обзор свойств и сферы применения

Время чтения:

4 минуты

 

 

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.

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

Обычный диаметр волокон 1 мкм, непрозрачные.

  1. Основной характеристикой материала является его высокая механическая прочность. Плотность и, соответственно, масса достаточно низкие.
  2. Кевлар обладает устойчивостью к растяжению.
  3. 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.
  4. Имеет устойчивость к органическим растворителям.
  5. Обладает высоким модулем упругости.
  6. Устойчив к коррозии.
  7. Под воздействием очень низких температур (криогенных) не только не портится, но и становится ещё прочнее.
  8. Обладает низкой удельной электропроводностью.
  9. 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.

Кевларовые ткани имеют и минусы:

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

Защитная одежда

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, неэлектропроводностью, 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.




 
 

© 2019 textiletrend.ru

textiletrend.ru

Кевлар — что такое за ткань

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.

К29

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

К49

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

К2100

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

К119

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

КМ2 и КМ2+

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.

xtkani.ru

Высокая Жесткость Кевларовые Пластины Для Военной Техники Цели

 

Описание продукта для кевларовой пластины

Longpeng Steel является мировым поставщиком в качестве добавленной стоимости, высокопрочной стальной пластины и стального листа. Мы предлагаем товары в тесное сотрудничество со своими клиентами, чтобы достичь более сильный, более легкий и более устойчивый мир.

 

Технические характеристики для нашей кевларовой пластины

1) ведущий поставщик пуленепробиваемых стальных пластин и баллистических стальных листов в Китае

2) отличное качество по умеренной цене

3) Верхний уровень защиты B7 согласно En1063

4) крупнейший склад кевларовой плиты в северной части Китая

5) Военная и гражданская цель

6) Лазерная резка по требованиям клиентов

 

 

Применение для нашей кевларовой пластины

Наш кевларовый лист может быть использован во многих областях,

Пуленепробиваемая модификация автомобиля пуленепробиваемая дверь,Чехол-броня Наличных денег Перевозчик, Полицейские машины, самолеты и некоторые гражданские цели

 

 

Сила Protction для плиты кевлара

 

Класс Thkmm Пуля и оружие Скорость м/с Расстояние м Стандарт
FD2 2,5-3,0 Пистолет и Магнум 79 Тип-микро пулемет 7,62×25 HC 440 500 5 N. I. J.0108.01 IIA, II, IIIA
FD2 4,0 56 Тип пистолет-пулемет AK47 7,62×39 720 10 CN: C
FD2 5,5 M16 5,56×45 (SS109) НАТО 7,62×51 950 840 10 EN1063 B6
FD2 6,5 M16 5,56×45 (SS109) НАТО 7,62×51 950 840 10 EN1063 B6 NIJ 0108,01 III
FD2 8,0 Винтовка 5,8×45 940 10  
FD3 8,2 M16 5,56×45 (M193) 980 10 STANAG 4569 I
FD3 10,0 M16 5,56×45 (M193) 980 10 STANAG 4569 I
FD3 12,5 7,62×39 API 720 30 STANAG 4569 II
FD3 14,5 7,62×51 HC1 API 7,62×39 API 850 10 EN1063 B7

 

Отчет о тестировании кевларовой пластины

 

ISO Сертификация для кевларовой пластины 

 

 

 

Мы являемся вашей специализированной кевларовой пластиной в Китае, из-за специального класса, для более подробной информации, plesae conntact с нами!

 

russian.alibaba.com

Кевлар проверили на прочность | Warspot.ru

Ведущий YouTube-канала Demolition Ranch испытал прочность кевларовой ткани, обстреляв её из оружия различных калибров. Неизвестно, какой именно тип ткани использовался для тестирования – вероятнее всего, испытаниям подверглась арамидная ткань с амортизирующим слоем, которая применяется для производства противоосколочных покрывал и защитных элементов экипировки.

Сначала один слой ткани был испытан выстрелом из малокалиберного пистолета (патрон .22 LR). Этого оказалось недостаточно, чтобы остановить пулю (как и двух слоёв, которые задержали её, но сильно растянулись при попадании). Четыре слоя ткани удержали пулю калибра .22 LR, но оказались недостаточными для защиты от пули калибра 9 мм.

На следующем этапе тестирования использовались четыре слоя арамидной ткани и керамическая тарелка. Такая комбинация позволила задержать пулю мощного пистолетного патрона .44 Magnum. Дальнейшие испытания включали в себя использование мягкого пакета (комбинация арамидной ткани и сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности), надетого на арбуз. Выстрелы из пистолета патронами .44 Magnum и .50AE не пробили такую защиту, но из-за сильного заброневого действия пуль арбузы раскололись на части.

