Kevlar® je obchodní značka para-aramidového vlákna uvedeného na trh firmou DuPont v roce 1971. Je lehké a zároveń odolné. Kevlar je pětkrát pevnější než ocel při stejné hmotnosti.
1/ Jeho vlastnosti:
velmi odolné vůči prořezu,
karbonizuje při teplotě mezi 425st C a 475st C,
nerozpustí se,
samozhasitelné,
rozměrově stabilní,
chemicky stabilní,
Relativní hustota je 1,44 g/cm3,
tažná pevnost vláken dosahuje 20-21 cN/dtex (modul pevnosti 3,6-4,1 GPa), při 160°C se snižuje pevnost o 10% ,
při 450°C kevlar sublimuje,
Tažnost obnáší 2,8-4,0 %,.
absorpce rázové energie (způsobené např. střelou) je 4x vyšší než u běžných polyamidů.
Nevýhody:
Kevlar je nevhodný pro vlhké prostředí a ke stlačování.
Je citlivý na UV záření,
velmi tuhý, takže ke stříhání jsou nutné speciální nůžky.
2/ Historie kevlaru :
Prvotní objev učinila Stephanie Kwolek během práce ve firmě DuPont, když v roce 1964 připravila podivně vypadající zakalenou směs polymerů. Při podobné práci totiž obvykle vznikaly roztoky polymerů průhledné a tekuté, zatímco tento byl tenký a kalný. Někteří vědci by možná takový výsledek považovali za chybu a dál by se jím nezabývali. Ve Stephanie Kwolek ovšem tento jev vzbudil zájem, a proto pokračovala nadále v práci. Aby mohla poslat svůj nový materiál do laboratoře, potřebovala z něj (jako obvykle) udělat vlákna. Už to byl problém, protože nová látka měla mnoho nezvyklých vlastností. Stephanie se však nenechala odradit a nakonec se jí podařilo vlákna vytvořit. Poslala je tedy do laboratoře, odkud jí přišly překvapivé výsledky. Vlákna měla minimálně devětkrát větší pevnost, než cokoliv jiného, co do té doby udělala. To jí zarazilo. Pro jistotu ještě několikrát poslala vlákna do laboratoře, aby jí výsledky potvrdily. Když se vracely pořád téměř stejné hodnoty, oznámila svůj objev. DuPont rychle pochopil, jaký potenciál v sobě tato látka má. Vývojová skupina společnosti po dalším usilovném vylepšování uvedla kevlar v roce 1971.
3/ Vlastnosti kevlaru z mikroskopického hlediska Kevlar se řadí do skupiny aramidů. Má polymerický řetězec paralelní struktury (viz. obrázek). Část jeho pevnosti tkví v mezimolekulárních vazbách mezi karbonylovými skupinami a protony na sousedním řetězci a další část ve vazbách zvaných „pi stacking“, kdy na sebe silově působí atomy aromatických molekul. Tyto interakce ovlivňují kevlar více než van der Waalsovy síly a délka řetězce, která má na vlastnosti syntetických polymerů a vláken většinou významný vliv. Speciální péče se při výrobě věnuje přítomnosti nečistot, obzvláště vápníku, které se mohou připlést do vazeb mezi řetězci a výrazně ohrozit vlastnosti materiálu. Strukturu kevlaru tvoří relativně tuhé molekuly, které mají tendenci vytvářet většinou rovinné útvary podobné například molekulám hedvábí. Tato struktura má za následek vysokou mechanickou pevnost a v neposlední řadě značnou tepelnou odolnost. Počet nenasycených uhlíků (tj. poměr počtu atomů uhlíku ku počtu atomů vodíku) je poměrně vysoký, což snižuje jeho vznětlivost. Molekuly kevlaru mají polární skupiny, které mohou tvořit vazbu s vodíkem. Na druhou stranu má kevlar má vysokou smáčivost a voda pronikající do vlákna se může navázat na molekuly, a tím snížit pevnost materiálu. „Smáčivost“ je ovšem významná při navazování vlákna na jiný druh polymeru. Tímto postupem vznikají kompozitní materiály, zkráceně kompozity. Ta samá vlastnost dává vláknům přírodnější nádech a větší „přilnavost“ v porovnání s nepolárními polymery, jakým je např. polyetylen. Kevlar má i některé nevýhodné vlastnosti: zatímco v tahu může vydržet zatížení přes 4 GPa, stejně jako ostatní vlákna má pevnost v tlaku citelně nižší a rozkládá se vlivem zásaditých prostředí.
4. Výroba kevlaru
Řečeno chemickou terminologií, v kondenzační reakci se kevlar syntezuje z monomeru parafenylendiaminu a tereftaloyl chloridu (TCL) za vzniku kyseliny chlorovodíkové coby vedlejšího produktu. Jako rozpouštědlo se používá N-methylpyrolidon. Tím vznikne aramid obsahující benzenová jádra a amidové skupiny, které jsou navázány náhodně. Výsledná kapalina se protlačuje tryskou a prochází vzduchovou štěrbinou do srážecí lázně. Ve druhém stupni výroby se vláknina dlouží při teplotách 300-400°C. Touto úpravou se dosáhne materiálnu s vlastnostmi tekutého krystalu, jehož polymerové řetězce jsou orientovány ve směru vlákna.vznikne aramidové vlákno ohromné pevnosti a tepelné odolnosti. Kevlar (stejně jako ostatní aramidová vlákna) nepodléhá korozi a jeho pevnost se zachovává i po ponoření do vody. Pokud se ovšem nejedná o speciální voděodolná vlákna, schopnost aramidů zastavit projektil se po navlhnutí snižuje.
5. Druhy kevlaru
Existují tři základní druhy kevlaru: a/ Kevlar, b/ Kevlar 29 a c/ Kevlar 49. Kevlar se používá pro vyztužení různých gumových předmětů (např. pneumatik);
kevlar 29 má uplatnění v průmyslu (kabely), na brzdových obloženích a na nejrůznějších chráničích (od sportovních po vojenské balistické vesty);
a bytelnější kevlar 49 slouží pro zesílení trupů lodí, letadel, atd.
6. Aplikace kevlaru
Primární komerční využití kevlaru směřovalo do pneumatik, kde nahrazoval ocelové kordy. Kevlar se dále používá na sportovním vybavení, jachtařských plachtách, požárním oblečení, neprořezné rukavice, kevlarové stélky do obuvy, nehořlavé a antistatické oděvy pro rafinérský průmysl neprůstřelné vesty a v mnoha dalších oblastech. Přehled výrobků splňující vlastnost
Kevlar skupina pracovní a ochranné pomůcky
