Sodobni svet s seboj prinaša izzive, kakršnih narava nikoli ni predvidela. Nenehen razvoj je naravno povečal povpraševanje po izdelavi močnih in odpornih sintetičnih materialov. Eden takšnih materialov je tudi kevlar – revolucionarno sintetično vlakno, ki premika meje mogočega že od leta 1968. Kaj je kevlar, kakšne lastnosti ima, kje se uporablja in zakaj ima v življenju človeka tako pomembno mesto, boste izvedeli v članku.
Kaj je kevlar in kakšne lastnosti ima?
Kevlar je izjemno vsestranska in trdna vrsta sintetičnega materiala z množico zanimivih lastnosti in širokim spektrom uporabe v praksi. Spada med para-aramidna vlakna in se odlikuje z visoko natezno trdnostjo pri nizki specifični teži, primerljivi le še z ogljikovimi vlakni. Zanj sta značilni odlična toplotna odpornost in odlična togost, kar ga samo po sebi predestinira za široko paleto uporabe v praksi.
Zahvaljujoč zelo trdnim vezem in vzporedni razporeditvi svojih molekul, ki so med seboj povezane z vodikovimi vezmi, je kevlar neprebojen in zagotavlja močno zaščitno pregrado pred odrgninami, prebodi in urezninami. Kevlarjeva vlakna so ognjeodporna in ščitijo pred toplotnimi tveganji. Kevlar je odporen proti koroziji, neprevoden in odporen proti večini kemikalij, razen zelo močnim kislinam in bazam. Je tudi izjemno lahek in petkrat trdnejši od jekla. Slabo pa je odporen proti ultravijoličnemu sevanju in vlagi.
Njegova molekulska formula je [-CO-C6H4-CO-NH-C6H4-NH-]n.
Relativna gostota je 1,44 g/cm3, natezna trdnost vlaken dosega 20-21 cN/dtex (modul trdnosti 3,6-4,1 GPa), pri 160 °C se trdnost zmanjša za 10 %, pri 450 °C sublimira.
Izum, ki je spremenil svet
Lahko bi rekli, da je ta revolucionarni material nastal tudi malce po naključju. Izumiteljica tega edinstvenega vlakna je ameriška znanstvenica Stephanie Kwolek. Delovala je kot kemičarka v podjetju DuPont - enem izmed največjih podjetij na področju predelave polimerov, ki je tik pred drugo svetovno vojno postalo znano po patentu za najlon.
Leta 1964 je Stephanie začela delati na izboljšanju proizvodnje polimernih snovi s paličasto strukturo z namenom nadomestitve relativno težkih jeklenih ojačitev v avtomobilskih pnevmatikah z ustreznejšim in lažjim polimerom. Po dolgem raziskovanju je ustvarila za tisti čas neobičajno izgledajočo rešitev v obliki prvih aramidnih vlaken, ki jih je leta 1968 patentirala. Samo vlakno pod blagovno znamko kevlar je podjetje DuPont lansiralo na trg leta 1971.
Od svojega odkritja je kevlar doživel razvoj in od leta 1988 je na voljo že njegova druga generacija. Prvotna skupina izdelkov nosi oznaki K29 in K49. Kevlar je trenutno na voljo v več različicah:
- K29 – večnamenska preja
- K49 – visokomodulna vrsta preje
- K100 – kevlar, obarvan s strani proizvajalca
- K119 – kevlarske preje z višjo raztezljivostjo in fleksibilnostjo
- K129 – lahka, visokozmogljiva vrsta prej
- Kevlar AP - vlakno nove generacije, ki ponuja napredno zmogljivost, vrednost in povečano prilagodljivost oblikovanja pri številnih uporabah
- Kevlar KM2 - tkanina, ki izpolnjuje zmogljivostne zahteve za čelade in jopiče za vojaške enote
Kevlar ohranja svoje lastnosti tudi po ponovljeni obremenitvi. Delno je to mogoče pripisati njegovi notranji strukturi (tako so njegove molekule naravno urejene v pravilnih in vzporednih linijah) in delno načinu, kako se iz njega izdelujejo vlakna.
Način izdelave
Kevlarsko vlakno se izdeluje z vlaknjenjem taline parafenilendiamina in tereftaloil klorida (PPD-T), ki s konstantno hitrostjo in pod visokim tlakom prehaja skozi šobo za vlaknjenje, kjer se nato strdi v obliko vlakna v toku hladnega zraka. Prediralna naprava nato posamezna vlakna spreducira v kontinuirano predano preja. Ta se navije na kolute in se nato nadalje obdeluje za nadaljnjo uporabo v praksi.