Заключительным этапом эксперимента стал выстрел в 52 слоя арамидной ткани из винтовки калибра .50 BMG. Как и следовало ожидать, сверхмощная крупнокалиберная пуля пробила кевлар, деревянный столб и ушла глубоко в землю.

Стоит отметить, что при производстве бронежилетов листы кевлара или других материалов плотно сшиваются, обеспечивая баллистическую защиту от пуль и осколков, поэтому к данному видео не стоит относиться как к полноценному тестированию.

Кевлар – торговая марка, ставшая именем нарицательным. Под этим названием чаще всего подразумевается синтетическая ткань из арамидных волокон, предел прочности которой в пять раз выше, чем у стали. Арамидные волокна впервые были получены исследовательской группой компании DuPont под руководством Стефани Кволек в 1964 году. В 70-е годы началось коммерческое производство этого материала. Кевлар используется в качестве армирующего элемента в автомобильных покрышках, но мировую славу ему принесло применение при производстве бронежилетов, шлемов и других средств индивидуальной защиты. Зачастую в бронежилетах используется комбинация различных арамидных тканей и полиэтилена высокой плотности, что обеспечивает высокий уровень баллистической защиты и снижает вероятность получения запреградных травм.

warspot.ru

Как изобрели кевлар: материал, прочнее стали

Нам кажется, что они были всегда. Торговые марки, связанные с этими предметами, во многих случаях стали настолько привычными, что превратились в нарицательные имена. Эти вещи столь прочно и естественно вписались в окружающий нас мир, что мы склонны забывать об истории их возникновения. «Популярная механика» решила восполнить этот пробел.

В детстве Стефани Кволек хотела стать модельером: она самостоятельно придумывала выкройки, а когда матери не было дома, пробиралась к швейной машинке, чтобы сшить кукле очередное платье. Но в 1946 году, окончив Технологический институт Карнеги (ныне Университет Карнеги-Меллон) по специальности «химия», она мечтала о медицине. Чтобы заработать денег на обучение, Стефани временно поступила на работу в один из ведущих химических концернов, Dupont, широко известный благодаря изобретению нейлона. Атмосфера в исследовательских лабораториях Dupont напоминала университет, да и химия была не менее интересна, чем медицина, и Стефани решила остаться.

В 1964 году в Dupont пытались разработать прочные, но легкие полимерные нити, которые могли бы заменить тяжелый стальной корд в автомобильных шинах (в целях экономии топлива). Группа Стефани Кволек работала с полиарамидами, молекулы которых имеют стержнеобразную форму. Полимерные волокна обычно изготавливаются путем прядения при выдавливании расплава через тонкие отверстия — фильеры. Однако полиарамид плавится с трудом, и поэтому было решено использовать прядение из раствора. Наконец Стефани удалось подобрать растворитель, но раствор был мутно-опалесцирующим и по своему виду напоминал самогон (вместо того чтобы быть прозрачным и густым, как патока). Инженер-прядильщик категорически отказался заливать подобную гадость в машину из-за риска засорить тонкие фильеры. Стефани с большим трудом уговорила его попробовать вытянуть нить из такого раствора. К всеобщему удивлению, нить прекрасно вытягивалась и была исключительно прочной. Полученную пряжу отправили на тестирование. Когда Стефани Кволек увидела полученные результаты, первой ее мыслью было, что прибор сломался — столь высокими были цифры. Однако повторные измерения подтвердили феноменальные свойства материала: он в несколько раз превосходил сталь по прочности на разрыв.

В 1975 году новый материал, Kevlar, был выпущен на рынок. Сейчас он применяется практически везде: из него делают тросы, кузова автомобилей и катеров, паруса, фюзеляжи самолетов и детали космических кораблей, лыжи и теннисные ракетки. Но тем, что из кевлара делают пуленепробиваемые жилеты для полиции и костюмы пожарных, Стефани Кволек гордится особенно: это (как и другие) применение кевлара помогло спасти миллионы жизней.

Статья «Спаситель жизней» опубликована в журнале «Популярная механика»
(№8, Август 2005).

www.popmech.ru

Что такое кевлар и как он останавливает пулю?

Многие слышали название «кевлар». Из него шьют бронежилеты, делают каски. Немало людей наделяют его почти сверхъестественными способностями, считая уникальным материалом, защищающим от пуль. Разумеется, мы не могли обойти его вниманием и попробовали разобраться что же это такое.

