Moderni svijet sa sobom donosi izazove koje priroda nikada nije predvidjela. Neprestani razvoj prirodno je povećao potražnju za proizvodnjom snažnih i otpornih sintetičkih materijala. Jedan od takvih materijala je i kevlar – revolucionarno sintetičko vlakno koje pomiče granice mogućeg već od 1968. godine. Što je kevlar, kakva su njegova svojstva, gdje se koristi i zašto ima toliko važno mjesto u životu čovjeka, saznat ćete u ovom članku.
Što je kevlar i kakva su njegova svojstva?
Kevlar je iznimno svestrana i čvrsta vrsta sintetičkog materijala s mnogo zanimljivih svojstava i širokom primjenom u praksi. Ubraja se u para-aramidna vlakna i odlikuje se visokom vlačnom čvrstoćom pri niskoj specifičnoj težini, usporedivoj već samo s ugljičnim vlaknima. Karakterizira ga izvrsna toplinska otpornost i izvrsna krutost, što ga samo po sebi predodređuje za širok spektar primjene u praksi.
Zahvaljujući vrlo čvrstim vezama i paralelnom usmjerenju svojih molekula, koje su međusobno povezane vodikovim vezama, kevlar je neprobojan i pruža snažnu zaštitnu barijeru protiv trenja, proboda i presijecanja. Vlakna kevlara su otporna na vatru i štite od toplinskih rizika. Kevlar je otporan na koroziju, nevodljiv i otporan na većinu kemikalija osim na jako jake kiseline i lužine. Također je ultra lagan i pet puta čvršći od čelika. Loše, međutim, podnosi ultraljubičasto zračenje i vlagu.
Njegova molekularna formula je [-CO-C6H4-CO-NH-C6H4-NH-]n.
Relativna gustoća je 1,44 g/cm3, vlačna čvrstoća vlakana dostiže 20-21 cN/dtex (modul čvrstoće 3,6-4,1 GPa), pri 160 °C čvrstoća se smanjuje za 10 %, a pri 450 °C sublimira.
Izum koji je promijenio svijet
Moglo bi se reći da je ovaj revolucionarni materijal nastao donekle i zahvaljujući slučajnosti. Izumiteljica ovog jedinstvenog vlakna je američka znanstvenica Stephanie Kwolek. Radila je kao kemičarka u tvrtki DuPont - jednoj od najvećih tvrtki u području obrade polimera, koja se neposredno prije Drugog svjetskog rata istaknula patentom na najlon.
Godine 1964. Stephanie je počela raditi na poboljšanju proizvodnje polimernih tvari sa štapićastom strukturom s ciljem zamjene relativno teških čeličnih armatura u automobilskim gumama prikladnijim i lakšim polimerom. Nakon dugog istraživanja stvorila je za to doba neobično izgledajuće rješenje u obliku prvih aramidnih vlakana, koje je 1968. godine patentirala. Samo vlakno pod trgovačkom oznakom kevlar na tržište je 1971. godine plasirala tvrtka DuPont u 1971.
Od svog otkrića kevlar je prošao razvoj i od 1988. godine dostupna je već njegova druga generacija. Izvorna skupina proizvoda nosi oznake K29 i K49. Kevlar je danas dostupan u nekoliko verzija:
- K29 – višenamjenska pređa
- K49 – visokomodulni tip pređe
- K100 – kevlar bojen od strane proizvođača
- K119 – kevlarske pređe s većom rastezljivošću i fleksibilnošću
- K129 – laki, visokoučinkoviti tip pređa
- Kevlar AP - vlakno nove generacije koje nudi napredne performanse, vrijednost i povećanu fleksibilnost dizajna u mnogim primjenama
- Kevlar KM2 - tkanina koja ispunjava zahtjeve performansi za kacige i prsluke za vojne postrojbe
Kevlar zadržava svoja svojstva i nakon opetovanog naprezanja. Djelomično se to može pripisati njegovoj unutarnjoj strukturi (način na koji su njegove molekule prirodno raspoređene u pravilnim i paralelnim linijama), a djelomično načinu na koji se od njega proizvode vlakna.
Način proizvodnje
Kevlarsko vlakno proizvodi se predenjem taljevine parafenilendiamina i tereftaloil klorida (PPD-T), koja konstantnom brzinom i pod visokim tlakom prolazi kroz mlaznicu za predenje, gdje zatim stvrdnjava u oblik vlakna u struji hladnog zraka. Sklop za predenje zatim spaja pojedinačna vlakna u kontinuirano upredenu pređu. Ona se namotava na kalemove i dalje se obrađuje za daljnju uporabu u praksi.
