Skip to content Skip to navigation

Çelikten Daha Güçlü Sentetik Lifler

Dr. Zeynep Bilgici
04/01/2016 - 14:35

Kimya bölümünden mezun olan Stephanie Kwolek, çocukluğundan beri hayalini kurduğu tıp alanında okuyabilmek için para biriktirmek istiyordu. Bu parayı toplamak için Dupont firmasında geçici olarak işe başladı. Ancak yaptığı işi çok sevince tıp hedefinden vazgeçti ve kariyerine Dupont’ta devam etmeye karar verdi.

Polimer alanında araştırmalar yapan Kwolek, 1965 yılında otomobil lastiklerinde kullanılabilecek yeni malzemeler üzerinde çalışmaya başladı. Amacı dayanıklı ve hafif lifler üretmekti. Bu nedenle poliamit bazlı polimerler sentezliyordu. Sentezlediği polimerlerden elyaf üretilebilmesi için de polimerlerin çözeltisini hazırlıyordu. Hazırladığı çözeltiler arasında akışkanlığı suya benzeyen bulanık sıvı, diğer polimerlerle hazırladıklarından farklıydı. Aslında bu düşük viskositeli (sıvının akmaya karşı gösterdiği direnç), bulanık çözelti daha sonraki işlemler için pek de uygun görünmüyordu. Hatta bu nedenle çözeltiyi elyafa çevirme işlemini gerçekleştirecek teknisyen, cihaza zarar verir çekincesiyle bu örneği denemek istemese de Kwolek çalışmalarına bu polimerle devam etme konusunda kararlıydı. Kwolek teknisyeni ikna etti ve lifler hazırlandı. Sonuç ikisi için de şaşırtıcıydı. Bu bulanık çözeltiden elde edilen lifler o zamana kadar üretilenlerden çok daha dayanıklıydı. Emin olmak için deneyler defalarca tekrarlandı ve sonuç değişmedi. Kwolek’in sentezlediği bu polimer Kevlar ticari adıyla şirketin en önemli ürünleri arasına girdi. Ardından farklı şirketlerin patentlediği benzer yapıda polimerler üretilmeye başlandı.

Sentetik olan, yani doğada bulunmayan, ancak laboratuvar ortamında sentezlenebilen bu polimerler, amin ve asit klorür tepkimesinden oluşur. Yapılarında amit bağları ve benzen halkaları vardır. Bu nedenle aromatik poliamit ya da diğer bir ifadeyle aramid grubunda yer alırlar. Aramid aslında bir naylon türevidir, ancak yapısı nedeniyle naylonun diğer türevlerinden sertlik, darbeye ve ısıya karşı dayanıklılık gibi özellikler açısından farklılıklar gösterir.

Aramid polimerler, amit gruplarının benzen halkalarına bağlandıkları konuma göre sınıflara ayrılır. Amit gruplarının para pozisyonunda yani birbirine en uzak konumda bulundukları aramidlerde, bir diğer ifadeyle para aramid bileşiklerde amit gruplarının bu yerleşimi polimer zincirleri arasında hidrojen bağları oluşmasını sağlar, böylece kristal yapıya sahip olan bu polimerler aynı ağırlıktaki çelikten yaklaşık beş kat daha güçlü hale gelir. Elektrik iletkenliği de düşük olan bu lifler yüksek sıcaklığa ve kimyasal maddelere karşı çok dayanıklıdır.

Bu polimerler, kurşun geçirmez yelekler başta olmak üzere balistik koruma ürünlerinde yaygın olarak kullanılır. Kurşun geçirmez yelekler polimer liflerinin birbirine sıkıca geçtiği birkaç katmandan üretilir. Mermi yüzeye çarptığında darbenin olduğu noktadan başlayan ve merminin hızına bağlı olarak değişen bir şok dalgası meydana gelir. Mermi, enerjisinin büyük bölümünü temas ettiği liflere aktarır. Bu etkiyle liflerin yapısında gerilme, çekme gibi değişimler olur ve bu sayede enerjinin büyük miktarı emilir. Hızı kesilen mermi zemine takılır. Yeleğin alt tabakasında kalan lifler ise mermi ile doğrudan temas etmez. Böylece merminin darbe enerjisi geniş bir alana yayılarak noktasal etkisini kaybeder ve vücuda girmesi engellenir.