Что про кевлар говорит Википедия:

Кевлар (англ. Kevlar) — торговая марка пара-арамидного (полипарафенилен-терефталамид) волокна, выпускаемого фирмой DuPont. Кевлар обладает высокой прочностью (в пять раз прочнее стали, предел прочности σ0= 3620 МПа). Впервые кевлар был получен группой Стефани Кволек в 1964, технология производства разработана в 1965 году, с начала 1970-х годов начато коммерческое производство.

В настоящее время арамидные волокна производятся по всему миру под разными торговыми марками. Но, наподобие того, как по всему миру копировальные аппараты называют по названию их фирмы-создателя Xerox, так же арамидные материалы в быту называют словом Kevlar.

Что же особенного в арамидном волокне?

Арамидное волокно характеризуется высокой удельной прочностью при растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам. Кроме того, волокно и его разновидности является огнеупорным.

Изначально кевлар применялся для армирования автомобильных шин, но из-за его лёгкости композитные материалы на его основе, стали использовать в авиации и космической промышленности. Кроме того, из кевлара изготавливаются сверхпрочные тросы.

Фактически, именно его сопротивляемость удару при низкой плотности и сделали его отличным материалом для производства бронезащиты.

Несмотря на все свои достоинства арамидное волокно всё же имеет и недостатки. К ним относятся: старение, «водобоязнь» и цена. При намокании арамидное волокно теряет в прочности почти в два раза. При высыхании кевлар восстанавливает свои качества, но с течением времени механическая прочность пропадает безвозвратно. Впрочем, процесс этот идёт не слишком быстро — большинство производителей дают гарантию на 5 лет. А специальная обработка решает проблему с намоканием.

Кроме того, арамидное волокно с трудом поддаётся окрашиванию, поэтому практически всегда изделия из него имеют жёлтый цвет.

Помимо арамидных волокон, в современных бронежилетах также часто используют полиэтилен высокой плотности (ПВП). По сути – тот же материал, из которого шьют мешки и сумки-баулы. Несколько десятков тончайших листов ПВП способны остановить пистолетную пулю.

Пуля, застрявшая в полиэтиленовой броне

Но кевлар, ПВП и прочие материалы, мало что могут противопоставить мощным винтовочным патронам. Поэтому они используются для легкой защиты, или же как дополнения в бронежилетах с металлическими бронепластинами.

Больше про типы материалов, из которых делают бронежилеты, можно узнать из видео от канала Discovery:

Вконтакте

Facebook

Twitter

LiveJournal

LinkedIn

gunportal.com.ua

кевлар

Кевла́р
(англ.
Kevlar) — торговая марка пара-арамидного
(полипарафенилен-терефталамид) волокна,
выпускаемого фирмой DuPont. Кевлар обладает
высокой прочностью (в пять раз прочнее
стали, предел прочности σ0=
3620 МПа).
Впервые кевлар был получен группой
Стефани Кволек в 1964, технология
производства разработана в 1965 году, с
начала 1970-x годов начато коммерческое
производство.

Непрерывное
волокно: Арамидные волокна

Арамидные
волокна относятся к классу ароматических
полиамидных волокон. Они представляют
собой химические волокна, полученные
на основе линейных волокнообразующих
полиамидов, в которых не менее 85 % амидных
групп непосредственно связано с двумя
ароматическими кольцами. Такие волокна
отличаются высокими значениями прочности,
модуля упругости, теплостойкости и
химстойкости. Впервые они стали известны
под маркой «кевлар».

Получение
и производство

Арамидные
волокнообразующие полимеры получают
методом поликонденсации в растворе при
низкой температуре (5… 10 °C).
Полимер
получают добавлением к раствору реагентов
при интенсивном перемешивании. Полимер
выделяется из исходного раствора в виде
геля или крошки, затем он промывается
и высушивается.

Полученный
полимер растворяется в одной из сильных
кислот, например, в концентрированной
серной кислоте. Из раствора полимера
методом экструзии через фильеры формуются
волокна и нити. Температура формования
50 … 100 °C.
Экструдированные
волокна проходят небольшую воздушную
прослойку (5-20 мм) и попадают в осадительную
ванну с холодной водой (менее 4 °C).
Волокно
промывается, собирается на приемном
устройстве и высушивается. На выходе
из осадительной ванны волокно может
подвергаться дополнительной обработке
(вытягивание, термообработка) для
повышения его механических характеристик.
Свойства волокон могут зависить от
состава исходного сырья, свойств
использованных растворителей, условий
технологического процесса получения
волокон и условий термообработки
сформованных нитей.