Kevlar se proizvodi u nekoliko modifikacija i isporučuje se u obliku vlakna, rezanih vlakana, pahuljica ili tkanine.
Najčešća primjena kevlara
Jedinstvena svojstva kevlara omogućuju njegovu primjenu u bezbroj područja i moglo bi se reći da nove primjene njegove upotrebe pristižu gotovo svakodnevno.
Ekstremna čvrstoća i otpornost na toplinu predodređuju ga primjerice za upotrebu u automobilskoj, pomorskoj ili zrakoplovnoj industriji, prije svega u proizvodnji karoserija automobila, zrakoplovnih komponenti, kočione obloge, trupova brodova ili utrkivačkih guma.
Kevlar nalazi primjenu i u rudarskoj industriji, koristi se za proizvodnju transportnih traka za iznošenje rude, čime značajno poboljšava učinkovitost i troškovnu učinkovitost.
Ovaj materijal poznaju i sportaši, jer je sastavni dio brojne sportske opreme (teniski reketi, štitnici, hokejaške palice, skije, mreže, planinarske jakne i slično).
Kada se govori o kevlaru, ne mogu se u nijednom slučaju zaobići ni motociklisti, jer i njih na cestama pratiti kevlar, ovaj put u obliku kevlarske tkanine. Njihov najpopularniji element su kevlarske traperice, kevlarski kombinezoni, rukavice ili kacige. Prednost kevlarskih hlača posebno se pokazuje prilikom pada i potom klizanja, gdje se kontaktne površine zagrijavaju i na više od 200 stupnjeva. U takvoj situaciji je otporan i čvrst kevlar čisti blagoslov.
Kevlarska tkanina se u velikoj mjeri primjenjuje i pri proizvodnji zaštitne opreme i odjeće. Tipičan primjer su radne i vatrogasne uniforme, policijske uniforme ili kompletna vojna opskrba. Od ovog materijala koji je sposoban odoljeti i zahtjevnijim uvjetima danas se već rutinski izrađuju vatrostalne cipele, kevlarske rukavice, zaštitne maske za lice, prsluci, kacige, štitnici ili cijeli kombinezoni. Zanimljivo je i to da rukavice od kevlara imaju u usporedbi s kožnima do 5 puta veću otpornost na prerezivanje.
Neprobojni prsluk od kevlara
Jednoznačno najizraženija i najkorisnija primjena kevlara dogodila se u proizvodnji kevlarskog prsluka. Kevlar je zapravo jedan od malobrojnih materijala koji doslovno spašava ljudske živote i nije mali broj pripadnika vojske, sigurnosnog osoblja ili policijskih snaga koji su se već o tome mogli uvjeriti na vlastitoj koži.
Sadašnja generacija modernih neprobojnih kevlarskih prsluka već svojim korisnicima, osim zaštite od visokobrzinskih projektila, može pružiti i relativno visoku razinu udobnosti nošenja.
Princip neprobojnosti prsluka funkcionira pojednostavljeno otprilike ovako:
Prsluk je izrađen od nekoliko slojeva kevlara, koji su međusobno čvrsto spojeni. Kevlarska vlakna apsorbiraju kinetičku energiju metaka, čime se smanjuje sposobnost metka da prodre u tijelo. Bez dovoljne penetracijske snage meci tada postaju bezopasni.
U trenutku kada metak ili bilo koji drugi projektil velike brzine udari u kevlar, vlakna doslovno zadržavaju projektil, pri čemu raspršuju njegovu kinetičku energiju, koju zatim apsorbiraju u sebe. Metak se tako nalazi u mreži čvrstih vlakana, čija je zadaća upiti i raspršiti energiju udarca. Dodatnu energiju apsorbira svaki sljedeći sloj materijala u prsluku, sve dok se metak potpuno ne zaustavi. Ovaj proces olakšava i relativno velika površina odjevnog predmeta, što se pokazalo učinkovitim u eliminaciji tzv. tupe traume (ozljede unutarnjih organa uzrokovane silom udarca, a ne prodorom metka).
A što na kraju dodati? Načini primjene ovog pravog čudesnog izuma čine se beskonačni i mi jedva čekamo što nam ovo otkriće još donosi.
