力大無比的“凱芙拉”纖維
有句成語叫“千鈞一發”,比喻用一根頭發係上千鈞(一鈞等於30斤)的重物,是極危險極玄乎的事,這比喻非常形象。不過,假如有人用不到一根鉛筆粗的繩子吊起一輛4000斤(兩噸)的汽車,你信不信呢?這根繩可不是鋼絲繩,而是一種化學合成纖維編的繩子。乍一聽,許多人都不敢相信。於是推銷這種繩子的技術人員當場給人們作了一次讓你不能不信的精彩表演。
他們開來一輛吊車,在吊車下停了一輛重兩噸的小麵包車。工作人員當場用一根6毫米粗的繩子將小麵包車捆起來,然後掛在吊車上。不一會,吊車的長臂慢慢升起,小麵包車就懸空吊了起來。
是什麼東西作的繩子,這樣力大無比呢?原來它是一種叫芳香族聚酰胺纖維製成的,國外把這種纖維叫“凱芙拉”。大家知道,鋼絲繩的強度也不底,但要和這種“凱芙拉”比起來,可以說是“小巫見大巫”,差多了!據檢測,“凱芙拉”的強度是鋼絲繩的六倍,而它的密度(或者說重量)卻隻有鋼絲的五分之一。因此若用“凱芙拉”和鋼絲比賽,看1毫米粗的繩子誰吊起的重量大,那“凱芙拉”肯定是“絕對冠軍”。
這種“凱芙拉”是怎樣製造出來的呢?說來也相當簡單,它是冷戰時期軍備競爭的產物。60~70年代是美蘇兩國爭奪海空優勢、拚命發展高性能飛機和艦船的時代。而高性能飛機和艦艇的基礎就是高性能材料。誰能研究出重量輕而又強度高的材料,誰的飛機就飛得快,跑得遠,省燃料。於是都不惜花重金研究重量輕、強度高的材料。而已有的金屬材料,比重通常都比較大,即使是鋁這種輕金屬,比重也有27(密度為2699克/立方厘米),而且強度也不太高。因此,美國杜邦公司的一班科研人員決定另辟蹊徑。
1968年,杜邦公司發現聚對苯二甲酰對苯二胺一類的芳香族聚酰胺纖維具有極高的強度,且在零下45攝氏度直到200攝氏度的溫度範圍都能保持不變,有極好的強韌性和尺寸穩定性。比如,用做結構材料的“凱芙拉”49的強度高達280~370公斤/平方毫米,比鋁或鈦等金屬的強度高得多。其收縮率和抗蠕變性也相當好,可以說是理想的航空材料“坯子”。
這樣,杜邦公司在1972年開始成批生產“凱芙拉”,到80年代中,“凱芙拉”就生產了21000噸,首先用於軍用飛機,使這些飛機輕裝,速度特快。以後又擴大到民用飛機,例如,美國波音飛機公司的767型機使用“凱芙拉”和碳纖維製成的複合材料機身,使整個機身的重量減輕了一噸,僅此一項就使燃料消耗比波音727型機節省了30%,成為非常叫好的輕質高強度航空材料。
由於“凱芙拉”驚人的高強度,英國國防部一個研究機構從1984年開始用“凱芙拉”研製出防彈衣。結果非常令人鼓舞,穿這種防彈衣後,可使重傷者減少30%,死亡減少40%。而戴鋼盔一般隻減少重傷15%,死亡減少20%。穿防彈衣的士兵仍可能因炮彈(流彈)、地雷,或手榴彈彈片受傷,但是不會被彈片穿透身體,也不會受致命傷,隻是像挨了一重錘砸傷那樣。英國軍隊在1987年有2000名士兵首次試穿大批生產的這種防彈衣,都認為這種防彈衣可以保住性命,而且在受傷三天後即可基本恢複健康,對醫務人員的壓力也大大減輕。
隨著“凱芙拉”的產量增加,成本逐漸降低。它的用途也日益擴大。現在有許多汽車的輪胎簾子線也采用“凱芙拉”,因為它強度高,可以減少簾布的層數,從而減少了輪胎的重量,節省車輛的燃料用量。現在“凱芙拉”已廣泛用於纜繩、高壓軟管、運輸帶、空氣支撐的頂篷材料、高壓容器、火箭發動機外殼、雷達天線罩;還在高層建築物中代替鋼筋等等,不勝枚舉。