Aramid và UHMWPE là hai họ sợi siêu bền làm nên phần lớn găng chống cắt, tay áo chống cắt và quần áo chống cháy trong bảo hộ lao động. Aramid (gồm meta-aramid và para-aramid, nổi tiếng nhất là Kevlar do Stephanie Kwolek tìm ra năm 1965) vừa bền vừa không nóng chảy, nên hợp với việc vừa có cạnh sắc vừa có nhiệt. UHMWPE nhẹ, trơn, mát tay, chống cắt rất tốt nhưng nóng chảy ở khoảng 140–150 °C, nên chỉ dùng cho việc không có nhiệt.
Vì sao sợi thường dễ đứt
Lưỡi dao cắt được sợi vải vì nó tập trung lực lên một điểm rất nhỏ, tách các phân tử polymer khỏi nhau. Ở sợi thông thường như cotton, polyester, các chuỗi phân tử nằm khá lộn xộn, liên kết giữa chúng yếu, lưỡi dao dễ đi qua. Sợi siêu bền khác ở chỗ chuỗi phân tử dài và xếp thẳng hàng song song dọc theo sợi, giống bó đũa được bó chặt thay vì đống tăm đổ lộn xộn. Lực kéo hay lực cắt phải phá rất nhiều liên kết cùng lúc mới làm đứt sợi.
Aramid: từ phòng thí nghiệm năm 1965
Stephanie Kwolek và para-aramid
Năm 1965, Stephanie Kwolek, nhà hoá học làm việc tại tập đoàn DuPont (Mỹ), đang tìm sợi bền nhẹ để gia cố lốp xe. Bà thu được một dung dịch polymer đục, loãng, khác hẳn những gì đồng nghiệp quen thấy, và kiên trì đề nghị kéo thử thành sợi. Sợi thu được bền khác thường. Đó là khởi đầu của para-aramid, được thương mại hoá đầu thập niên 1970 dưới tên Kevlar. Dung dịch kỳ lạ ấy là dạng tinh thể lỏng: các phân tử tự xếp thẳng hàng ngay từ trong dung dịch, nên sợi kéo ra có cấu trúc rất trật tự.
Meta-aramid: sợi chịu nhiệt
Họ hàng của nó là meta-aramid, cũng được phát triển trong thập niên 1960. Meta-aramid không bền kéo bằng para-aramid, nhưng nổi bật ở khả năng chịu nhiệt và không bắt cháy duy trì: gặp lửa nó hoá than, dày lên, tạo lớp cách nhiệt, chứ không chảy nhỏ giọt như polyester. Đồ chống cháy cho cứu hoả, thợ điện (chống hồ quang), công nhân luyện kim thường dùng meta-aramid hoặc pha meta với para.
Điểm mạnh, điểm yếu của aramid
- Mạnh: bền kéo rất cao so với khối lượng; không nóng chảy, chỉ bắt đầu phân huỷ ở nhiệt độ rất cao; chống cắt tốt; chịu được tiếp xúc nhiệt ngắn.
- Yếu: tia cực tím làm yếu sợi theo thời gian (màu vàng tự nhiên sẫm lại); thuốc tẩy gốc clo phá sợi; khả năng chịu mài mòn và chịu nén kém hơn độ bền kéo của nó.
UHMWPE: nhựa thông thường, xếp hàng phi thường
UHMWPE là polyetylen phân tử lượng siêu cao, cùng họ hoá học với túi nilon, can nhựa, nhưng chuỗi phân tử dài gấp nhiều lần. Từ cuối thập niên 1970, các nhà nghiên cứu ở Hà Lan phát triển kỹ thuật kéo sợi từ dạng gel, kéo giãn để chuỗi phân tử xếp thẳng hàng gần như hoàn toàn. Trong bảo hộ lao động, sợi này hay được gọi là sợi HPPE (polyetylen hiệu năng cao).
- Mạnh: bền kéo rất cao so với khối lượng; nhẹ, nổi trên nước; bề mặt trơn, lưỡi dao dễ trượt; cảm giác mát tay vì dẫn nhiệt dọc sợi tốt; chịu hoá chất tốt.
- Yếu: nóng chảy ở khoảng 140–150 °C, nên không dùng gần nhiệt, tia hàn, vật nóng; trơn nên khó bám nếu không phủ lớp bám ở lòng bàn tay.