Волокно
кевлар представляет собой кристаллизующийся
полимер. Химическая структура волокна
отличается высокой степенью
ориентированности и жесткости. Эти
характеристики, в частности, обусловлены
наличием в структуре большого количества
ароматических (бензольных) колец. По
своей структуре волокно кевлар может
быть отнесено к сетчатым полимерам.

Жесткие
полимерные цепи находятся в распрямленном
состоянии и образуют очень плотную
упаковку в объеме волокна, что определяет
высокие механические свойства волокна
типа кевлар. Кристаллическая природа
полимера обеспечивает высокую термическую
стабильность волокон, а наличие
ароматических колец в структуре
макромолекулы обусловливает химическую
стабиль-ность волокон. Благодаря жесткой
сетчатой структуре макромолекул
арамидные волокна при нагревании не
испытывают никаких фазовых превращений
вплоть до температуры термического
разложения.

Волокна
кевлар производятся в виде технических
нитей с различной линейной плотностью
и структурой. Число элементарных волокон
в типичных нитях может меняться от 130
до 1000 при изготовлении тканей и от 500 до
10000 при изготовлении канатов и корда.
Кевлар выпускается также в виде пряжи,
ровинга и тканей. Волокна непрозрачны,
обычный диаметр около 11 мкм.

Свойства
арамидных волокон

Арамидные
нити среди всех органических волокон
имеют наиболее высокие эксплуатационные
характеристики. Они отличаются
устойчивостью к воздействию пламени,
высоких температур, органических
растворителей, нефтепродуктов и т. п.
Арамидные волокна менее хрупки по
сравнению с углеродными и стеклянными
волокнами и пригодны для переработки
на обычном оборудовании текстильных
производств.

Арамидные
волокна отличаются наиболее высокими
значениями прочности и модуля упругости
среди органических волокон.

Повышение
температуры приводит к снижению прочности
арамидных волокон от 3,5 ГПа до 2,7 ГПа.
Волокна практически не проявляют
ползучести под нагрузкой. Во всем
интервале нагрузок вплоть до разрушения
зависимость напряжений от деформаций
является линейной. На свойства арамидных
волокон заметное влияние оказывает
скручивание нитей: при повышении степени
кручения модуль упругости и прочность
волокон заметно снижаются. Полагают,
что этот эффект связан с поверхностным
повреждением волокон при скручивании.
Это предположение подтверждается
результатами испытаний волокон на
усталость, которые показывают, что
волокна могут выдерживать большое число
циклов нагружения, если они не испытывают
поверхностного трения. При наличии
такого трения долговечность волокон
очень невысока.

Влияние
различных факторов на механические
свойства КМ, армированных арамидными
волокнами

Влияние
связующего на механические свойства
композита определяется в основном двумя
параметрами: адгезией и модулем упругости.
Эти два фактора влияют на тип разрушения
КМ и, в конечном счете, определяют уровень
прочностных свойств композита.
Низкомодульные связующие обычно не
способны обеспечить перераспределение
нагрузки между армирующими волокнами
во всем объеме композита. При этом
отдельные волокна деформируются
независимо друг от друга. Разрушение
(разрыв) одного волокна в таких случаях
может привести к значительному
перераспределению нагрузки в его
окрестности и перенапряжению соседних
волокон. Как следствие, в таких случаях
часто наблюдается лавинообразный
процесс разрушения материала. Средняя
прочность волокна в композите оказывается
низкой.

Если
же выбранное сочетание адгезии и модуля
упругости обеспечивает приблизительно
равномерное распределение нагрузок
между всеми волокнами материала, то
средняя (эффективная) прочность композита
будет иметь более высокое значение.
Обычно на практике удается реализовать
некоторое среднее значение потенциальной
прочности материала.

С
увеличением объемного содержания
волокна прочность материала обычно
сначала увеличивается, а при достижении
некоторого уровня наполнения
стабилизируется или даже снижается.

Повышение
температуры приводит к некоторому
снижению прочности микропластиков из
арамидных волокон. Понижение температуры
на прочностные свойства практически
не влияет.

Зависимость
напряжений от деформаций композитов
на основе арамидных волокон близка к
линейной. Выдерживание образцов
изготовленных из однонаправленного
композита на основе арамидных волокон
под постоянной нагрузкой в течение
длительного времени сопровождается
увеличением их деформации — ползучестью.
С увеличением уровня нагрузки деформация,
обусловленная ползучестью, растет,
причем, при продолжительном нагружении
зависимость деформации от времени
становится линейной для широкого
интервала начальных нагрузок.

