(Вопросы — ответы. «ХиЖ» 2015 №3)
Да, знаменитый кевлар, представляющий собой параарамидное волокно (полипарафенилен-терефталамид), из которого сегодня делают бронежилеты во всем мире, изобрела Стефани Кволек (Stephanie Kwolek), американский химик. Большую часть жизни она проработала в компании «Дюпон» в США и умерла в 2014 году в возрасте 90 лет. По признанию Кволек, она была счастлива, поскольку ее изобретение спасло много жизней.
Как часто бывает, открытие произошло случайно. В 1964 году Кволек решала вполне конкретную задачу — пыталась создать прочное волокно, которое заменит тяжелый стальной корд в шинах. Обычно полимерную нить вытягивают, пропуская расплав полимера через тонкие фильеры. Однако Стефани Кволек работала с растворами полимеров, подбирая к ним подходящие растворители.
В сущности, у нее получились растворы жидкокристаллических полимеров, так что она невольно повторила природную технологию, которой владеют пауки: именно из растворов жидкокристаллических полимеров они выдавливают прочную нить паутины.
В одном из экспериментов Кволек получила мутный раствор, который полагалось бы выбросить, потому что его вязкость была очень маленькой. Но она все-таки решила попробовать вытянуть из него нить, несмотря на протесты коллег. На хороший результат не надеялась, просто надо было поставить точку в эксперименте. Ко всеобщему удивлению, из раствора легко получилось прекрасное волокно, прочнее знаменитого дюпоновского найлона и почти в десять раз прочнее всего того, что она получала до сих пор.
Спустя семь лет появился коммерческий продукт под названием «кевлар» и началось производство необычайно прочного волокна. Его плотность (1,44 г/см³) меньше, чем у стали (7,80 г/см³), но при равном весе образцов кевлар прочнее на разрыв в пять раз. Эту прочность обеспечивают водородные связи, крепко соединяющие цепи полимера: водород в одной цепи связывается с кислородом в другой. А дополнительное взаимодействие между ароматическими кольцами в разных штабелях еще больше упрочняет полимер. Вот почему он разлагается лишь при очень высокой температуре 427—482°С.
Конечно, у кевлара есть и слабое место — он хуже сопротивляется сжатию. Прочность его на сжатие в десять раз меньше, чем на разрыв. Поэтому кевлар не годится на роль строительного материала. Но у него много работы в других отраслях: бронежилеты, корд для шин, панели и крылья в истребителях, бензиновые цистерны для болидов «Формулы-1», суда и яхты. На прочных канатах и тросах из кевлара, которые к тому же не ржавеют, подвешивают мосты. Из него делают огнестойкие и прочные одежду и перчатки для пожарных. И это далеко не полный перечень.
Похожее на кевлар волокно разработали в СССР в начале 1970-х годов. Сперва его назвали вниивлон, отдавая дань месту рождения — Всесоюзному научно-исследовательскому институту волокон (ВНИИВ). Позднее его переименовали в СВМ — сверхвысокомодульное. Это волокно делали из другого полимера — полигетероарилена, по иной технологии, но свойства у него были, как у кевлара, и даже получше.
Л. Викторова
Остальные статьи из этой рубрики вы можете найти в подборке «Вопросы — ответы».
Купить номер или оформить подписку на «Химию и жизнь»: https://hij.ru/hij_kiosk.shtml
Благодарим за ваши «лайки», комментарии и подписку на наш канал.
– Редакция «Химии и жизни»