Alíkoviny

Géniem díky tvrdohlavosti: Vlákno pětkrát silnější než ocel

Někdy nestačí jen náhoda, aby vynález spatřil světlo světa. Někdy se musí k náhodě přidat i pořádná dávka tvrdohlavosti. To je případ vlákna pětkrát silnějšího než ocel.

Z kevlarových vláken se vyrábějí i skafandry. Ilustrační foto | foto: ESA

Neházet písek do soukolí!

Výroba syntetických materiálů byla v polovině šedesátých let dvacátého století dost vyspělá. Nikoho už nepřekvapilo, když se dočetl o nějaké nové odolné tkanině nebo pružné umělé hmotě. Společnosti na výrobu chemických látek měly k dispozici celá oddělení, jejichž jediným úkolem bylo vynalézat nové materiály. Avšak i na vědce, pro které je hledání nečekaného každodenní rutinou, může ještě čekat nějaké překvapení. 

Změna plánu

Stephanie Kwoleková vystudovala chemii, aby se připravila na kariéru lékařky. Aby si však na medicínská studia vydělala, musela si najít práci.

Fotogalerie

Roku 1946 se dostavila na pohovor u společnosti DuPont. Pohovor šel velice dobře, ale když jí oznámili, že se jí ozvou, řekla, že potřebuje nabídku ihned. A tak ji dostala. Začala pracovat pro DuPont a už tam zůstala.

Roku 1964 Kwoleková pracovala ve Výzkumné laboratoři pro průkopnické projekty, spadající ve společnosti DuPont pod oddělení textilií. Toto oddělení vlastně udělalo z chemických objevů vědu. Chemici vždy vybrali nějaké nadějné kandidáty – monomery – a různě je kombinovali a vytvářeli polymery.

Polymer potom roztavili a poslali na zvláknění. Na oddělení zvlákňování se roztavený polymer protlačil tenkou tryskou, ve které se molekuly polymeru seřadily jedna za druhou a vytvořily dlouhé vlákno. To se potom poslalo testovacímu oddělení, kde se změřily jeho fyzikální vlastnosti. Celý tento systém byl navržen tak, aby byl vývoj syntetických vláken co nejefektivnější. Ani v takovém organizovaném prostředí však věci nemusí jít vždycky hladce.

Ocelově pevné

Na počátku šedesátých let hledala Výzkumná laboratoř pro průkopnické projekty jeden specifický produkt: lehké, vysoce odolné vlákno, které by mohlo nahradit ocelové kordy v automobilových pneumatikách. Vědci ze společnosti DuPont si totiž uvědomili, že spotřeba vozu bude dříve či později důležitým faktorem. Kdyby bylo možné nalézt materiál stejně pevný jako ocel, jen lehčí, mohla by se spotřeba snížit, aniž by se omezil výkon vozu.

Kwoleková pomohla vytvořit Nomex – polymer odolný vůči vysokým teplotám. Dnes je Nomex důležitou složkou ochranného vybavení hasičů a užívá se také běžně jako elektrický izolant. Kwoleková se domnívala, že monomer podobný tomu, který tvoří polymer Nomexu, by se mohl použít na výrobu nějakého vysoce pevného vlákna.

Narazila však na jeden problém. Polymer, který vyrobila, se ne a ne roztavit. A neroztavitelný polymer nemůže být zvlákněn. Kwoleková to tedy zkusila jinak. Smíchala polymer s rozpouštědlem a látka se zkapalnila. Něco ale nesedělo. Kapalné polymery měly připomínat tuhý, průsvitný tekutý med. Tato směs vypadala jako zkalená voda.

Kwoleková odnesla kapalný polymer na zvláknění, ale vědci na oddělení nechtěli látku do svého stroje nalít. Obávali se, že by kapalina, kterou Kwoleková přinesla, mohla obsahovat drobné částečky, jež by ho ucpaly. Kwoleková látku přefi ltrovala a zjistila, že se jedná o homogenní kapalný polymer a že v něm žádné pevné částečky nejsou. Vzala ho tedy znovu na zvláknění. Ani tentokrát nechtěli vědci riskovat poškození vybavení. Kwoleková se ale nevzdávala a nakonec jí tu zakalenou kapalinu tryskou protlačili a vytvořili nádherné vlákno. Konečně měla Kwoleková svůj produkt. Vzala ho tedy na testy. A výsledkům nemohla uvěřit. 

