Кевлар не корродирует, не горит, он имеет предел прочности в 5-6 раз выше по сравнению со сталью, и крепче, чем стекло и углеродные волокна. Как это возможно? Этот материал принадлежит к видам ароматических полимеров, полиамидов, химики дали ему название полифенилентерефталамид. Его предшественником в тридцатые годы был нейлон.
Долговечность кевлара обусловлена специфическим расположением молекул - они образуют симметричную цепь со связями, лежащими по прямой. Но в то же время эта чрезвычайно ценная особенность чрезвычайно сложна и сначала сделала невозможным коммерциализацию нового материала. Кевлар плавится при температуре выше 400°С и не растворяется в органических растворителях, что делает невозможным его получение из классических волокон путем формования из растворенного вещества.
Эта проблема была решена небольшой группой исследователей из американской компании DuPont во второй половине 60-х годов: исследователи обнаружили, что кевлар растворяется в концентрированной серной кислоте. Растворенные макромолекулы кевлара принимают характерную структуру стержней, в то время как другие расплавленные полиамиды собираются в пучки. Стержни расположены хаотично в спокойном состоянии, но когда образуется поток, все они выстраиваются в линию, подобно деревянным бревнам, плавающим в реке и примыкающим друг к другу, образуя пласты. После удаления серной кислоты эти пласты не разрушаются.
Почему кевлар присутствует в растворе в форме стержней? Это связано со структурой его цепей, в которых связи сильно конъюгированы: двойная связь в цепи отделяется от второй двойной связи или от свободной пары электронов (например, от азота) одной связью. Затем образуются связи, которые препятствуют вращению частей цепи друг относительно друга. В результате таких связей - жестких, близких друг к другу (благодаря ван-дер-ваальсовым силам), образуется форма.
Этот сверхсильный полимер имеет много применений: из свернутого кевлара изготовляются шлемы, пуленепробиваемые жилеты и веревки. Этот редкий материал все чаще используется в автомобильной и аэрокосмической промышленности.
Если статья была интересной для вас, то ставьте лайк, а также подписывайтесь на канал.