Şimdiye kadar pek çok kişinin hayatını kurtaran bu polimerlerden sadece balistik koruma ürünleri değil yanmayan giysilerden paraşütlere, fiber optik kablolardan spor malzemelerine kadar farklı ürünler üretilebiliyor.

Ancak aramid lifleri morötesi ışın altında bozulabiliyor, nemden etkilenebiliyor, kolay  kesilemiyor ve işlenemiyor. Bütün bu dezavantajlarına rağmen diğer sentetik polimerlere göre üstün özellikler taşıyan bu polimerler güvenlik, otomobil, spor ve benzeri pek çok sektörde yaygın olarak kullanılıyor.

Kaynaklar:

İlgili İçerikler

Kimya

Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesinde çalışan Dr. Hnin Yin Yin Nyein ve arkadaşları, teri analiz eden bir sensör geliştirdi. Sensörün tasarımı ve üretimi Science Advances’ta yayımlanan makalede detaylı bir biçimde açıklandı.

Kimya

Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü ve Northwestern Üniversitesinde çalışan bir grup araştırmacı elektrik üretmek için yeni bir yöntem geliştirdi. İnce pas (demir oksit) katmanları üzerinde akan tuzlu suyun kinetik enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü yöntemle ilgili makale Proceedings of the National Academy of Sciences (USA)’da yayımlandı.

Kimya

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde kolaylıkla bulabileceğiniz malzemelerle hidrofobik kaplama yaparken akıllı yüzeylerin doğadaki örneklerini ve kullanım alanlarını öğreniyoruz.

Kimya

ABD’deki Rutgers Üniversitesinden ve Oregon Eyalet Üniversitesinden araştırmacılar, üzerine baskı yapılan kâğıtların geri dönüştürülmeye ihtiyaç olmaksızın tekrar kullanılması için kâğıt üzerindeki baskının çıkarılmasını sağlayan bir yöntem geliştirdi.

Kimya

Plastikler günlük yaşamımızın bir parçası. Kolay şekillendirilebilmeleri, maliyetlerinin düşük olması, ısı ve elektrik yalıtımı sağlamaları gibi özellikleri nedeniyle yaygın olarak kullanıyorlar. Peki, plastiksiz bir dünya mümkün mü? Biyoplastikler, plastiklerin neden olduğu sorunlara çözüm olabilir mi?

Kimya

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde çeşitli kimyasal maddeler kullanarak ve elektrik devresi kurarak yazı yazarken kimyanın alt dallarından biri olan elektrokimyayı daha yakından tanıyoruz.

Kimya

Arşimet prensibine göre su ve hava gibi herhangi bir akışkana bırakılan bir katı cisme akışkan tarafından cismin ağırlığının karşı yönünde yani yukarı doğru bir kuvvet uygulanır. Suya bırakılan katı cisimlere uygulanan bu kuvvete suyun kaldırma kuvveti denir. 

Kimya

Bir periyodik tabloda elementler yapısal özelliklerine göre kategorilere ayrılarak sınıflandırılır. Fakat periyodik tablonun nasıl okunacağı yani periyodik tablodan neler öğrenebileceğimiz bazı önemli fizik kurallarına bağlıdır. 

Kimya

Araştırmacılar maddenin yeni bir halini keşfetti. Deneysel ve kuramsal çalışmalar potasyum metalinin yüksek basınç ve sıcaklık altında hem katı hem de sıvılara benzer özelliklere sahip olduğunu gösteriyor. 

Kimya

İnsan vücudu sürekli ısı yayar. Uzak geçmişte bu ısıyı düzenlemenin tek yolu daha kalın ya da daha ince kıyafetler giymekti. Geçtiğimiz yüzyılda kumaşlar üzerine yapılan bilimsel çalışmalarsa bu durumu değiştirdi. Günümüzde uzun mesafe koşucularının vücutlarını serin tutan ya da dağcıların vücutlarını sıcak tutan kumaşlar var.