เคฟลาร์และเส้นใยเคฟลาร์คืออะไร: คำอธิบายคุณสมบัติของเส้นด้ายและผ้า

แม้ว่าเส้นใยเคฟลาร์จะถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อหลายปีก่อน แต่ผู้คนยังคงประหลาดใจกับคุณสมบัติพิเศษของเส้นใยเคฟลาร์ วัสดุชนิดนี้ได้ปฏิวัติวงการผ้าที่ออกแบบมาเพื่อการปกป้องด้วยพารามิเตอร์และคุณลักษณะต่างๆ

เคฟลาร์: มันคืออะไรล่ะ?

ผ้าที่ทำจากเส้นใยสังเคราะห์ที่มีโครงสร้างเป็นผลึกเรียกว่าเคฟลาร์ ความแข็งแกร่งอันน่าเหลือเชื่อของผ้าเกิดจากวงแหวนเบนซินซึ่งอยู่ในหน้าตัดของผลึก เมื่อพิจารณาจากคุณสมบัติแล้ว วัสดุนี้แข็งแรงและทนทานกว่าโลหะ ในขณะที่บางและเบามาก

ทุกคนรู้จักเคฟลาร์แตกต่างกันออกไป ทุกคนเรียนรู้ว่าเคฟลาร์คืออะไรจากสถานการณ์ในชีวิตบางอย่าง เยาวชนยุคใหม่คุ้นเคยกับวัสดุชนิดนี้จากเกม Rast ซึ่งตัวละครจะได้รับข้อเสนอให้ซื้อชุดเกราะและกระสุนที่ทำจากเคฟลาร์ คนรุ่นเก่าเชื่อมโยงเส้นใยกับเสื้อผ้าป้องกันและอุปกรณ์กีฬา

ความเป็นมาโดยย่อ

ในปี 1975 วัสดุที่เรียกว่า Kevlar ได้เปิดตัวสู่ตลาดเป็นครั้งแรก และเริ่มเป็นที่ต้องการอย่างมากในทันที ซึ่งยังคงเพิ่มขึ้นทุกวัน พอลิเมอร์ชนิดพิเศษนี้ได้รับมาจากห้องทดลองของบริษัทดูปองต์ที่มีชื่อเสียงระดับโลก โดยอย่างเป็นทางการ ผู้สร้างคือนักเคมี Stephanie Kwolek

ในเวลานั้น มีการใช้เคฟลาร์เป็นวัสดุเสริมแรงสำหรับยางรถยนต์ ต่อมาได้มีการนำไปประยุกต์ใช้ในวัสดุคอมโพสิต อุปกรณ์กีฬา และผลิตภัณฑ์สายเคเบิลต่างๆ ผ้าเคฟลาร์เริ่มถูกนำมาใช้ในการผลิตอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล

การผลิตผ้าเคฟลาร์

เมื่อได้เรียนรู้เกี่ยวกับวัสดุนี้เป็นครั้งแรก หลายคนก็มักจะถามคำถามว่าจะทำเคฟลาร์จากอะไร เพื่อให้ได้เคฟลาร์ จะต้องนำแคลเซียมคลอไรด์และเมทิลไพร์โรลิโดนมาผสมกัน จากนั้นจึงเติมรีเอเจนต์พิเศษลงไป ซึ่งจะปลดปล่อยสารที่มีคุณสมบัติคล้ายผลึกเหลวออกมา กระบวนการนี้ดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำ

ด้านนอก พอลิเมอร์ที่ได้จะเป็นเศษหรือเจลที่ผ่านการล้างและทำให้แห้ง จากนั้นจึงผ่านเครื่องปั่นด้าย ทำให้เกิดเส้นใยและเส้นด้าย ไม่ยากเลยที่จะเดาว่าเส้นด้ายเคฟลาร์คืออะไร เส้นใยที่ได้จะถูกบิดเป็นเส้นด้ายซึ่งประกอบเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปแล้ว หลังจากนั้นจะส่งไปยังอ่างตกตะกอนอีกครั้งเพื่อล้างและทำให้แห้ง

ลักษณะทางเทคนิคและคุณสมบัติ

ลักษณะทางเทคนิคและคุณสมบัติของ Kevlar นั้นมีความเป็นเอกลักษณ์อย่างแท้จริง โดยคุณสมบัติหลักคือมีความแข็งแรงเชิงกลสูง ในขณะเดียวกัน มวลและความหนาแน่นก็ค่อนข้างต่ำ

เคฟลาร์เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติต้านทานการยืดตัวและดับไฟได้เอง โดยไม่ไหม้หรือละลาย จะเริ่มสลายตัวเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 430 องศาเท่านั้น เมื่อถูกความร้อนสูง ความแข็งแรงจะเริ่มลดลง ไม่ใช่ทันที แต่เมื่อเวลาผ่านไประยะหนึ่ง

ทนทานต่อตัวทำละลายอินทรีย์และการกัดกร่อน และมีโมดูลัสความยืดหยุ่นสูง เมื่อได้รับอิทธิพลจากอุณหภูมิต่ำ ไม่เพียงแต่จะไม่เสื่อมสภาพเท่านั้น แต่ยังแข็งแรงขึ้นอีกด้วย ทนทานต่อการตัดและมีค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะต่ำ