Připravenost a touha

Testy ukázaly, že látka je devětkrát tužší než cokoli, co do té doby vyrobila. Byla pětkrát silnější než ocel. Takové výsledky byly úžasné, lepší, než v jaké mohla Kwoleková doufat. Byly ale určitě správné? Poslala látku na testy ještě jednou. A ještě jednou. Nakonec se nechala přesvědčit.

Když o tom řekla kolegům, byli nadšení. Uvědomovali si význam takového objevu. Pochybnosti o sloučenině, kterou vytvořila, Kwoleková odvrátila opakovanými testy, jež ji přesvědčily, že látka stojí za prozkoumání. Později zjistila, že kalnost kapaliny byla způsobena tím, že se z polymeru vytvářel tekutý krystal. Přestože polymery tvoří dlouhé řetězce, většina z nich se trochu kroutí a zamotává a může se dokonce i lehce rozvětvovat různými směry. Polymer, který vytvořila Kwoleková, byl téměř dokonale rovný.

Když látku rozpustila a zkapalnila, na některých místech se molekuly seřadily jedna vedle druhé a na jiných se překřížily, což kapalině dodalo onen kalný vzhled. Ještě že byla Kwoleková tak neodbytná, neboť nejpevnější vlákno, které nalezla, dnes známe jako Kevlar. Používá se při výrobě skafandrů, visutých mostů, brzdových destiček do aut i letadel, lyží, lodí, bezpečnostních přileb – tedy všude, kde je za potřebí pevnost v odlehčeném provedení. Při hledání neznámého objevila Kwoleková nečekané a připravenost a touha jí umožnily příležitosti využít.       

Jistě a bezpečně

Nejznámější využití materiálu DuPont Kevlar a dalších chemických látek ze stejné třídy je výroba neprůstřelných vest. Vesty se skládají z několika vrstev kevlarových vláken a každá z nich je tvořena protkanými nebo vrstvenými provazci. Vlákna jedné vrstvy jsou v tahu tak pevná, že při zásahu kulky se síla střely rozloží a vlákna nepřetrhne. Je-li střela tak silná, že projde první vrstvou, bude druhá vrstva reagovat úplně stejně. Než se kulka dostane k poslední – obvykle sedmé vrstvě, je síla natolik rozložená, že kulka již nemá dostatečné množství energie na to, aby pronikla do těla.

Když projektanti na marylandské základně americké armády Edgewood Arsenal vyvinuli první kevlarovou neprůstřelnou vestu, podrobili ji sérii testů a zjistili, že odolnost vláken vůči průstřelu se sníží, když vesta zvlhne, když je vystavena ultrafialovému záření, když se odbarví nebo několikrát vypere.

Proto se neprůstřelné vesty Kevlar chrání před vystavením světlu a vodě. Kalný roztok Stephanie Kwolekové začal jako ošklivé káčátko v laboratoři, ale pro tisíce policistů, kterým kevlarová vesta zachránila život, se stal atraktivní společnicí.

Omylem géniem

Některé objevy z historie lidstva jsou dílem čiré náhody. Ta vedla k převratným myšlenkám a vynálezům. Z knihy Omylem géniem ti v seriálu pěti dílů přináší Alík.cz vybrané příběhy, které změnily svět.

Omylem géniem, COOBOO 2013, pro čtenáře od 12 let.

Autor:
  • tisknout
  • sdílet
  • máte tip?

Diskuse

to sem musel dát nějakej vědec

docela chytré to by mně nenapadlo

Silnější?

Kamarádi, zrovna u mě na stole leží kousek dřeva a kousek oceli....

počet příspěvků: 2, poslední 05.05.2013 08:36

Vstup do diskuse

Jinde na Alíkovi