Kevlar se izdeluje v več modifikacijah in dobavlja se v obliki vlakna, rezanih vlaken, kosmičev ali tkanine.
Najpogostejša uporaba kevlarja
Edinstvene lastnosti kevlarja omogočajo njegovo uporabo na neštetih področjih in lahko bi rekli, da nove aplikacije njegove uporabe prihajajo skoraj vsak dan.
Izjemna trdnost in odpornost na vročino ga na primer predestinirata za uporabo v avtomobilski, pomorski ali letalski industriji, predvsem pri izdelavi avtomobilskih karoserij, letalskih komponent, zavornih oblog, ladijskih trupov ali dirkalnih pnevmatik.
Kevlar se uporablja tudi v rudarski industriji, uporablja se za izdelavo transportnih trakov za prenos rude, kar bistveno izboljša učinkovitost delovanja in stroškovno učinkovitost.
Ta material poznajo tudi športniki, saj je del številne športne opreme (teniški loparji, ščitniki, hokejske palice, smuči, mreže, treking plašči in podobno).
Pri razpravi o kevlarju nikakor ne moremo izpustiti motoristov, saj jih na cestah spremlja tudi kevlar, tokrat v obliki kevlarske tkanine. Njihov najbolj priljubljen element so kevlarske jeans hlače, kevlarske kombinezoni, rokavice ali čelade. Prednost kevlarskih hlač se pokaže predvsem pri padcu in nato drsenju, kjer se kontaktne površine segrejejo tudi na več kot 200 stopinj. V takšni situaciji je odporen in trden kevlar čisti blagoslov.
Kevlarska tkanina se v veliki meri uporablja tudi pri izdelavi zaščitnih pripomočkov in oblačil. Tipičen primer so delovne in gasilske uniforme, policijske uniforme ali celotna vojaška opremljenost. Iz tega materiala s sposobnostjo prenašanja tudi zahtevnejših pogojev se danes že običajno izdelujejo ognjeodporni čevlji, kevlarske rokavice, zaščitne obrazne maske, jopiči, čelade, ščitniki ali celi kombinezoni. Zanimivo je tudi, da imajo rokavice iz kevlarja v primerjavi s usnjenimi do 5-krat večjo odpornost na urez.
Neprebojni jopič iz kevlarja
Nedvomno najbolj izrazita in najkoristnejša uporaba kevlarja se je zgodila pri izdelavi kevlarskega jopiča. Kevlar je namreč eden od redkih materialov, ki dobesedno rešuje človeška življenja, in marsikateri pripadnik vojske, varnostnega osebja ali policijske enote se je o tem že lahko prepričal na lastni koži.
Sedanja generacija sodobnih neprebojnih kevlarskih jopičev že zna svojim nosilcem poleg zaščite pred visokohitrostnimi izstrelki zagotoviti tudi relativno visoko udobje nošenja.
Princip neprebojnosti jopiča deluje poenostavljeno nekako takole:
Jopič je izdelan iz več plasti kevlarja, ki so med seboj trdno povezane. Kevlarska vlakna absorbirajo kinetično energijo izstrelkov, kar zmanjšuje zmožnost izstrelka, da prodre v telo. Brez zadostne penetracijske moči krogle nato postanejo neškodljive.
V trenutku, ko krogla ali kateri koli drug visokohitrostni izstrelek zadene kevlar, vlakna izstrelek dobesedno zadržijo, hkrati pa razpršijo njegovo kinetično energijo, ki jo potem absorbirajo vase. Krogla se tako znajde v mreži trdnih vlaken, katerih naloga je absorbirati in razpršiti energijo udarca. Dodatno energijo absorbira vsaka naslednja plast materiala v jopiču, dokler se krogla popolnoma ne ustavi. Ta proces olajša tudi razmeroma velika površina oblačila, kar se je izkazalo za učinkovito pri odpravljanju t. i. tope travme (poškodbe notranjih organov zaradi sile udarca, ne zaradi prodrte krogle).
In kaj naj dodamo na koncu? Načini uporabe tega naravnost čudežnega izuma se zdijo neskončni, mi pa že nestrpno pričakujemo, kaj novega nam bo to odkritje še prineslo.
