Transcription
Перекладач: Хані Ельдаліс. До 1975 року Річард Девіс отримав постріл у груди з близької відстані 192 рази. Але він не просто був здоровий, Девіс сам випустив кожен з цих пострілів як частину демонстрації продажу свого нового продукту: куленепробивного жилета. Грати з вогнепальною зброєю завжди погана ідея, але після тестування своєї конструкції на порожніх жилетах, Девіс переконався, що отримання пострілу самому є єдиним способом довести ефективність жилета. І коли люди бачили, як Девіс відходить з деяким пекучим болем та незначною раною, можливо, вони перестали сумніватися в його психічному здоров’ї та почали розмірковувати, як такий легкий та гнучкий одяг може зупинити кулю.
Секрет полягав у матеріалі: синтетичному волокні, винайденому за десятиліття до цього хіміком-матеріалознавцем Стефані Колек. Її роботодавці в DuPont досягли величезного успіху з нейлоном, першим у світі синтетичним волокном, і хотіли, щоб Колек створила щось міцніше, що можна було б використовувати для виробництва міцних та легких шин у великих обсягах. Як і всі синтетичні волокна, нейлон є полімером: довгим ланцюжком повторюваних молекул, або мономерів. В той час як деякі полімери повторюють один і той же мономер знову і знову, інші з’єднують багато мономерів за фіксованим шаблоном. Саме ці два параметри – молекули, що входять до складу, та як вони з’єднані між собою – надають кожному полімеру його унікальні властивості.
Тому, прагнучи ґрунтуватися на сильних сторонах нейлону, Колек почала тривалий процес проб і помилок, з’єднуючи різні мономери новими способами. І один з таких отриманих полімерів відразу ж виявився дуже дивним. Ця чергуюча суміш 1,4-фенілендіаміну та терефталоїлхлориду на молекулярному рівні утворює серію паралельних ланцюжків, які називаються кевларом. У стані спокою ці ланцюжки вишиковуються в суворі ряди, надаючи полімеру порядок та кристалічну міцність. Але під тиском ланцюжки перекручуються, дозволяючи матеріалу текти як рідина. Цей так званий рідкокристалічний полімер був безпрецедентним, і коли команда Колек перетворила в’язку рідину на волокна, результати перевершили їхні очікування. Волокна були не тільки гнучкими та стійкими до нагрівання, кислот та різних хімічних речовин, але й були міцнішими за сталь при сплетінні разом.
Метали неймовірно міцні завдяки своїм унікальним атомним зв’язкам. Тоді як неметалічні молекули зазвичай зв’язуються між собою за допомогою тяжіння між ядром та певною кількістю електронів, металеві ядра оточені морем спільних електронів. Потрібно багато енергії, щоб подолати силу та гнучкість цих незліченних зв’язків. Тому, коли куля вдаряється в сталеву пластину, матеріал зазвичай може поглинути всю енергію удару, перш ніж метал пробиється. Порівняйте це з кулею, яка б’є по дереву. Зв’язки, які утримують дерево разом, вимагають набагато менше енергії для розриву, тому куля може пройти через дерево на більшу відстань, ніж через метал.
Атомні зв’язки кевлара також слабкіші за металеві. Але вони компенсуються великою кількістю водневих зв’язків. Хоча вони не такі міцні, як атомні зв’язки всередині молекул, притягання атомів водню та атомів кисню між молекулами також вимагає величезної кількості енергії для подолання. І коли нитки ланцюжків полімеру кевлара сплітаються в тканину, ця міцність подвоюється. Коли куля вдаряється в кевлар, сітка щільно вирівняних, схожих на рідину ланцюжків поглинає величезну кількість енергії, сильно вібруючи, при цьому залишаючись приєднаними до сусідніх ланцюжків за допомогою водневих зв’язків. І навіть якщо куля має достатньо енергії, щоб пробити кевлар, вона буде рухатися набагато повільніше з набагато меншою руйнівною силою.
Звичайно, кевлар не є невразливим до всього. Сильні сили все ще можна відчути через тканину, і його волокна поступово втрачають свою міцність під ультрафіолетовим світлом. Крім того, нові рідкокристалічні волокна краще протистоять кислотам. Але винахід Колек залишається одним з найбільш універсальних та часто використовуваних матеріалів на Землі. Сьогодні компанії покладаються на легку стійкість до ударів та міцність кевлара в шоломах, каяках, космічних апаратах та автомобілях. Динаміки іноді використовують кевлар, тому що він може ефективно проштовхувати повітря і швидко досягати глухого кута при тимчасовій зупинці музики. І так, він також робить чудові шини.