الاستعمالات التي لا تحصى لألياف الكيفلار الأقوى من الفولاذ

ترجمة: ميشيل رحال، الكيمياء العربي
قد تكون قرأت حديثاً عن موت ستيفاني كووليك Stephanie Kwolek ، الكيميائية الأمريكية التي اكتشفت الكيفلار. معظم الناس قد سمعوا حديثاً بالكيفلار، وذلك في سياق الحديث عن السترات الواقية من الرصاص، لكن القليل يعرفون بالمجال الواسع لتطبيقاته، أو بالأسباب الكيميائية التي أعطته هذه القوة.
يمكن اعتبار أن اكتشاف الكيفلار هو محض صدفة. كانت كووليك يعمل في شركة DuPont للمواد الكيميائية، حيث كان يعمل على تطوير ليف يستخدم كمقوي خفيف الوزن لإطارات السيارات، عندما لاحظت أن بأن مزج القليل من بعض البوليميرات التي كان تعمل بها، قد شكلت محلولا رقيقاً وضبابياً. لم يعطى لهذا المحلول أهمية، مع ذلك فقد أرسلت عينة من المحلول لاختبارها، وقد وجد أنّ هذه المادة أقوى بكثير من ألياف أخرى كالنايلون. على الرغم من أنها لم تتابع لاحقاً تطوير تطبيقات الكيفلار، لن تكن تلك التطبيقات ممكنة بدون اكتشافها.
الكيفلار هو بوليمير، مادة مكونة من سلسلة طويلة من جزيئة ذات سلسلة طويلة، بحيث تكونت السلسلة من المئات من الجزيئات الأصغرت، تدعى المونوميرات. المونوميرات المستخدمة لتشكيل الكيفلار هي 1,4-فينيلين ثنائي الأمين وكلوريد التيرفتاويل. إنّ تسمية “كيفلار” هي الاسم التجاري للبوليمير، تسميته الكيميائية هي بولي بارافينيلين تيرفتالآميد. هذا هو مايحدث عادة مع بوليميرات أخرى، التفلون Teflon الموجود في الأواني وقدور القلي، له الاسم الكيميائي بولي تترافلويو إيتيلين.
إنّ خواص الكفلار مناسبة تماماً لاستخداماته. للمبتدئين، إن كثافته 1.4 g/cm3 هي أقل من الفولاذ 7.8 g/cm3; يعني ذلك بأنه خفيف الوزن بالمقارنة. هو أيضاً أقوى ب 5 مرات من الفولاذ على أساس مساواة الوزن. تأتي قوته من القوى ما بين الجزيئية ما بين السلاسل المتراصفة على بعضها لألياف بوليمير الكيفلار. تسمى هذه القوى ما بين الجزيئية بالروابط الهيدروجينية hydrogen bonding، إنّ التآثر الكهرومغناطيسي ما بين بعض ذرات الهيدروجين يؤثر في ذرة اوكسيجين أخرى. هناك قوة إضافية مشتقة من تآثر التراصف ما بين الحلقات العطرية السداسية وذلك بين السلاسل المتجاورة.
على عكس المواد البلاستيكية الأخرى، يتفكك الكيفلار عند درجات حرارة عالية مابين 427-4820C.
إنّ نقطة ضعف الكيفلار الوحيدة هي قوة الانضغاط. إنّ قوته للشد (الإجهاد التي تتحمله المادة عندما تطبق قوة تجعلها تمتط) مرتفع جداً، لكن قوته للانضغاط (الإجهاد الذي يمكن أن تتحمله المادة قبل أن تنكسر) هو 1/10 من إجهاد الشد. لهذا السبب لا يستخدم الكيفلار لتطبيقات تتطلب قوة ضغط عالية، مثل المواد البنائية.
أغلب التطبيقات المعروفة للكيفلار هي واقيات الرصاص، وواقيات الجسم، لكن أيضاً يملك استعمالات لا تحصى. يستخدم في لوحات القيادة وأجنحة الطائرات المقاتلة، لاسيما المقاتلة Eurofighter، وأيضاً حاويات الوقود لسيارات الفورمولا 1، من أجل تجنب تمزق الحاوية عند التكسر. تستخدم أيضاً في الملابس الواقية من النيران والقفازات من أجل استخدامها في لاستخدامات عامة. الكابلات و الحبال هي أيضاً من ضمن تطبيقات الكيفلار، تستخدم في الجسور المعلقة، كونه أقوى من الفولاذ ولا يتآكل. في النهاية، يستخدم أيضاً في الرياضة، حيث تضاف طبقات لريش البينغ بونغ لجعلهم أكثر خفة ولتحسين قوة ارتدادها. يستخدم أيضاً في أوتار بعض مضارب التنس.
يمكن متابعة تطبيقات الكيفلار من خلال هذا الموقع