неметаллическая – производится из таких материалов, как стекло, акрил, хлопок, базальт, полиэтилен, карбон, углевод и другие.

Самыми популярными волокнами являются стеклянные и металлические. Однако с каждым днем все большую популярность приобретает полипропиленовая фибра. Что касается материалов из базальта и углерода, то они применяются крайне редко в связи с высокой стоимостью.

Волокна хлопка, вискозы и нейлона предают специфические особенности бетону, армированному фиброй из стали. Структура фибробетона являет собой однородную конструкцию, которая со всех сторон пронизана волокнами из различных материалов. Именно они определяют технические характеристики бетона, создают эффект армирования.

Где применяется кевлар

Так как надобность в прочных кевларовых волокнах возникает в разных областях производства, то их базовая структура была модернизирована под десятки направлений использования. Так появились специализированные марки кевлара, обладающие отдельными выраженными качествами, такими как химическая стойкость, эластичность и пр. Кроме этого постоянно появляются новые усовершенствованные составы. Основными марками считаются К29 и К49.

• Оптоволоконного кабеля.
• Резиновых покрышек.
• Композитов.
• Канатов и шнуров.

Также из кевларовых волокон делают ткань, которая применяется для пошива защитной спецодежды. Несколько слоев кевлара способны остановить пулю, выпущенную из огнестрельного оружия. В связи с этим ткань используется для производства легких современных бронежилетов. Ее тоже применяют для перетяжки защитных касок. Это предотвращает поражение осколками в случае ее раздробления при ударе пули и т.д.

Кевлар используется при производстве композитных материалов. Его волокна в сочетании с застывающими полимерными смолами образовывают прочное и легкое соединение. Изделия из такого композита широко применяются в космической области и авиации. Они обладают ударостойкостью, практически не стираются, выносят большие давящие нагрузки, кроме этого они легкие.

Всего 7 слоев кевлара базовой марки К-29 способны остановить пулю выпущенную из пистолета. Для компенсации негативного воздействия на материал, ткани из него покрываются специальными прозрачными составами. Они препятствуют намоканию волокон, а также не пропускают к ним ультрафиолет. Это существенно увеличивает срок службы кевларовых изделий, а кроме этого позволяет им всегда быть одинаково прочными, несмотря на осадки. Уровень защиты от атмосферного воздействия у разных марок отличается.

Марки кевлара

Наиболее ходовыми марками являются К-29 и К-49. Это волокна, которые применяются для армирования при производстве тормозных колодок, брони, автомобильных шин, рассчитанных на большую нагрузку. Их также используют для изготовления канатов, оплетки оптоволоконного кабеля.

Марка К-100 – это окрашенная производителем пряжа. Она скупается для изготовления тканей, применяемых для пошива спортивной одежды, обмундирования спасателей. Марка К-119 является усовершенствованной версией материала, имеющая лучшую стойкость к эффекту старения. Кроме этого она еще и более упругая.

Марка К-129 изготавливается для армейских нужд. Это усовершенствованная версия К-29, которая позволяет делать броню прочнее. После нее компания начала производить К-APP. Она превосходит базовую версию на 15% по стойкости к разрыву. Наиболее известной стала марка KM2. Из нее и изготавливаются современные бронежилеты.

Правила ухода за кевларовой одеждой

Материал применяется для изготовления специализированной защитной одежды. Из него делают костюмы для военных и спасателей. Отдельные марки кевлара способны нормально переносить нагрев до +500°С. Из такой ткани делают стойкие к порезам перчатки, брюки, свитера и другую одежду, которая внешне очень похожа на обычную. Однако бронированные вещи нуждаются в особенном уходе. В частности необходимо обеспечить правильный режим стирки.

Дело в том, что слабой стороной материала является защитное покрытие, которое препятствует намоканию волокон, и не допускает к нему ультрафиолет. При стирке оно понемногу истирается. Концерном DuPont, которому принадлежат все права на выпуск кевлара, как его изобретателю, выдается гарантия на свою продукцию 10 циклов стирки. То есть, нужно минимизировать частоту стирки, так как после нее характеристика материала будет постепенно снижаться.

Отмечается, что при стирке нужно чтобы кевлар не контактировал с хлором. Это разрушает его защиту. При этом различные кислотные отбеливатели и выводители пятен для него не проблема.

Выстиранные кевларовые вещи необходимо сушить не под прямыми солнечными лучами. При этом на них можно воздействовать теплом, это никак не повредит. Потеря прочности наблюдается только в момент нагрева. При охлаждении она восстанавливается до нормального значения.

Общее устройство и классификация бронежилетов

Для производства современных бронежилетов используются различные высокопрочные материалы. Обычно это синтетические нити (так называемые баллистические ткани), металлы (титан, сталь) или керамика (оксид алюминия, карбид бора или кремния). Если ранее бронежилеты можно было разделить на «мягкие» (противоосколочные) и «жесткие» (для защиты от пуль), то в настоящее время сделать это непросто.

Современные бронежилеты обычно имеют модульное строение, которое позволяет усиливать защиту тех или иных областей с помощью специальных броневых вставок. Легкий бронежилет может не иметь броневых вставок и служить защитой лишь от ножей и пуль короткоствольного оружия. Зато его можно использовать как бронежилет скрытого ношения, который прекрасно подойдет сотрудникам правоохранительных органов, телохранителям, инкассаторам.