พื้นที่การประยุกต์ใช้เคฟลาร์

แม้ว่าจะมีการใช้งานอย่างแพร่หลายและเป็นที่ต้องการ แต่คนส่วนใหญ่ก็ยังไม่ทราบว่าเคฟลาร์คืออะไร แม้ว่าเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงชนิดนี้จะมีการใช้งานที่หลากหลายมานานหลายทศวรรษแล้วก็ตาม

Kevlar ส่วนใหญ่ใช้ในพื้นที่ซึ่งคุณสมบัติต่อไปนี้มีความสำคัญ:

• ความทนทานต่อการสึกหรอ
• เสถียรภาพทางความร้อน;
• ความแข็งของโครงสร้างต่ำ
• ความเบาที่สำคัญ
• มีความแข็งแรงดีในน้ำหนักเบา

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสมเหตุสมผลที่ผ้าเคฟลาร์จะถูกนำมาใช้ในการผลิตอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล เสื้อผ้าต่างๆ สำหรับบุคลากรทางทหารและหน่วยรบพิเศษ

อุตสาหกรรมการบิน

คุณสมบัติของเคฟลาร์ว่าเป็นวัสดุประเภทใดนั้นเป็นที่ทราบกันดีในอุตสาหกรรมการบิน โดยเคฟลาร์ถูกนำไปใช้ในการผลิตยานบินไร้คนขับหลายรุ่นเพื่อการป้องกัน

อุปกรณ์ป้องกันภัยส่วนบุคคล

คุณสมบัติทางกลทำให้เส้นใยเคฟลาร์เหมาะสำหรับการผลิตเกราะป้องกันส่วนบุคคล หมวกต่อสู้ เสื้อเกราะกันกระสุน และหน้ากากกันกระสุนสำหรับป้องกันใบหน้าก็ผลิตจากเส้นใยเคฟลาร์เช่นกัน

ด้วยเกราะเคฟลาร์ กองกำลังทหารของประเทศต่างๆ จึงสามารถสร้างหน้ากากกันกระสุนและผ้าปิดหน้าสำหรับลูกเรือยานเกราะได้ นอกจากนี้ เกราะของเรือบรรทุกเครื่องบินชั้นนิมิตซ์ยังทำด้วยเคฟลาร์อีกด้วย

เสื้อเกราะกันกระสุนที่ทำจากเส้นใยเคฟลาร์ถือเป็นวัสดุที่มีคุณภาพสูงสุด เกราะประเภทนี้สามารถป้องกันกระสุนปืนจากการโจมตีแบบเฉียดฉิว ลดแรงปะทะของกระสุนปืน และป้องกันการเจาะทะลุและกระจายของสะเก็ดกระสุน วัสดุที่ใช้มีน้ำหนักเบา แข็งแรง และมีความทนทานเป็นพิเศษ

ในขณะเดียวกัน เมื่อให้ความสำคัญกับผลิตภัณฑ์เคฟลาร์ เช่น เสื้อเกราะกันกระสุน ควรคำนึงด้วยว่าโพลิเมอร์มีคุณลักษณะบางประการ เนื่องจากเกราะมีความอ่อน จึงไม่สามารถป้องกันกระสุนปืนระยะเผาขนหรือกระสุนเจาะทะลวงด้วยมีดหรือสว่านได้ จึงได้มีการพัฒนาโมเดลพิเศษที่มีแผงแข็งพิเศษขึ้นเพื่อจุดประสงค์ดังกล่าว ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือไวต่อแสง เมื่อได้รับแสงแดดอย่างต่อเนื่องและยาวนาน วัสดุจะเริ่มเสื่อมสภาพลงทีละน้อย

เนื่องจากเส้นใยเคฟลาร์ถือเป็นวัสดุที่มีราคาแพง จึงยังไม่มีการ "เคลือบเคฟลาร์" ทั่วไป มีเพียงประเทศที่พัฒนาแล้วทางเศรษฐกิจเท่านั้นที่สามารถจัดหาผลิตภัณฑ์สัมผัสที่ทำจากวัสดุชนิดนี้ให้กับกองทัพและหน่วยของตนได้

การป้องกันมือ

ถุงมือยุทธวิธีที่มีแผ่นเคฟลาร์แทรกใช้เพื่อป้องกันมือจากความเสียหายเมื่อชนกับฟันของศัตรู รวมถึงเพิ่มแรงกระแทกอย่างมีนัยสำคัญ ถุงมือดังกล่าวเรียกอีกอย่างว่าสนับมือทองเหลืองแบบสมัยใหม่ อุปกรณ์เสริมดังกล่าวเป็นที่ต้องการอย่างมากในหมู่พนักงานของหน่วยเฉพาะทาง รวมถึงผู้ที่ชื่นชอบกีฬาผาดโผน ผู้ที่ชื่นชอบกิจกรรมกลางแจ้ง และนักสู้ข้างถนน ความนิยมดังกล่าวอธิบายได้ด้วยความทนทาน ทนต่อความชื้นและความเสียหาย รวมถึงความอบอุ่น มือที่สวมถุงมือดังกล่าวจะได้รับการปกป้องอย่างเต็มที่

