Kevlar und seine Verwendung

Die moderne Welt bringt Herausforderungen mit sich, die die Natur nie vorhergesehen hat. Die ständige Entwicklung hat natürlich die Nachfrage nach der Herstellung von starken und langlebigen synthetischen Materialien erhöht. Ein solches Material ist Kevlar – eine revolutionäre Kunstfaser, die seit 1968 die Grenzen des Möglichen verschiebt. Was Kevlar hat, wo es eingesetzt wird und warum es einen so wichtigen Platz im menschlichen Leben einnimmt, erfahren Sie im Artikel.

Was ist Kevlar und welche Eigenschaften hat es?

Kevlar ist ein äußerst vielseitiger und starker Kunststoff mit vielen interessanten Eigenschaften und breitem Einsatz in der Praxis. Es gehört zu den Para-Aramidfasern und zeichnet sich durch eine hohe Zugfestigkeit bei geringem spezifischem Gewicht aus, vergleichbar nur mit Carbonfasern. Es zeichnet sich durch hervorragende Hitzebeständigkeit und hervorragende Steifigkeit aus, was es für vielfältige praktische Anwendungen prädestiniert.

Dank der sehr starken Bindungen und der parallelen Ausrichtung seiner Moleküle, die mit Wasserstoffbrückenbindungen vernetzt sind, ist Kevlar kugelsicher und bietet eine starke Schutzbarriere gegen Abrieb, Stiche und Schnitte. Kevlar-Fasern sind feuerfest und schützen vor thermischen Gefahren. Kevlar ist korrosionsbeständig , nicht leitend und beständig gegen die meisten Chemikalien, mit Ausnahme sehr starker Säuren und Basen. Es ist außerdem ultraleicht und fünfmal stärker als Stahl. Es widersteht jedoch nicht ultravioletter Strahlung und Feuchtigkeit.

Seine Summenformel ist [-CO-C6H4-CO-NH-C6H4-NH-] n.

Die relative Dichte beträgt 1,44 g / cm3, die Zugfestigkeit der Fasern erreicht 20-21 cN / dtex (Festigkeitsmodul 3,6-4,1 GPa), bei 160 ° C nimmt die Festigkeit um 10% ab, bei 450 ° C sublimiert es.

Eine Erfindung, die die Welt veränderte

Man könnte sagen, dass dieses revolutionäre Material eher zufällig entstanden ist. Erfinderin dieser einzigartigen Faser ist die amerikanische Wissenschaftlerin Stephanie Kwolek . Sie arbeitete als Chemikerin bei DuPont – einem der größten Unternehmen auf dem Gebiet der Polymerverarbeitung, das kurz vor dem Zweiten Weltkrieg durch sein Nylon-Patent berühmt wurde.

1964 begann Stephanie mit der Arbeit zur Verbesserung der Produktion von Polymeren auf Stabbasis, um die relativ schweren Stahlverstärkungen in Autoreifen durch ein geeigneteres und leichteres Polymer zu ersetzen. Nach vielen Recherchen schuf sie eine ungewöhnlich aussehende Lösung in Form der ersten Aramidfasern, die sie 1968 patentieren ließ. Die Faser selbst wurde 1971 von DuPont unter der Marke Kevlar vermarktet.

Seit seiner Entdeckung wurde Kevlar weiterentwickelt und seit 1988 ist seine zweite Generation erhältlich. Die ursprüngliche Produktgruppe trägt die Bezeichnungen K29 und K49. Kevlar ist derzeit in mehreren Versionen erhältlich:

• K29 - Mehrzweckgarn
• K49 - hochmodularer Garntyp
• K100 - Herstellergefärbtes Kevlar
• K119 - Kevlar-Garne mit höherer Dehnung und Flexibilität
• K129 - leichtes Hochleistungsgarn
• Kevlar AP – eine Faser der neuen Generation, die in vielen Anwendungen fortschrittliche Leistung, Wertigkeit und erhöhte Designflexibilität bietet
• Kevlar KM2 - ein Stoff, der die Leistungsanforderungen für Helme und Westen für militärische Komponenten erfüllt

Kevlar behält seine Eigenschaften auch nach wiederholter Belastung. Dies liegt teilweise an seiner inneren Struktur (da seine Moleküle natürlich in regelmäßigen und parallelen Linien angeordnet sind) und teilweise an der Art und Weise, wie Fasern daraus hergestellt werden.

Herstellungsverfahren

Kevlar-Fasern werden durch Schmelzspinnen von Paraphenylendiamin und Terephthalyolchlorid (PPD-T) hergestellt , das mit konstanter Geschwindigkeit und unter hohem Druck durch eine Spinndüse geführt wird, wo es dann in einem Kaltluftstrom zu einer Faserform erstarrt. Das Spinnaggregat verspinnt dann die einzelnen Fasern zu einem endlos gesponnenen Garn. Es wird auf Spulen gewickelt und dann für den weiteren Einsatz in der Praxis modifiziert.

