Kevlar

Kevlar ist das eingetragene Warenzeichen für eine para-aramid synthetische Faser, die mit anderem aramids wie Nomex und Technora verbunden ist. Entwickelt an DuPont 1965 wurde dieses hohe Kraft-Material zuerst am Anfang der 1970er Jahre als ein Ersatz für Stahl in Rennreifen gewerblich verwendet. Normalerweise wird es in Taue oder Stoff-Platten gesponnen, die als solch oder wie eine Zutat in zerlegbaren materiellen Bestandteilen verwendet werden können.

Zurzeit hat Kevlar viele Anwendungen, im Intervall von Rad-Reifen und laufenden Segeln, um Rüstung wegen seines hohen Verhältnisses der Zugbelastung zum Gewicht zu verkörpern; durch dieses Maß ist es 5mal stärker als Stahl auf einer gleichen Gewicht-Basis. Es wird auch verwendet, um moderne Trommelfelle zu machen, die das Widerstehen hoher Einfluss halten. Wenn verwendet, als ein gewebtes Material ist es passend, um Linien und andere Unterwasseranwendungen zu vertäuen.

Eine ähnliche Faser genannt Twaron mit grob derselben chemischen Struktur wurde von Akzo in den 1970er Jahren entwickelt; kommerzielle Produktion hat 1986 angefangen, und Twaron wird jetzt von Teijin verfertigt.

Geschichte

Poly-paraphenylene terephthalamide - hat Kevlar gebrandmarkt - wurde von Stephanie Kwolek erfunden, während man für DuPont gearbeitet hat. Vor einer Benzinknappheit 1964 hat ihre Gruppe begonnen, nach einer neuen starken Leichtgewichtsfaser zu suchen, um für leichte, aber starke Reifen zu verwenden. Die Polymer, mit denen sie zurzeit, poly p Phenylene terephthalate und polybenzamide gearbeitet hatte, haben flüssigen Kristall während in der Lösung, etwas Einzigartigem zu jenen Polymern zurzeit gebildet.

Die Lösung war "bewölkt, darauf opalisierend, und von der niedrigen Viskosität gerührt zu werden", und wurde gewöhnlich weggeworfen. Jedoch hat Kwolek den Techniker, Charles Smullen überzeugt, der den "spinneret" geführt hat, um ihre Lösung zu prüfen, und hat sich gewundert, um zu finden, dass die Faser verschieden von Nylonstrümpfen nicht gebrochen hat. Ihr Oberaufseher und ihr Labordirektor haben die Bedeutung ihrer Entdeckung verstanden, und ein neues Feld der Polymer-Chemie ist schnell entstanden. Vor 1971 wurde moderner Kevlar eingeführt. Jedoch war Kwolek am Entwickeln der Anwendungen von Kevlar nicht sehr beteiligt.

Produktion

Kevlar wird in der Lösung vom monomers 1,4-phenylene-diamine (para-phenylenediamine) und terephthaloyl Chlorid in einer Kondensationsreaktion synthetisiert, die Salzsäure als ein Nebenprodukt nachgibt. Das Ergebnis hat flüssig-kristallenes Verhalten, und mechanische Zeichnung orientiert die Polymer-Ketten in der Richtung der Faser. Hexamethylphosphoramide (HMPA) war das für den polymerization am Anfang verwendete Lösungsmittel, aber aus Sicherheitsgründen hat DuPont es durch eine Lösung von N-methyl-pyrrolidone und Kalzium-Chlorid ersetzt. Da dieser Prozess von Akzo patentiert wurde (sieh oben) in der Produktion von Twaron hat ein offener Krieg gefolgt.

Kevlar (poly paraphenylene terephthalamide) Produktion ist wegen der Schwierigkeiten teuer, die daraus entstehen, konzentrierte Schwefelsäure zu verwenden, musste das wasserunlösliche Polymer in der Lösung während seiner Synthese und des Drehens behalten.

