محتويات
ما هو الكيفلار
الكيفلار هو مادة صناعية وليست طبيعية ويعد من أقوى المواد الصناعية صلابة، فهو نوع من البلاستيك القوي بما يكفي لصد رصاصة، ويوصف الكيفلار بأنه أقوى ب5 مرات من الفولاذ، وله الكثير من الاستخدامات والتطبيقات في العالم الحديث.
والكيفلار في جوهرة هو بوليمر (يعتبر نوع من البلاستيك فائق القوة) يتم صنعه عن طريق عملية البلمرة التي تجمع جزئيات السلسلة الطويلة معًا، وترجع خاصية الصلابة التي يتمتع بها الكيفلار إلى الطريقة التي يتم بها ترتيب جزيئاته بشكل طبيعي، حيث تترتب على شكل خطوط متوازية منتظمة، وأيضًا تساهم طريقة تحويله إلى ألياف متماسكة في منحه جزء من صلابته.
وقد تم اختراع مادة الكيفلار في عام 1965 بواسطة الكيميائية ستيفاني كووليك Stephanie L. Kwolek، وذلك أثناء عملها في شركة دوبونت، حيث توقعت في عام 1964م حدوث نقص في الغاز، وبدأت العمل مع فريقها للتوصل إلى حل خفيف الوزن لإنتاج إطارات تظل قوية ومتينة، ومع ذلك ، لم يبدأ استخدام تلك المادة تجاريًا حتى السبعينيات عندما بدأ استخدامه لاستبدال الفولاذ في إطارات سيارات السباق.
كيف يصنع الكيفلار
تتم عملية إنتاج الكيفلار على مرحلتين:
- تشمل المرحلة الأولى مادة كيميائية تسمى بولي بارا فينيلين تيريفثالاميد، وهي الاساس لصنع الكيفلار.
- أما المرحلة التالية، فتشمل تحويل المادة إلى ألياف قوية.
وتتعلق الخطوة الأولى بالكيمياء، أما الثانية فتتعلق بتحويل المنتج الكيميائي الناتج إلى مادة أكثر فائدة وعملية.
ويسمح التركيب الكيميائي لمادة الكيفلار أن تتخذ شكل خيوط أو قضبان مستقيمة صغيرة وهذا يحدث بشكل طبيعي في جزيئات المادة، التي تتجمع بشكل وثيق مع بعضها البعض، تخيل على سبيل المثال أنك تضع مجموعة من الأقلام الرصاص في علبة وتحشوها بإحكام، فهذا يجعلها تتراص بشكل تلقائي، وهذا ما يحدث مع ألياف كيفلار.
ثم تبدأ جزيئات تلك الألياف بتشكيل روابط هيدروجينية بينها وبين البعض وهذا يمنحها قوة إضافية، تمامًا وكأنك تضع مادة لاصقة فوقها، وهذا السلوك الذي تتخذه جزئيات هذا البوليمر تسمى السلوك النيماتيكي أو التنظيم الذاتي.
لكن تلك الألياف مثل أي ألياف أخرى موجودة في الطبيعة يجب غزلها معًا لتكون نسيج واحد، ويتم ذلك من خلال عملية تسمى الغزل الرطب.
وخلال تلك العملية يتم إمرار محلول ساخن ومركز ولزج للغاية من بولي بارا-فينيلين تيريفثالاميد من خلال مغزل (معدن يشبه المنخل قليلاً) لجعله طويلاً، فتتكون ألياف رقيقة وقوية وصلبة يتم تصفيتها داخل صهاريج، بعد ذلك يتم قطع الألياف إلى الطول المطلوب ونسجها في حصيرة صلبة لصنع مادة نهائية فائقة القوة والصلابة التي نعرفها باسم كيفلار.
مميزات مادة الكيفلار
من خصائص الكيفلر التي تجعله مميز في الاستخدام، أنه:
- قوي وخفيف في نفس الوقت، كما ان قوة الشد والسحب لمادتي الكيفلار أكبر بحوالي 8 مرات من قوة الشد والسحب للأسلاك الفلاذية.
- كما أنه لا يذوب على عكس معظم الأسلاك البلاستيكية، كما أنه جيد فيي تحمل درجات الحرارة، ويتحلل فقط عند درجة حرارة 850 مئوية تقريبًا.
- ويمكن أن يشتعل الكيفلار لكن الاحتراق يتوقف عند إزالة مصدر الحرارة.
- كما أن درجات الحرارة المنخفضة جدًا لا تؤثر على الكيفلار، وقد وجدت بعض الشركات التي أجرت تجارب على مادة الكيفلار أنه لم يتدهور حتى بعد تعرضه لدرجة حرارة -196 درجة مئوية.
- كما أنه يمكن أن يقاوم التعرض للعديد من المواد الكيميائية المختلفة، وبالرغم من أن التعرض طويل الأمد للأحماض أو القواعد يؤدي لتدهوره مع مرور الوقت، لكنه أشد تحملًا لتلك الظروف من أي مواد أخرى.
