Transcription
المترجم: Hani Eldalees
بحلول عام 1975، أصيب ريتشارد ديفيس برصاصة في صدره من مسافة قريبة 192 مرة. لكنه لم يكن يتمتع بصحة جيدة فحسب، بل أطلق ديفيس نفسه كل واحدة من هذه الرصاصات كجزء من مظاهرة لبيع منتجه الجديد: السترة المضادة للرصاص. دائمًا ما يكون اللعب بالأسلحة النارية فكرة سيئة، ولكن بعد اختبار تصميمه على سترات فارغة، أصبح ديفيس مقتنعًا بأن تلقي رصاصة بنفسه هو الطريقة الوحيدة لإثبات فعالية السترة. وعندما رأى الناس ديفيس يبتعد ببعض الألم اللاذع وجرح بسيط، ربما توقفوا عن التشكيك في سلامته العقلية وبدأوا يتساءلون كيف يمكن لقطعة ملابس خفيفة ومرنة كهذه أن توقف رصاصة.
كان السر يكمن في المادة: ألياف اصطناعية اخترعتها قبل عقد من الزمن كيميائية مادية تدعى ستيفاني كوليك. حقق أرباب عملها في DuPont نجاحًا كبيرًا مع النايلون، أول ألياف اصطناعية في العالم، وأرادوا أن تصنع Kwolek شيئًا أقوى يمكن استخدامه لإنتاج إطارات متينة وخفيفة الوزن بكميات كبيرة. مثل جميع الألياف الاصطناعية، النايلون عبارة عن بوليمر: سلسلة طويلة من الجزيئات المتكررة، أو المونومرات. بينما تكرر بعض البوليمرات نفس المونومر مرارًا وتكرارًا، يقوم البعض الآخر بربط العديد من المونومرات بنمط ثابت. إن هذين المتغيرين - الجزيئات المتضمنة وكيفية ارتباطها ببعضها البعض - هما اللذان يمنحان كل بوليمر خصائصه الفريدة. لذلك، سعيًا للبناء على نقاط القوة في النايلون، بدأ Kwolek عملية طويلة من التجربة والخطأ، حيث جمع العديد من المونومرات بطرق جديدة. وكانت إحدى هذه البوليمرات الناتجة غريبة جدًا على الفور. يتحد هذا المزيج المتناوب المكون من 1.4-فينيلين-ديامين وكلوريد تيريفثالويل على المستوى الجزيئي ليشكل سلسلة من السلاسل المتوازية، ويُطلق عليه اسم كيفلر.
في حالة الراحة، تتماشى هذه السلاسل في صفوف صارمة، مما يعطي ترتيب البوليمر والقوة البلورية. ولكن عند الضغط، تتلوى السلاسل، مما يسمح للمادة بالتدفق مثل السائل. كان هذا ما يسمى بالبوليمر البلوري السائل غير مسبوق، وعندما قام فريق Kwolek بتحويل السائل اللزج إلى ألياف، كانت النتائج أفضل مما كانوا يأملون. لم تكن الألياف مرنة ومقاومة للحرارة والحمض والمواد الكيميائية المختلفة، بل كانت أيضًا أقوى من الفولاذ عند نسجها معًا.
المعادن قوية بشكل لا يصدق بسبب روابطها الذرية الفريدة. عندما ترتبط الجزيئات غير المعدنية عادةً ببعضها البعض عن طريق التجاذب بين النواة وعدد محدد من الإلكترونات، فإن النوى المعدنية محاطة ببحر من الإلكترونات المشتركة. يتطلب الأمر الكثير من الطاقة للتغلب على قوة ومرونة هذه الروابط التي لا تعد ولا تحصى. لذلك عندما تصطدم رصاصة بلوحة فولاذية، يمكن للمادة عادةً امتصاص كل طاقة التأثير قبل ثقب المعدن. قارن هذا برصاصة تضرب الخشب. تتطلب الروابط التي تربط الخشب معًا طاقة أقل بكثير للكسر، وهذا هو السبب في أن الرصاص يمكن أن ينتقل عبر الخشب لمسافة أبعد من المعدن.
كما أن روابط كيفلر الذرية أضعف من الروابط المعدنية. لكنها تعوض بعدد كبير من الروابط الهيدروجينية. على الرغم من أنها ليست قوية مثل الروابط الذرية داخل الجزيئات، إلا أن جذب ذرات الهيدروجين وذرات الأكسجين بين الجزيئات يتطلب أيضًا قدرًا هائلاً من الطاقة للتغلب عليها. وعندما يتم نسج خيوط سلاسل بوليمر Kevlar في القماش، تتضاعف هذه القوة. عندما تصطدم رصاصة بكيفلر، تمتص شبكة السلاسل شديدة المحاذاة الشبيهة بالسائل كميات هائلة من الطاقة، وتهتز بعنف بينما لا تزال تتشبث بالسلاسل المجاورة لها عبر روابط هيدروجينية. وحتى لو كانت الرصاصة تمتلك طاقة كافية لاختراق كيفلر، فإنها ستتحرك بشكل أبطأ بكثير مع قوة تدميرية أقل بكثير.
بالطبع، كيفلر ليس محصنًا ضد كل شيء. لا يزال من الممكن الشعور بالقوى القوية من خلال النسيج، وتفقد أليافه تدريجيًا قوتها تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية. بالإضافة إلى ذلك، فالألياف البلورية السائلة الجديدة تصمد بشكل أفضل ضد الأحماض. لكن اختراع Kwolek لا يزال أحد أكثر المواد تنوعًا واستخدامًا على وجه الأرض. تعتمد الشركات اليوم على مقاومة الصدمات الخفيفة والمتانة من Kevlar في الخوذات وقوارب الكاياك والمركبات الفضائية والسيارات. تستخدم مكبرات الصوت أحيانًا Kevlar لأنه يمكن أن يدفع الهواء بكفاءة ويصل بسرعة إلى طريق مسدود عند إيقاف الموسيقى مؤقتًا. ونعم، إنها تصنع أيضًا إطارات ممتازة.