Kevlar a jeho využití

Moderní svět s sebou přináší výzvy, jaké příroda nikdy nepředvídala. Neustálý vývoj přirozeně zvýšil poptávku po výrobě silných a odolných syntetických materiálů. Jedním z takových materiálů je také kevlar – revoluční syntetické vlákno, které posouvá hranice možného již od roku 1968. Co je to kevlar, jaké má vlastnosti, kde se používá a proč má v životě člověka tak významné místo? To se dozvíte v článku.

Co je kevlar a jaké má vlastnosti?

Kevlar je mimořádně všestranný a pevný druh syntetického materiálu se spoustou zajímavých vlastností a širokým využitím v praxi. Patří mezi para-aramidová vlákna a vyznačuje se vysokou pevností v tahu při nízké specifické hmotnosti, srovnatelné už jen s uhlíkovými vlákny. Je charakteristický vynikající tepelnou odolností a výbornou tuhostí, což jej samo o sobě předurčuje k široké škále uplatnění v praxi.

Díky velmi pevným vazbám a paralelnímu zarovnání svých molekul, které jsou navzájem zesíťovány vodíkovými vazbami, je kevlar neprůstřelný a poskytuje silnou ochrannou bariéru proti oděru, propíchnutí a proříznutí. Vlákna kevlaru jsou ohnivzdorná a chrání před tepelnými riziky. Kevlar je odolný vůči korozi, nevodivý a odolný vůči většině chemikálií kromě velmi silných kyselin a zásad. Je také ultra lehký a pětkrát pevnější než ocel. Špatně však odolává ultrafialovému záření a vlhkosti.

Jeho molekulární vzorec je [-CO-C6H4-CO-NH-C6H4-NH-]n.

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 sublimuje.

Vynález, který změnil svět

Dalo by se říci, že tento revoluční materiál vznikl tak trochu i díky náhodě. Vynálezkyní tohoto unikátního vlákna je americká vědkyně Stephanie Kwolek. Působila jako chemička ve firmě DuPont – v jedné z největších firem v oblasti zpracování polymerů, která se těsně před druhou světovou válkou proslavila patentem na nylon.

V roce 1964 začala Stephanie pracovat na zlepšení výroby polymerních látek s tyčovou strukturou s cílem nahrazení relativně těžkých ocelových výztuží v pneumatikách aut vhodnějším a lehčím polymerem. Po dlouhém zkoumání vytvořila na tu dobu neobvykle vypadající řešení v podobě prvních aramidových vláken, která si v roce 1968 nechala patentovat. Samotné vlákno pod obchodní značkou kevlar uvedla na trh firma DuPont v roce 1971.

Od svého objevu prošel kevlar vývojem a od roku 1988 je k dispozici již jeho druhá generace. Původní skupina produktů nese označení K29 a K49. Kevlar je v současnosti dostupný v několika verzích:

• K29 – víceúčelová příze
• K49 – vysoce modulový typ příze
• K100 – výrobcem barvený kevlar
• K119 – kevlarové příze s vyšší tažností a flexibilitou
• K129 – lehký, vysoce výkonný typ přízí
• Kevlar AP – vlákno nové generace, které nabízí pokročilý výkon, hodnotu a zvýšenou flexibilitu designu v mnoha aplikacích
• Kevlar KM2 - tkanina, která splňuje výkonnostní požadavky na přilby a vesty pro vojenské složky

Své vlastnosti si kevlar zachovává i po opakovaném namáhání. Částečně to lze připsat na vrub jeho vnitřní struktuře (jak jsou jeho molekuly přirozeně uspořádány v pravidelných a rovnoběžných liniích) a částečně způsobu, jakým se z něj vyrábějí vlákna.

Způsob výroby

Kevlarové vlákno se vyrábí zvlákňováním taveniny parafenylendiaminu a tereftalyol chloridu (PPD-T), která konstantní rychlostí a pod vysokým tlakem prochází přes zvlákňovací trysku, kde poté tuhne do tvaru vlákna v proudu chladného vzduchu. Spřádací sestava následně spřede jednotlivá vlákna na kontinuálně spředenou přízi. Ta se navije na cívky a dále se pak upravuje pro další použití v praxi.