อุปกรณ์กีฬา

สโนว์บอร์ด เรือ ไม้พาย สกี และหมวกกันน็อคกีฬาที่ทำจากเคฟลาร์มีน้ำหนักเบาและทนทานสูง อุปกรณ์กีฬาที่ทำจากวัสดุนี้ได้รับความนิยมจากทั้งนักกีฬาสมัครเล่นและมืออาชีพ

วัสดุชนิดนี้จะช่วยลดแรงสั่นสะเทือนให้เหลือน้อยที่สุด ทำให้สามารถทนต่อแรงเสียรูปได้โดยไม่เกิดความเสียหาย เนื่องจากวัสดุมีคุณสมบัติเป็นพลาสติก จึงทำให้ผลิตภัณฑ์ได้รับการปกป้องจากความเสียหายร้ายแรงต่างๆ เช่น การถูกกดทับ นอกจากนี้ วัสดุชนิดนี้ยังปลอดภัยและเชื่อถือได้อย่างสมบูรณ์แม้จะอยู่ภายใต้แรงกระแทกสูง

นอกจากนี้ เคฟลาร์ยังใช้เป็นวัสดุบุผิวยางจักรยานบางชนิด ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการเกิดรอยเจาะได้ โดยไม้ปิงปองจะเคลือบเคฟลาร์หลายชั้นเพื่อเพิ่มการตีกลับและลดน้ำหนัก นอกจากนี้ เคฟลาร์ยังใช้ทำเสื้อผ้าที่ปลอดภัยสำหรับผู้ขับขี่มอเตอร์ไซค์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้แทนชิ้นส่วนพลาสติกเพื่อปกป้องไหล่และข้อศอก

พื้นที่การใช้งานอื่น ๆ

ตัวบ่งชี้ความเสถียรทางเคมีและเชิงกลที่สูง รวมถึงความแข็งแกร่งของเคฟลาร์ทำให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายในหลากหลายสาขา วัสดุนี้ถือเป็นวัสดุที่มีเทคโนโลยีสูงที่สุดชนิดหนึ่งในโลกยุคใหม่

ส่วนใหญ่มักใช้เพื่อวัตถุประสงค์ต่อไปนี้:

• เป็นเส้นใยเสริมแรง - ใช้ทำให้วัสดุมีน้ำหนักเบาและแข็งแรง ใช้เสริมความแข็งแรงให้กับสายเคเบิลและป้องกันไม่ให้สายเคเบิลขาดหรือยืดออก
• อยู่ในกระบวนการผลิตข้อเทียมออร์โธปิดิกส์
• สำหรับการผลิตเชือก ผลิตภัณฑ์ต่างๆ จะโดดเด่นในเรื่องความทนทานต่อการกัดกร่อน ความน่าเชื่อถือ น้ำหนักเบา และไม่นำไฟฟ้า เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้ เชือกจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในงานต่อเรือและเหมืองแร่ แทนที่สายเคเบิลเหล็ก
• ในการผลิตวัสดุไฮบริดที่เรียกว่าคาร์บอน-เคฟลาร์ จะใช้เพื่อสร้างตัวเรือที่มีความสามารถพัฒนาความเร็วได้อย่างมีนัยสำคัญ
• สำหรับการผลิตวัสดุก่อสร้างชนิดใหม่ที่มีความแข็งแรงเป็นพิเศษที่เรียกว่าคอนกรีตเคฟลาร์ ซึ่งใช้ทำแผ่นปูถนน หินสำหรับผนังด้านหน้าอาคาร อนุสาวรีย์ ขอบทาง บันได และอื่นๆ อีกมากมาย ในขณะเดียวกัน วัสดุก่อสร้างดังกล่าวก็ค่อนข้างแพงเนื่องจากใช้เคฟลาร์
• สำหรับการผลิตสายตกปลา - หากบุคคลนั้นประกอบอาชีพตกปลา เขาจะให้ความสำคัญกับอุปกรณ์ที่มีคุณภาพสูงเท่านั้น นอกจากนี้ ถุงมือเคฟลาร์จะขาดไม่ได้สำหรับการตกปลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจับปลาดุกหรือปลาไพค์
• สำหรับการผลิตการป้องกันห้องข้อเหวี่ยง - ให้ระดับความต้านทานสูงต่อความเสียหายทางกล ทนความร้อนได้และมีระดับความต้านทานสูงต่อสารเคมี ในขณะเดียวกัน คอมโพสิตเคฟลาร์มีราคาถูกกว่าเมื่อเปรียบเทียบกัน

ปัจจุบันมีการใช้เส้นใยเคฟลาร์ในหลากหลายสาขา แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะจินตนาการถึงการป้องกันแบบพาสซีฟโดยไม่มีวัสดุชนิดนี้ และเสื้อเกราะกันกระสุนและหมวกกันน็อคก็ได้ช่วยชีวิตผู้คนไว้มากมายแล้ว