Любой бронежилет должен быть удобен и практичен в эксплуатации, его тканевые элементы обладать высокой прочностью, соответствовать своему классу защиты (об этом ниже) и при этом иметь как можно меньший вес.

Можно назвать следующие направления, по которым в настоящее время происходит совершенствование бронежилетов:

1. Производители стали отходить от идеи создания универсального бронежилета, подходящего для любых «случаев жизни». Вместо этого создаются узкоспециализированные средства защиты.
2. Повышение уровня защиты и снижение массы изделия. Это достигается за счет использования более совершенных материалов и улучшения конструкции бронежилетов.
3. Дифференцировка уровня защиты для различных зон.
4. Внедрение в бронежилеты защиты от небаллистических факторов поражения: огня или электрического тока.
5. Тенденция к увеличению площади защиты. В последних моделях бронежилетов обычно присутствует защита плечей, воротниковой зоны и паха. Защита боков является практически обязательной особенностью бронежилетов последних моделей.
6. В конструкцию бронежилетов стараются вносить элементы для размещения оружия, боеприпасов, медикаментов и других нужных солдату вещей – таких как сухпай.

Главным критерием для выбора бронежилета является класс его защиты. Он зависит от того, какую именно пулю или осколок он может выдержать. Однако и здесь не все так просто.  Вот наиболее распространенные виды классификации защиты бронежилетов:

• ГОСТ Р 50744–95/1999. Этот стандарт бронежилетов был принят Госстандартом России в 1999 году.
• ГОСТ Р 50744–95/2014. Российский стандарт, принятый Госстандартом России в 2014 году.
• CEN — общеевропейский стандарт.
• DIN — стандарт защиты бронежилетов немецкой полиции.
• NIJ — стандарт бронежилетов американского Национального института юстиции.

Теперь давайте рассмотрим несколько классов защиты бронежилетов в соответствии с разными стандартами.
ГОСТ Р 50744–95/2014 (Россия):

• 1 класс. Должен защищать от пули пистолета Стечкина (АПС) 9х18 мм со стальным сердечником (Пст). Скорость пули 345 м/с, дистанция 5 метров.
• 2 класс. Пистолет «Вектор» (СР-1), патрон 9х21 мм, свинцовая пуля со скоростью 400 м/с, дистанция 5 метров.
• 3 класс. Бронежилет этого класса должен защитить от пули пистолета Ярыгина 9х19 мм со стальным термоупрочненным сердечником. Скорость пули 455 м/с, дистанция 5 метров.
• 4 класс. Должен обеспечивать защиту от выстрела из АК-74, патрон 5,45х39 мм, пуля со стальным термоупрочненным сердечником, скорость пули 895 м/с, дистанция 10 метров. А также от выстрела из АКМ, патрон 7,62х39 мм, пуля со стальным термоупрочненным сердечником, скорость 720 м/с, дистанция 10 метров.
• 5 класс. Винтовка СВД, патрон 7,62х54 мм, пуля со стальным термоупрочненным сердечником, скорость 830 м/с, дистанция 10 м.
• 6 класс. Бронежилеты этого класса должны выдерживать выстрел винтовки ОСВ-96 или В-94 калибра 12,7 мм. Патрон 12,7х108 мм, пуля со стальным термоупрочненным сердечником. Скорость 830 м/с, дистанция 50 метров.

Классы защиты бронежилетов от Национального института юстиции США (NIJ):

Свойства кевларовой ткани

Основные свойства ткани:

• Прочность. Материал в 5 раз прочнее стали.
• Легкость. Вес 1 метра ткани варьируется от 30 до 60 г.
• Термостойкость. Материал разрушается при температуре свыше 430°С, однако прочность кевлара несколько уменьшается после 150°С. Большим плюсом является то, что он не горюч. Низкие температуры (до –190°С) также не приводят к ухудшению его свойств и даже придают дополнительную прочность. Не страшны кевлару и резкие температурные перепады.
• Стойкость к механическому воздействию, в т. ч. проколам и порезам. Броня из 7 слоев материала обеспечивает надежную защиту от пуль и осколков.
• Способность к воздухообмену. Ткань хорошо пропускает воздух, поэтому одежда из нее комфортна в использовании.
• Низкая удельная электропроводность.
• Безопасность и нетоксичность.
• Устойчивость к коррозии и воздействию органических растворителей.

Материал имеет слабые стороны. Он боится ультрафиолета, прямых солнечных лучей и влаги, которые делают кевларовые нити менее прочными и нарушают структуру полотна.

Многочисленные стирки, особенно с использованием отбеливателей и агрессивных химических средств, также отрицательно сказываются на характеристиках материала. Его прочность теряется при скручивании.

Свести к минимуму разрушение ткани под воздействием неблагоприятных факторов помогает дополнительная обработка, создающая водостойкое светонепроницаемое защитное покрытие. Еще одно слабое место материала – потеря прочности при истирании. Для снижения себестоимости и компенсации недостатков в ткань из кевлара добавляют стекло- или углеродное волокно.