Mehrere Ränge von Kevlar sind verfügbar:

  1. Kevlar K-29 - in Industrieanwendungen, wie Kabel, Asbest-Ersatz, Bremsbeläge und Rüstung des Körpers/Fahrzeugs.
  2. Kevlar K49 - hohes Modul, das im Kabel und den Tau-Produkten verwendet ist.
  3. Kevlar K100 - hat Version von Kevlar gefärbt
  4. Kevlar K119 - höhere Verlängerung, flexibel und mehr widerstandsfähige Erschöpfung.
  5. Kevlar K129 - höhere Zähigkeit für ballistische Anwendungen.
  6. Kevlar AP - hat um 15 % höhere Zugbelastung als K-29.
  7. Kevlar XP - leichteres Gewicht-Harz und KM2 plus die Faser-Kombination.
  8. Kevlar KM2 - hat ballistischen Widerstand für Rüstungsanwendungen erhöht

Der ultraviolette Bestandteil des Sonnenlichtes erniedrigt und zersetzt Kevlar, ein Problem bekannt als UV Degradierung, und so wird es draußen ohne Schutz gegen das Sonnenlicht selten verwendet.

Struktur und Eigenschaften

Wenn Kevlar gesponnen wird, hat die resultierende Faser eine Zugbelastung von ungefähr 3,620 MPa und eine Verhältnisdichte 1.44. Das Polymer schuldet seine hohe Kraft zu den vielen Zwischenkettenobligationen. Diese zwischenmolekularen Wasserstoffobligationen formen sich zwischen den carbonyl Gruppen und NH Zentren. Zusätzliche Kraft wird aus aromatischen Stapeln-Wechselwirkungen zwischen angrenzenden Ufern abgeleitet. Diese Wechselwirkungen haben einen größeren Einfluss auf Kevlar als die Wechselwirkungen von van der Waals und Kettenlänge, die normalerweise die Eigenschaften anderer synthetischer Polymer und Fasern wie Dyneema beeinflussen. Die Anwesenheit von Salzen und bestimmten anderen Unreinheiten, besonders Kalzium, konnte die Ufer-Wechselwirkungen stören, und Verwarnung wird verwendet, um Einschließung in seine Produktion zu vermeiden. Die Struktur von Kevlar besteht aus relativ starren Molekülen, die dazu neigen, größtenteils planare einer Platte ähnliche Strukturen eher wie Seidenprotein zu bilden.

Thermaleigenschaften

Kevlar erhält seine Kraft und Elastizität unten zu kälteerzeugenden Temperaturen (196 °C) aufrecht; tatsächlich ist es bei niedrigen Temperaturen ein bisschen stärker. Bei höheren Temperaturen wird die Zugbelastung durch ungefähr 10-20 %, und nach einigen Stunden sofort reduziert, die die Kraft progressiv weiter reduziert. Zum Beispiel an 160 °C (320 °F) kommt die ungefähr 10 % Verminderung der Kraft nach 500 Stunden vor. An 260 °C (500 °F) kommt die 50-%-Kraft-Verminderung nach 70 Stunden vor.

Anwendungen

Schutz

Kryogenik

Kevlar wird häufig im Feld der Kryogenik für sein niedriges Thermalleitvermögen und hohe Kraft hinsichtlich anderer Materialien zu Suspendierungszwecken verwendet. Meistenteils verwendet, um eine paramagnetische Salz-Einschließung von einem Superleiten-Magnet mandrel aufzuheben, um irgendwelche Hitzeleckstellen zum paramagnetischen Material zu minimieren. Es wird auch ein thermischer toter Punkt oder Strukturunterstützung verwendet, wo niedrige Hitzeleckstellen gewünscht werden.

Rüstung

Kevlar ist ein wohl bekannter Bestandteil der persönlichen Rüstung wie Kampfhelme, ballistische Gesichtsmasken und ballistische Westen. Der PASGT Helm und die Weste, die durch militärische USA-Kräfte von den 1980er Jahren in 2005 beide verwendet ist, haben Kevlar als ein Schlüsselbestandteil, wie ihren Ersatz tun. Anderer militärischer Gebrauch schließt kugelsicheren von Wachtposten verwendeten facemasks ein, und Splitter-Überseedampfer haben gepflegt, die Mannschaften von gepanzerten kämpfenden Fahrzeugen zu schützen. Sogar Nimitz-Klassenflugzeugträger schließen Rüstung von Kevlar um Lebensräume ein. Zusammenhängende Zivilanwendungen schließen das Schutzzahnrad des Notdienstes ein, wenn es hohe Hitze (z.B einschließt, ein Feuer anpackend), und Körperrüstung von Kevlar wie Westen für Polizisten, Sicherheit und SCHLAG.

