Włókna Zylon bardziej wytrzymałe niż Kevlar

Zylon to nazwa handlowa włókien z poli(p-fenyleno-2,6-benzobisoksazolu w skrócie PBO), wprowadzonych do produkcji przez japońską firmę Toyobo Corporation. Technologia produkcji tego syntetycznego polimeru została opracowana przez SRI International (Stanford Research Institute) W USA w 1980 roku.

Włókna Zylon posiadają dwukrotnie większą wytrzymałość na rozciąganie niż włókna Kevlar oraz dwukrotnie większy moduł sprężystości E przy rozciąganiu (Zylon HM 5.8[GPa] i 270[GPa] a p-Aramid(HM) 2.8[GPa] i 109[GPa]. Materiał Zylon odznacza się bardzo wysoką odpornością na działanie ognia w porównaniu do innych włókien polimerowych. Palą się jedynie przy zawartości tlenu powyżej 68%, a taka ilość nie jest spotykana w naturalnych warunkach atmosfery ziemskiej.

Chemiczna struktura PBO (Zylonu)

Chemiczna struktura PBO (Zylonu)

Toyobo Corporation produkuje dwa rodzaje włókien: Zylon AS (z ang. as spun – jak przędza) oraz Zylon HM (z ang. high modulus – wysokomodułowe). Włókna Zylon charakteryzują się  wysoką stabilnością termiczną, ulegają one rozkładowi termicznemu w temperaturach powyżej 650°C. Włókna PBO wyróżniają się również doskonałą odpornością na ścinanie. Wykazują wysoką odporność chemiczną i stabilność wymiarów w warunkach wilgotności, przy jednoczesnym niskim współczynniku pochłaniania wilgoci na poziomie ok. 0,6 % (Zylon HM).

zylontabela

Wadą włókien Zylon jest ich duża wrażliwość na działanie światła w zakresie UV i światła widzialnego. Dlatego produkowane włókna muszą być nawijane na bębny w ciemności. Wytrzymałość włókien maleje dwukrotnie już po 100 godzinach ekspozycji na promieniowanie UV. Z tego powodu produkty wykorzystujące włókna Zylon wymagają stosowania dobrego pokrycia zewnętrznego. Niekorzystny wpływ na włókna ma także woda morska i przetarcia materiału

Wykres zależności odkształcenia w funkcji naprężenia dla różnych materiałów.

Wykres zależności odkształcenia w funkcji naprężenia dla różnych materiałów

Zylon jest produkowany w postaci włókien ciągłych, ciętych (roving), tkanin, dzianin i pulpy. Włókna wykorzystywane są jako półprodukty m.in. do produkcji rakiet tenisowych, kii golfowych, odzieży ochronnej (hełmy, kaski, rękawice, kamizelki kuloodporne), części bolidów F1, kabli wysokiego napięcia oraz materiałów wykorzystywanych w przestrzeni kosmicznej. Mimo swoich właściwości, stosowanie włókien Zylon w kamizelkach kuloodpornych wzbudza kontrowersje. W 2003 roku policjanci wyposażeni w kamizelki z włókien PBO odnieśli poważne rany (jeden z nich zmarł). Badania wykazały utratę zdolności ochronnych kamizelek kuloodpornych wykonanych z udziałem włókien Zylon wraz z upływem czasu. Na początku 2005 roku firma Armor Holdings produkująca kamizelki skróciła długość gwarancji nowych kamizelek z 60 do 30 miesięcy. W sierpniu 2005 roku, AHI zaprzestało produkcji kamizelek zawierających Zylon. Od 2011 kierowcy Formuły 1 używają kasków wzmocnionych Zylonem. Szeroki na 50 mm pasek wykonany z tego materiału zamontowano na całej szerokości wizjera. Nachodzi on w połowie na górną część kasku, a w połowie na samą szybkę, nie ograniczając widoczności. Model z 2011 roku, pokryty włóknem węglowym, był w stanie wytrzymać nacisk o sile 55 ton i przez 30 sekund utrzymać we wnętrzu kasku temperaturę nieprzekraczającą 70°C. Oprócz tego w bolidach F1 podwozia, nadwozia i kabiny wyposażone są w elementy z włókien Zylon.

Bolid F1 Force India VJM05 (2012). Kokpit zawiera elementy z włókien Zylonu.

Bolid F1 Force India VJM05 (2012). Kokpit zawiera elementy z włókien Zylonu.

Z włókien wykonuje się również olinowania jachtów, a NASA stworzyła zabezpieczenie w postaci splecionych pasm dla balonu zbierającego dane na dużych wysokościach. Zylon wykorzystywany jest przy produkcji tekstyliów przewodzących. Włókna przewodzące AmberStrand-Z produkowane przez Syscom Advanced Materials są pokryte niklem, miedzią, srebrem lub złotem. Włókna przewodzące łączą w sobie zalety Zylonu (wytrzymałość, odporność na wysokie temperatury, niska waga) z właściwościami elektrycznymi różnych metali.

Źródło:
[1] http://formula1-dictionary.net/zylon.html | 19.08.2013
[2] http://www.toyobo-global.com/seihin/kc/pbo/Technical_Information_2005.pdf | 19.08.2013
[3] Włókna w balistyce – dziś i jutro, M. Wesołowska, B. Delczyk-Olejniczak
[4] http://www.ddq74coujkv1i.cloudfront.net/_misc/BodyArmor/
MehlerZylon_DSM.pdf | 19.08.2013
[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Zylon | 19.08.2013
[6] http://www.moratex.eu/pliki/tww/2011_12/TWW_2011_1_2_art7.pdf | 19.08.2013
[6] F1 2012 Jerez test – Force India 2 by Chubbennaitor, Wikimedia Commons, CC BY 2.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *