Материалы нашего мира

Операция "Кевлар"
Демина М.
(«ХиЖ», 2011, №11)

В 30-е годы прошлого века в США, в Нью-Кенсингтоне, жила с мамой девочка по имени Стефани. Она мечтала стать модельером, всем на радость шить удобную красивую одежду. Когда Стефани подросла, она решила, что ей больше подойдет карьера врача. Кто, как не она, будет спасать тяжело больных людей? Для учебы нужны были деньги, и девушка после окончания колледжа в 1946 году пошла на временную, как она считала, работу в химическую лабораторию филиала концерна «Дюпон», известного изобретением фреона, тефлона и найлона. Нет ничего более постоянного, чем временное, — Стефани покинула концерн только в 1986 году, став к тому времени всемирно известным ученым в области химии полимеров. Именно ей, Стефани Кволек, посчастливилось открыть миру новый материал — кевлар.

Перед лабораторией стояла задача создать прочное и легкое волокно, которым можно заменить тяжелый стальной корд в автомобильных шинах, чтобы повысить их прочность, уменьшить вес и тем самым обеспечить экономию топлива. Эксперименты проводились с арамидом (ароматическим полиамидом) полипарафенилен-терефталамидом. Синтетические волокна обычно получают вытягиванием нитей из прозрачного густого расплава полимера, продавливая его через крошечные отверстия — фильеры. Но арамидное волокно так получить не удалось, потому что арамид плавится при очень высоких температурах, не ниже 500 C. Стефани Кволек предложила использовать раствор вместо расплава и сумела подобрать нужный растворитель. Он состоял из двух компонентов: ионного — хлорида кальция и органического — N-метил-пирролидона. Как рассказывают, инженер прядильной машины категорически отказался работать с этой мутной серой жидкостью, боясь загубить дорогостоящее оборудование. Все же Стефани со свойственной ей настойчивостью добилась разрешения на проведение опыта. Результат удивил не только скептиков, но и ее саму. Нить прекрасно вытягивалась из раствора и вдобавок была необычайно прочной на разрыв.

Высокая механическая прочность арамидного волокна объясняется сильными водородными связями, возникающими между ароматическими бензольными кольцами, каждая пара которых соединена друг с другом через амидную группу —NH—CO—. Его разрывная прочность в пять раз больше, чем у стали, а плотность во столько же раз меньше. Арамидное волокно обладает и высокой термической стойкостью. Оно выдерживает температуру 250 C и даже кратковременное ее повышение до 400 C.

В 1975 году арамидное волокно Стефани Кволек поступило на рынок под торговой маркой Kevlar. Чуть позже в Советском Союзе на основе другого полимера было синтезировано волокно, превосходящее кевлар по прочности. Сначала оно называлось «вниивлон» (от названия института ВНИИВ), а затем СВМ — сверхпрочное высокомодульное синтетическое волокно. Сейчас арамидные волокна выпускают во многих странах. Самые известные торговые марки — кевлар, тварон, номекс. В России, в городе Каменск-Шахтинский, производят арамидные волокна СВМ, русар, армос, АРУС. Впрочем, их часто называют кевларом — этот термин стал общепринятым, может быть, потому, что был первым.

Кевлар, предназначавшийся для армирования автомобильных шин, сейчас используют там, где необходимы высочайшая прочность и надежность: для изготовления композитных материалов, термопластических труб, деталей несущих конструкций авиационных и ракетных двигателей, оплетки медных и волоконно-оптических кабелей, сверхпрочных канатов и тросов, приводных ремней и тканей. Костюмы горнолыжников, альпинистов, мотоциклистов, а также снаряжение пожарных шьют с защитными кевларовыми вставками.