Persönlicher Schutz

Kevlar wird verwendet, um Handschuhe zu verfertigen, Ärmel, Jacken, Jungen und andere Artikel zu kleiden haben vorgehabt, Benutzer vor Kürzungen, Abreiben und Hitze zu schützen. Kevlar hat Schutzzahnrad gestützt ist häufig beträchtlich leichter und dünner als gleichwertiges aus traditionelleren Materialien gemachtes Zahnrad.

Sportausrüstung

Es wird als ein inneres Futter für einige Rad-Reifen verwendet, um Einstiche, und wegen seines ausgezeichneten Hitzewiderstands zu verhindern, wird für das Feuer poi Dochte verwendet. Im Tischtennis werden Falten von Kevlar zu kundenspezifischen Falte-Klingen oder Paddeln hinzugefügt, um Schlag zu vergrößern und Gewicht zu reduzieren. Es wird für die Motorrad-Sicherheitskleidung besonders in der Bereichsaufmachung verwendet, die wie Schultern und Ellbogen auspolstert. Es wurde auch als Geschwindigkeitskontrollflecke für bestimmte Seife-Schuh-Modelle verwendet.

In Kyudo oder japanischem Bogenschießen kann es als eine Alternative zum teureren Hanf für Bogen-Schnuren verwendet werden. Es ist eines der für Parasegelflugzeug-Suspendierungslinien verwendeten Hauptmaterialien.

Im Fechten wird es in den Schutzjacken, Hinterteilen, plastrons und dem Lätzchen der Masken verwendet.

Es wird auch in den Schnürsenkeln für adidas F50 adiZero Hauptfußballstiefel verwendet.

Es wird sogar in Segeln für hohe Leistungsrennen-Boote verwendet.

Es wird im "peto", die gepolsterte Bedeckung zunehmend verwendet, die die Pferde der Pikadore in der Stierkampfarena schützt.

Musik

Audioausrüstung

Wie man

auch gefunden hat, hat Kevlar nützliche akustische Eigenschaften für Lautsprecher-Kegel spezifisch für Basslaufwerk-Einheiten des mittleren Bereichs gehabt. Zusätzlich ist Kevlar als ein Kraft-Mitglied in der Faser Sehkabel wie diejenigen verwendet worden, die für Audiodatenübertragungen verwendet sind.

Schnuren

Kevlar kann als ein akustischer Kern auf Bögen für Saiteninstrumente verwendet werden. Die physikalischen Eigenschaften von Kevlar stellen Kraft, Flexibilität und Stabilität für den Benutzer des Bogens zur Verfügung. Bis heute ist der einzige Hersteller dieses Typs des Bogens CodaBow.

Trommelfelle

Kevlar wird manchmal als ein Material auf marschierenden kleinen Trommeln verwendet. Es berücksichtigt einen äußerst hohen Betrag der Spannung, auf einen saubereren Ton hinauslaufend. Es gibt gewöhnlich ein auf Kevlar gegossenes Harz, um den Kopf luftdicht, und eine Nylonstrümpfe-Spitzenschicht zu machen, um eine flache bemerkenswerte Oberfläche zur Verfügung zu stellen. Das ist einer der primären Typen von marschierenden Köpfen der kleinen Trommel. Der "Falam Knall" Fleck von Remo wird mit Kevlar gemacht und wird verwendet, um Basstrommel-Köpfe zu verstärken, wo der Schläger schlägt.

Holzblasinstrument-Rohre

Kevlar wird in den Holzblasinstrument-Rohren von Fibracell verwendet. Das Material dieser Rohre ist eine Zusammensetzung von Raumfahrtmaterialien, die entworfen sind, um die Weise zu kopieren, wie Natur Stock-Rohr baut. Sehr steife, aber gesunde fesselnde Fasern von Kevlar werden in einer Leichtgewichtsharz-Formulierung aufgehoben.