Kevlar se vyrábí v několika modifikacích a dodává se ve formě vlákna, střiže, vloček nebo tkaniny.

Nejčastější využití kevlaru

Jedinečné vlastnosti kevlaru umožňují jeho uplatnění v nespočtu oblastí a dalo by se také říci, že nové aplikace jeho použití přicházejí téměř denně.

Extrémní pevnost a odolnost vůči teplu jej například předurčují k použití v automobilovém, námořním či leteckém průmyslu, především při výrobě karoserií aut, leteckých komponentů, brzdového obložení, trupů lodí nebo závodních pneumatik.

Uplatnění kevlar nachází také v těžebním průmyslu, kde se používá k výrobě dopravníkových pásů na vynášení rudy, čímž výrazně zlepšuje výkon a efektivnost nákladů.

Tento materiál znají i sportovci, jelikož je součástí četného sportovního vybavení (tenisové rakety, chrániče, hokejky, lyže, sítě, trekingové pláště a podobně).

Při debatě o kevlaru nelze v žádném případě opomenout ani motocyklisty, i je totiž na cestách doprovází kevlar, tentokrát v podobě kevlarové tkaniny. Jejich nejoblíbenějším prvkem jsou kevlarové džíny, kevlarové kombinézy, rukavice či helmy. Výhoda kevlarových kalhot se projeví především při pádu a následném klouzání, kde se kontaktní plochy zahřívají i na více než 200 stupňů. V takové situaci je odolný a pevný kevlar čistým požehnáním.

Kevlarová tkanina se ve velkém aplikuje také při výrobě ochranných pomůcek a oděvů. Typickým příkladem jsou pracovní a hasičské uniformy, policejní uniformy či kompletní armádní výstroj. Z tohoto materiálu se schopností odolat i náročnějším podmínkám se dnes již běžně zhotovují ohnivzdorné boty, kevlarové rukavice, ochranné obličejové masky, vesty, helmy, chrániče či celé kombinézy. Zajímavostí také je, že rukavice z kevlaru mají v porovnání s těmi koženými až 5x vyšší odolnost vůči proříznutí.

Neprůstřelná vesta z kevlaru

Jednoznačně nejvýraznější a nejužitečnější využití kevlaru nastalo při výrobě kevlarové vesty. Kevlar je totiž jeden z mála materiálů, který doslova zachraňuje lidské životy a nejeden příslušník armády, bezpečnostního personálu či policejního sboru se už o tom mohl přesvědčit na vlastní kůži.

Současná generace moderních neprůstřelných kevlarových vest už umí poskytnout svým nositelům kromě ochrany před vysokorychlostními střelami i relativně vysoký komfort nošení.

Princip neprůstřelnosti vesty funguje zjednodušeně asi takto:

Vesta je ušita z několika vrstev kevlaru, které jsou mezi sebou pevně spojeny. Kevlarová vlákna absorbují kinetickou energii střel, což snižuje schopnost střely proniknout do těla. Bez dostatečné penetrační síly se následně kulky stanou neškodnými.

V okamžiku, kdy kulka nebo jakýkoli jiný vysokorychlostní projektil zasáhne kevlar, vlákna doslova projektil zadrží, přičemž rozptýlí jeho kinetickou energii, kterou pak absorbují do sebe. Kulka se tak ocitá v pavučině pevných vláken, jejichž úkolem je pohltit a rozptýlit energii nárazu. Dodatečnou energii absorbuje každá následující vrstva materiálu ve vestě, dokud se kulka zcela nezastaví. Tento proces usnadňuje i poměrně velká plocha oděvu, což se osvědčilo při eliminaci takzvaného tupého traumatu (poranění vnitřních orgánů silou nárazu, ne proniknutou kulkou).

A co dodat na závěr? Způsoby využití tohoto přímo zázračného vynálezu jsou zdá se nekonečné a my se už nemůžeme dočkat, co dalšího nám tento objev přinese.