s64.jpg

Самое известное, хотя и не самое главное применение кевлара — в средствах баллистической защиты. Спросите кого-нибудь, что такое кевлар, и ответом, скорее всего, будет: «Из него делают бронежилеты». Бронежилет защищает тело от выстрелов и осколков. Он должен задержать пулю и максимально быстро поглотить или рассеять ее энергию. Многослойную кевларовую ткань упрочняют металлическими или керамическими вставками из стали, титана, карбидов бора и кремния. Первые общевойсковые бронежилеты с кевларом появились одновременно в США и СССР в начале 80-х годов XX века. В современных бронежилетах есть дополнительные защитные элементы — наплечники, пуленепробиваемый ворот, амортизаторы ударов. Специальные покрытия обеспечивают защиту от небаллистических факторов — электрического тока, огня. Внутри бронежилета располагаются провода средств связи.

Вот таким причудливым образом воплотились в жизнь мечты юной Стефани Кволек: из кевларовой ткани шьют сверхнужную одежду для военных, пожарных, спортсменов, а сколько человеческих жизней спасено благодаря бронежилетам, наверное, и сосчитать невозможно.

Еще по теме

Трудно сейчас представить себе, как наши предки обходились без него. Как, например, донести до дома рыбу без пакета? Полиэтилен имеет много преимуществ, но все они заканчиваются вместе с его разовым использованием. >>
Полиметилметакрилат, прозрачная пластмасса, которую в России чаще называют органическим стеклом, действительно похож на стекло, но гораздо более прочно и термостойко. К сожалению, оно не очень твердо и устойчиво к истиранию, но, возможно, и этот недостаток удастся преодолеть в ближайшем будущем.
>>
О разнообразии областей применения лавсана, а заодно об утилизации бытового мусора. >>
Всем  известный тефлон впервые получили случайно - баллон с холодным тетрафторэтиленом забыли на складе. Его поначалу засекретили, поскольку использовали исключительно в военной промышленности. >>
Силиконы - соединения, которые сегодня используют буквально везде. Большинство людей и не подозревают, что ежедневно едят силикон, принимают его в составе лекарств и используют как компонент косметических средств. Да и в протезировании силиконы годятся не только для увеличения груди. Из них делают искусственные суставы и связки, покрывают ими протезы сердечных клапанов. >>
Мыло не всегда было душистым. Долгие века его варили из отходов переработки животных жиров. В 1843 году в Германии впервые было изготовлено мыло из белого сала с новым ингредиентом – кокосовым маслом. Новый продукт был принят не сразу. Мыло не имело отвратительного запаха прогорклого жира, а значит, думали люди, плохо стирало. Сейчас для мыла обязательна сертификация косметической продукции по закону. >>
Жидкие кристаллы - удивительные вещества, которые одновременно ведут себя и как жидкость, и как кристалл. Чаще всего они используются в многочисленных устройствах для отображения информации.
>>
Труба в ванной потекла, как всегда, в самый неподходящий момент. Ползаю по полу с тряпкой, собираю воду, пытаюсь найти общий язык с соседкой, прибежавшей с нижнего этажа. Да и наливные полы жалко... Наконец приходит слесарь. «Ничего страшного, — говорит он, — сейчас зачистим протечку, пройдем эпоксидкой, и будет труба лучше новой!» >>
Обыкновенный пенопласт... Так ли он обыкновенен, этот замечательный материал, детище ХХ века, без которого сегодня трудно обойтись и в быту, и в технике, и на производстве? >>
Постоянно создаются новые сверхпрочные материалы. А как их обрабатывть? Резец ведь должен быть еще прочнее. До недавнего времени для изготовления режущих элементов применяли углеродистые легированные стали и абразивные материалы - электрокорунд, карбиды кремния и бора, алмазы. В середине ХХ века появились новые сплавы, получаемые методом порошковой металлургии. Их называют металлокерамическими или просто металлокерамикой. Не путать с "металлокерамикой", которую используют при протезировании зубов - это металлический протез с керамическим покрытием. Но вещь тоже прочная: такие протезы - самые долговечные. >>