Anderer Gebrauch

Pfannen

Kevlar wird manchmal als ein Ersatz für das Teflon in einigen beschichteten Pfannen verwendet.

Tau, Kabel, Scheide

Die Faser wird im gewebten Tau und im Kabel verwendet, wo die Fasern parallel innerhalb eines Polyäthylen-Ärmels behalten werden. Die Kabel sind in Hängebrücken wie die Brücke an Aberfeldy in Schottland verwendet worden. Sie sind auch verwendet worden, um krachende konkrete Kühltürme durch die circumferential von tensioning gefolgte Anwendung zu stabilisieren, um die Spalten zu schließen. Kevlar wird als eine Schutzaußenscheide für das Lichtwellenleiterkabel weit verwendet, weil seine Kraft das Kabel vor dem Schaden und kinking schützt. Wenn verwendet, in dieser Anwendung ist es durch den Markennamen Parafil allgemein bekannt.

Elektrizitätsgeneration

Kevlar wurde von Wissenschaftlern am Institut von Georgia für die Technologie als ein Grundgewebe für ein Experiment in der Elektrizität erzeugenden Kleidung verwendet. Das wurde durch das Weben von Zinkoxyd nanowires in den Stoff getan. Wenn erfolgreich, würde der neue Stoff ungefähr 80 milliwatts pro Quadratmeter erzeugen.

Gebäude des Aufbaus

Ein einziehbares Dach von mehr als 60,000 Quadratfuß (5,575 Quadratmeter) Kevlar war ein Schlüsselteil des Designs von Montreals Olympischem Stadion für die Olympischen 1976-Sommerspiele. Es war eindrucksvoll erfolglos, weil es zehn Jahre spät vollendet und gerade zehn Jahre später im Mai 1998 nach einer Reihe von Problemen ersetzt wurde.

Bremsen

Die gehackte Faser ist als ein Ersatz für Asbest in Bremsbelägen verwendet worden. Von Asbest-Bremsen erzeugter Staub ist toxisch, während aramids ein gütiger Ersatz sind.

Vergrößerungsgelenke und Schläuche

Kevlar kann als eine Verstärkungsschicht in Gummigebläse-Vergrößerungsgelenken und Gummischläuchen, für den Gebrauch in hohen Temperaturanwendungen, und für seine hohe Kraft gefunden werden. Wie man auch findet, fügt es als eine außerhalb Schlauch-Bauteile verwendete Flechte-Schicht, Schutz gegen scharfe Gegenstände hinzu.

Partikel-Physik-Experiment

Ein dünnes Fenster Kevlar ist durch das NA48-Experiment an CERN verwendet worden, um einen Vakuumbehälter von einem Behälter an fast dem atmosphärischen Druck, beide 192 Cm im Durchmesser zu trennen. Das Fenster hat Vakuumbeengtheit zur Verfügung gestellt, die mit dem vernünftig kleinen Betrag des Materials (nur 0.3 % zu 0.4 % der Strahlenlänge) verbunden ist.

Smartphones

Der Motorola Droid RAZR hat einen kevlar backplate, gewählt über andere Materialien wie Kohlenstoff-Faser wegen seiner Elastizität, und fehlen Sie von der Einmischung mit der Signalübertragung.

Zerlegbare Materialien

Fasern von Aramid werden weit verwendet, um zerlegbare Materialien, häufig in der Kombination mit der Kohlenstoff-Faser und Glasfaser zu verstärken. Die Matrix für hohe Leistungszusammensetzungen ist gewöhnlich Epoxydharz-Harz. Typische Anwendungen schließen monocoque Körper für F1 Rennautos, Hubschrauberrotor-Klingen, Tennis, Tischtennis, Badminton und Squash-Schläger, Kajaks, Kricket-Fledermäuse, und Hockey ein, kühlen Hockey und Lacrosse-Stöcke mit Eis.

Siehe auch

  • Innegra S
  • Vectran
  • Spinne-Seide
  • Extremes hohes Molekulargewicht-Polyäthylen

Links


Kyle MacLachlan / Kosovar Krieg
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