عيوب مادة الكيفلار
بالطبع كما توجد مميزات للكيفلار يوجد عيب فيها يجعلها غير مناسبة للاستخدام بدلًا من الفولاذ كمادة بناء أولية في أشياء مثل المباني والجسور والهياكل الأخرى، وهو أن تلك المادة تتمتع بقوة ضغط ضعيفة جدًا أي أنها لا تتحمل الضغط العالي.
أيضًا أحد العيوب الرئيسية للكيفلار أنه غير مقاوم للماء ولا يمكن وضعه في ضوء الشمس المباشر، لأنه عند تعرضه لتلك الظروف تفقد أليافه كثافتها وتقل فعاليتها، وهذا هو السبب في أنك ترى في الغالب الكيفلر يستخدم كبطانة داخلية أو جوهر في المنتجات.[1]
استخدامات مادة الكيفلار
- السترات الواقية من الرصاص
يمكن استخدام الكيفلار بمفرده أو كجزء من مادة مركبة لإعطاءه قوة إضافية، وقد يكون أشهر استخدام للكيفلار هو استخدامه في صنع في السترات الواقية من الرصاص والدروع الواقية للسكين.
وترجع أهمية الكيفلر في هذا الاستخدام إلى أنه ماة خفيفة الوزن، وهذا يسمح لضباط الشرطة والحراس الشخصيين والعسكريين بالتحرك بسرعة وبحرية دون القلق بشأن الجزء الأكبر من ارتداء الدروع،
مناعة الكيفلر تجعله مناسب لصنع سترات الحماية للعسكريين، وليس لضباط الشرطة الذين يتعاملون مع أنواع خفيفة فقط من الرصاص.
وعادةً ما تحتوي السترات الواقية من الرصاص على 8-16 طبقة على الأقل من الكيفلار، لكن هناك أيضًا بعض السترات التي تحتوي على 32-48 طبقة أو أكثر.
- المعدات الرياضية
يتم استخدام مادة الكيفلار أيضًا في المواد الأساسية التي يصنع منها ألواح التزلج على الجليد والزلاجات وذلك لأن الجمع بين كونه خفيف الوزن وقويًا بشكل لا يصدق يجعل فرص كسر اللوح أو الزلاجات عند الاصطدام أقل احتمالية بشكل ملحوظ، كما أنه يسمح بمزيد من التوتر والفسحة عند اجتياز المنحدرات.
أيضًا تستخدم مادة الكيفلر في صنع البطانة الداخلية لإطارات الدراجات التي تستخدم في السباقات، لأن هذا يساعد في منع حدوث ثقوب في الإطارات، ويزيد من العمر الافتراضي للإطار .
أيضًا يستخدم الكيفلار لصنع الجزء الداخلي من مضارب تنس الطاولة لأنه يسمح للكرة بالارتداد إلى مسافة أبعد من استخدام المجاديف الخشبية التقليدية.
كما بدأت العديد من شركات تصنيع الأحذية الرياضية في استخدام تلك المادة في منتجاتها منذ عام 2013م، ومنها شركة nike، حيث وجد أنه ينتج أحذية رياضية أفضل.
- يستخدم في مجال التكنولوجيا
حتى هاتفك يمكن أن يحتوي على Kevlar بداخله، حيث تستخدم شركات الهاتف الآن الكيفلار في الهياكل الخلفية للهواتف ، لأن هذا يساعد هذا في حماية الأجزاء الداخلية للهاتف في حالة سقوطه أو تلفه.
- الآلات الموسيقية
يستخدم للكيفلار أيضًا في صنع رؤوس الطبول حيث يسمح الكيفلار لقرع الطبل بمقاومة التأثير المتسق والمكثف الناتج عن قرع الطبول.
- يستخدم في التصنيع والإنتاج
كما أن الكيفلار يتم استخدامه في إنتاج الخراطيم والأحزمة والمواد الأخرى التي يمكن أن تحتاج للاستفادة من الدعم الإضافي الذي يقدمه هذا البوليمر.
- صناعة المركبات
أيضًا أحد أهم الاستخدام التي انتشرت مؤخرًا لتلك المادة هي صناعة الملابس الواقية لعمال البناء وغيرهم من أصحاب الأعمال المشابهة حيث تساعد قوة الكيفلار بشكل كبير في تقليل الإصابات الناتجة عن الجروح والخدوش، بالإضافة إلى ما إذا كان أي شيء سيسقط على العمال.
يتم استخدام الكيفلار على نطاق واسع في العديد من وسائل النقل المتنوعة، حيث يتم استخدامه لصنع قطع غيار الطائرات وقطع غيار السيارات والمركبات الأخرى مثل طائرات الهليكوبتر، وخاصة داخل الجيش. لكن ليست المركبات العسكرية فقط هي التي بدأت في دمج الكيفلار، حيث يتم استخدامه الآن لاستبدال الأسبستوس في تيل الفرامل. [2]