Жесткость
и прочность композиционных волокнистых
материалов (КВМ) на основе арамидных
волокон при поперечном по отношении к
направлению армирования нагружении
значительно меньше, чем при нагружении
в направлении армирования. Имеются
разные данные о характеристиках композита
при таком виде нагружении, которые
зависят от метода испытаний, но все они
показывают, что нагружение в поперечном
направлении является невыгодным с точки
зрения использования потенциальных
прочностных качеств материала.

Проблема
повышения характеристик материала при
поперечном нагружении обычно решается
путем дополнительного включения в
композит армирующих волокон других
видов, например, углеродных или стеклянных.
Выбор углеродных волокон связан с тем,
что их температурные характеристики
(коэффициент температурного расширения)
сходны с характеристиками арамидных
волокон. Такие композиты принято называть
«гибридными».
Кевлар-углеродные
композиты отличаются меньшей стоимостью
и меньшей хрупкостью по сравнению с
углеродными, что делает их достаточно
привлекательными, несмотря на некоторое
снижение прочности по сравнению с
углеродными материалами.

Еще
один способ повышения эксплуатационных
свойств однонаправленных композитов
— добавление к основному армирующему
материалу небольшой объемной доли
коротко нарезанных волокон (штапеля).
Такие волокна ориентированы в материале
менее однородно по сравнению с длинными
волокнами и обеспечивают дополнительное
перераспределение нагрузок в объеме
материала помимо связующего. Предел
прочности и модуль упругости таких
материалов обычно ниже, чем у
однонаправленных, но работа, которую
необходимо затратить на их разрушение
значительно выше (примерно в полтора
раза).

Композиты
на основе арамидных волокон

Высокие
механические свойства арамидных волокон
сами по себе еще не гарантируют наличия
высоких механических свойств у композитов
на их основе. Характеристики композита
во многом определяются взаимодействием
волокон со связующим. Такое взаимодействие
приводит к перераспределению внешних
нагрузок между элементами структуры
армирования композита. Поэтому оценка
характеристик композита должна
проводиться не только по свойствам его
компонентов, но и по свойствам некоторых
характерных объемов материала, обладающих
всеми характерными характеристиками
композита: структурой армирования,
объемным соотношением компонентов и
т. п.

На
практике в качестве таких характерных
объемов часто рассматривают стренги
(жгуты), пропитанные связующим и
подвергнутые отверждению. Такие стренги,
предназначенные для проведения
экспериментальных исследований свойств
композита, называют «микропластиками».
Технология
изготовле¬ния
микропластиков повторяет технологию
изготовления реальных изделий из
композита за исключением объемов
производства. При проведении подобных
исследований необходимо учитывать, что
на их результаты могут оказывать влияние
такие факторы, как толщина стренги
(жгута), метод испытаний и другие факторы.
Влияние размеров образцов на результаты
испытаний является одним из наиболее
неприятных факторов, существенно
затрудняющих анализ экспериментальных
данных. Такое влияние обычно плохо
поддается оценке и носит название
«масштабного
эффекта».

Применение
КВМ на основе арамидных волокон

КВМ
на основе арамидных волокон (кевлара)
применяются в авиации при изготовлении
частей несущих конструкций, переборок,
дверей, полов, обтекателей. При изготовлении
военной техники и снаряжения эти
материалы находят применение при
производстве корпусов ракетных
двигателей, пулезащитной одежды, легких
бронеплит и т. п. Применение кевлара в
данных изделиях связано с малой плотностью
и высокой стойкостью к ударным нагрузкам.

Невысокая
плотность, хорошие демпфирующие свойства,
гибкость способствуют применению
кевлара при изготовлении спортивного
снаряжения: лодок, клюшек и т. д.

Волокна
кевлара в чистом виде либо в сочетании
с каучуком используются при изготовлении
канатов, которые находят применение в
судостроении и горном деле, где они
используются вместо стальных канатов.
Достоинствами таких канатов являются
малый вес, высокая прочность, высокая
коррозионная стойкость и хорошие
электроизоляционные свойства. Кевлар
находит применение при изготовлении
шин в качестве корда, где сочетание
таких свойств, как малая плотность,
хорошая вибростойкость, высокая прочность
и коррозионная стойкость делают его
более выгодным по сравнению с кордом
из вискозных, полиэфирных волокон и
стальной проволоки.

3

studfiles.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о