Лыжник, умело лавирующий на снежном склоне, даже не подозревает о том, какой удивительный материал придает маневренность его лыжам. Этот загадочный материал используется в самолетах и кроссовках. В шинах, веревках и перчатках. В лодках, ботинках и бронежилетах.
Этот материал прочный. То есть очень прочный. Такой прочный, что его не пробить даже пулей. Еще он гибкий и очень легкий — сделанный из него каркас самолета весит на 360 килограммов меньше обычного. Когда-то о таком материале можно было только мечтать, а костюм из него был разве что у Супермена из знаменитого фильма. Но теперь он есть и у нас. Благодаря Стефани Кволек, которая изобрела кевлар, у нас появилось волокно, которое в пять раз прочнее стали и может использоваться для создания всего на свете — от лыж и парусников до космических кораблей.
Стефани работала химиком-исследователем в компании «Дюпон». Там она получила задание: найти прочное волокно следующего поколения.
«В то время ходили упорные слухи о возможном дефиците нефти, — объясняла Стефани. — И мы подумали, что, если сделать шины легче, станет легче и весь автомобиль. Тогда энергии на передвижение автомобиля потребуется меньше, и расход топлива сократится. А чтобы сделать шины легче, сохранив их прочность, нужно получить очень прочное, жесткое и легкое волокно».
Несколько месяцев Стефани экспериментировала с очень прочными полимерами. (Полимер — это химическое соединение, состоящее из повторяющихся структурных звеньев.) В один прекрасный день Стефани приготовила необычный раствор. Его перемешали, и он приобрел молочный, или жемчужный, отлив. Когда Стефани набрала немного раствора на шпатель и дала ему стечь, он оказался вязким, словно клей. И еще — струя была тонкая, как будто лилась вода. К ее удивлению, это был жидкокристаллический раствор — отчасти жидкость, отчасти твердый материал. Стефани сразу же подумала, что специалисты компании могут сделать из него волокно. Но техник, к которому она обратилась за помощью, отказался использовать раствор в аппарате для изготовления волокна, сказав, что в таком мутном и вязком растворе наверняка остались твердые частицы, которые забьют крохотные отверстия для формирования нитей.
Кевлар спас не одну жизнь. В 1987 году компания «Дюпон» начала записывать имена тех, кто выжил благодаря кевлару. Оказалось, что минимум 2274 полицейских остались живы благодаря бронежилетам с кевларом. А для пожарных делают удобные кевларовые ботинки, которым не страшны высокие температуры и острые предметы.
«Я вернулась в лабораторию и задумалась: что, если он прав? — рассказывала Стефани. — Я пропустила раствор через мелкопористый стеклянный фильтр-воронку, но он по-прежнему оставался мутным. Тогда я поняла, что твердых частиц в нем нет».
Стефани несколько недель уговаривала техника, мягко убеждая его попробовать сделать из раствора волокно. Наконец он согласился. Когда волокно было готово, Стефани послала его на проверку физикам, чтобы те определили свойства нового материала — в частности, выяснили, насколько он прочный и жесткий. Результат потряс всех. Стефани отправила волокно на экспертизу еще раз. А затем еще раз.
«Я не поверила полученным результатам, — вспоминала она. — Я подумала, что это какая-то ошибка, и решила никому об этом не рассказывать, чтобы не выставлять себя на посмешище».
В ходе испытаний, проводимых американским космическим агентством НАСА в конце 1990-х годов, на тросе из кевлара диаметром меньше карандаша и длиной 20 километров с космического челнока на орбиту пытались спустить экспериментальный спутник весом около 600 килограммов.
Но над Стефани и не думали смеяться. Ведь она изобрела удивительную технологию и создала волокно, которое навсегда изменило химию полимеров и позволило компании «Дюпон» заработать миллионы долларов. Стефани получила щедрую премию и давно положенное ей повышение по службе. На этапе разработок нового волокна к Стефани присоединились другие специалисты, и она отмечала, что некоторые из них вносили очень важный вклад в создание конечного продукта. В лаборатории царило всеобщее возбуждение, а также строжайшая секретность. Но все ли шло гладко?
«Проблем было множество! — вспоминала Стефани с улыбкой. — Волокно оказалось с характером, и мы неоднократно готовы были сдаться. Ну и конечно, нужно было отладить и продукт, и весь процесс, ведь без этого нельзя пустить волокно в коммерческое производство».
Девочкой Стефани любила вырезать для бумажных кукол замысловатые платья. Время от времени она тайком садилась за мамину швейную машинку и шила наряды из ткани. Стефани очень рано решила, что, когда вырастет, станет либо ученым, либо модельером. Изобретя кевлар, она добилась и того и другого.
Как говорила Стефани, проблемы поджидали на каждом шагу. И на каждом шагу приходилось узнавать что-то новое. Впервые кевларовое волокно было изготовлено на фабрике «Дюпон» в 1971 году. Сегодня кевлар проник повсюду. Его используют при создании сотен вещей, в том числе парусных лодок, теннисных ракеток и гоночных автомобилей. Кевларовые вставки в горных лыжах позволяют облегчить лыжу и снизить вибрацию. Кроссовки с кевларом крепче обычных, не так жестко обхватывают ногу и амортизируют нагрузки, снижая силу удара. На самом деле кевлар можно использовать везде, где требуется очень прочное, жесткое и легкое волокно. Есть идеи?