Kevlar wird in mehreren Modifikationen hergestellt und kommt in Form von Fasern, Stapeln, Flocken oder Stoffen vor.

Die häufigste Verwendung von Kevlar

Die einzigartigen Eigenschaften von Kevlar ermöglichen den Einsatz in unzähligen Bereichen , und man könnte auch sagen, dass fast täglich neue Anwendungen für seine Verwendung hinzukommen.

Extreme Festigkeit und Hitzebeständigkeit beispielsweise prädestinieren es für den Einsatz in der Automobil-, Schiffs- oder Luft- und Raumfahrtindustrie , insbesondere bei der Herstellung von Karosserien, Flugzeugkomponenten, Bremsbelägen, Rümpfen oder Rennreifen.

Kevlar wird auch in der Bergbauindustrie verwendet , es wird zur Herstellung von Förderbändern für den Erzabbau verwendet, was die Leistung und Kosteneffizienz erheblich verbessert.

Auch Sportler kennen dieses Material, denn es ist Bestandteil zahlreicher Sportgeräte (Tennisschläger, Protektoren, Hockeyschläger, Skier, Netze, Trekkingjacken etc.).

Motorradfahrer dürfen bei der Kevlar-Debatte keinesfalls vernachlässigt werden, denn Kevlar, diesmal in Form eines Kevlar-Gewebes, begleitet sie auf ihren Straßen. Ihre beliebtesten Elemente sind Kevlar-Jeans, Kevlar-Overalls, Handschuhe und Helme. Der Vorteil einer Kevlarhose zeigt sich vor allem beim Sturz und anschließenden Rutschen, wo die Kontaktflächen auf über 200 Grad erhitzt werden. In einer solchen Situation ist das langlebige und starke Kevlar ein wahres Geschenk.

Kevlar-Gewebe wird auch häufig bei der Herstellung von Schutzausrüstung und -kleidung verwendet. Typische Beispiele sind Arbeits- und Feuerwehruniformen, Polizeiuniformen oder komplette Heeresausrüstungen. Feuerfeste Schuhe, Kevlar-Handschuhe , Gesichtsschutzmasken, Westen, Helme, Protektoren und ganze Overalls werden heute üblicherweise aus diesem Material hergestellt, das sogar noch anspruchsvolleren Bedingungen standhalten kann. Interessant ist auch, dass Kevlar-Handschuhe im Vergleich zu Lederhandschuhen eine bis zu 5-mal höhere Schnittfestigkeit aufweisen.

Kugelsichere Weste aus Kevlar

Die bei weitem bedeutendste und nützlichste Verwendung von Kevlar fand in der Herstellung von Kevlar-Westen statt . Kevlar ist eines der wenigen Materialien, das buchstäblich Leben rettet, davon konnten sich bereits viele Angehörige der Armee, des Sicherheitspersonals oder der Polizei überzeugen.

Die aktuelle Generation moderner schusssicherer Kevlarwesten kann ihren Trägern neben dem Schutz vor Hochgeschwindigkeitsgeschossen bereits einen relativ hohen Tragekomfort bieten.

Das Prinzip der schusssicheren Weste funktioniert vereinfacht so:

Die Weste ist aus mehreren Lagen Kevlar genäht, die fest miteinander verbunden sind. Kevlar-Fasern absorbieren die kinetische Energie des Projektils, wodurch die Fähigkeit des Projektils verringert wird, in den Körper einzudringen. Ohne ausreichende Durchschlagskraft werden die Geschosse anschließend unschädlich.

In dem Moment, in dem eine Kugel oder ein anderes Hochgeschwindigkeitsprojektil auf das Kevlar trifft, halten die Fasern das Projektil buchstäblich an Ort und Stelle und leiten seine kinetische Energie ab, die sie dann absorbieren. Das Geschoss befindet sich somit in einem Gewebe aus festen Fasern, deren Aufgabe es ist, die Energie des Aufpralls zu absorbieren und abzubauen. Zusätzliche Energie wird von jeder weiteren Materialschicht in der Weste absorbiert, bis das Geschoss vollständig zum Stillstand kommt. Dieser Vorgang wird auch durch eine relativ großflächige Bekleidung erleichtert, die sich bei der Beseitigung sogenannter stumpfer Traumata (Verletzungen innerer Organe durch die Wucht eines Aufpralls, nicht eines eingedrungenen Geschosses) bewährt hat.

Und was ist am Ende hinzuzufügen? Die Möglichkeiten, wie diese wundersame Erfindung genutzt werden kann, scheinen endlos und wir können es kaum erwarten zu sehen, was uns diese Entdeckung noch bringen wird.