So sánh nhanh
| Para-aramid | Meta-aramid | UHMWPE (HPPE) | |
|---|---|---|---|
| Chống cắt | Tốt | Vừa | Rất tốt so với khối lượng |
| Chịu nhiệt | Tốt, không chảy | Rất tốt, hoá than tạo lớp cách | Kém, chảy ở khoảng 140–150 °C |
| Cảm giác | Hơi cứng, màu vàng | Mềm hơn | Trơn, mát, mềm |
| Nhạy với | Tia cực tím, thuốc tẩy clo | Tia cực tím (mức thấp hơn) | Nhiệt |
| Đồ bảo hộ hay gặp | Găng chống cắt chịu nhiệt, tay áo, chỉ khâu chịu nhiệt | Quần áo chống cháy, chống hồ quang | Găng chống cắt nhẹ, tạp dề chống cắt |
Sợi chỉ là một nửa: cách dệt và sợi pha
Găng chống cắt hiếm khi làm từ một loại sợi duy nhất. Để đạt mức chống cắt cao mà găng vẫn mỏng, nhà sản xuất thường bọc sợi HPPE hoặc aramid quanh lõi sợi thuỷ tinh hoặc sợi thép mảnh. Lõi cứng làm cùn lưỡi dao, lớp bọc giữ cho găng mềm. Lòng bàn tay thường được nhúng phủ nitrile, PU hoặc latex để bám và chống dầu.
Vì vậy hai chiếc găng cùng ghi "aramid" có thể khác nhau rất xa về mức chống cắt. Thứ cho biết găng chống cắt tới đâu là cấp chống cắt trong chuẩn EN 388 in trên găng (thang số và chữ A–F), có bài riêng trong danh mục giày, găng và quần áo bảo hộ. Bài này chỉ giải thích vì sao vật liệu bên trong làm được việc đó.
Chống cắt không phải chống đâm
Lưỡi dao kéo ngang và mũi nhọn đâm thẳng là hai kiểu lực khác nhau. Sợi siêu bền chặn lưỡi kéo ngang tốt; mũi kim, đầu dây thép, mảnh thuỷ tinh nhọn có thể len giữa các sợi đan và đâm xuyên dù găng chống cắt cấp cao. Người làm với kim tiêm, dây thép buộc, cành gai cần đồ được đánh giá riêng về chống đâm, không tin chữ "chống cắt".
Một điểm quan trọng nữa: găng chống cắt không dùng khi làm với máy có bộ phận quay như máy khoan bàn, máy tiện. Sợi càng bền, găng càng khó đứt khi bị cuốn, tay bị kéo theo.
Những sợi chống cháy khác
Aramid không phải lựa chọn duy nhất cho đồ chống cháy. Sợi modacrylic tự có khả năng chống cháy, thường được pha với cotton hoặc sợi khác cho quần áo chống hồ quang điện. Cotton và viscose có thể được xử lý hoá chất chống cháy. Mỗi loại có giá thành, độ bền giặt, cảm giác mặc khác nhau. Điều chung: đồ chống cháy phải đạt chuẩn đúng với mối nguy của nghề, và không mặc sát người bằng áo sợi tổng hợp dễ chảy bên trong.
Giữ đồ aramid, HPPE bền
- Giặt theo nhãn; tránh thuốc tẩy gốc clo, nhất là với aramid.
- Không phơi nắng gắt lâu ngày; cất trong bóng râm.
- Găng HPPE: không để gần bếp, ống xả, kim loại vừa hàn.
- Kiểm tra trước mỗi ca: thủng, sờn, sợi lõi lòi ra, lớp phủ bong là thay.
- Găng dính dầu nặng có thể giảm bám và giảm hiệu quả; giặt hoặc thay theo hướng dẫn nhà sản xuất.
Mang về dùng ngay
Chọn vật liệu theo mối nguy
- Chỉ có cạnh sắc, không nhiệt (cắt kính nguội, tôn, bếp lạnh): HPPE hoặc pha HPPE.
- Cạnh sắc + nhiệt (tôn vừa cắt nóng, kính nóng, đúc): aramid.
- Lửa, hồ quang, kim loại nóng chảy: đồ chống cháy có meta-aramid hoặc vật liệu chống cháy chuyên dụng, đúng chuẩn của nghề.
- Kim, dây thép nhọn: đồ được đánh giá chống đâm.
- Máy có bộ phận quay: không đeo găng.
Câu hỏi thường gặp
Kevlar là gì, ai phát minh?
Kevlar là tên thương mại của sợi para-aramid. Nhà hoá học Stephanie Kwolek ở DuPont tìm ra polymer này năm 1965 khi tìm sợi gia cố lốp xe; sợi được thương mại hoá đầu thập niên 1970. Trong bảo hộ lao động, para-aramid dùng cho găng chống cắt chịu nhiệt.
Găng chống cắt HPPE có chịu nhiệt không?
Không. Sợi HPPE (UHMWPE) nóng chảy ở khoảng 140–150 °C, nên không dùng gần lửa, tia hàn hay vật nóng. Việc vừa có cạnh sắc vừa có nhiệt nên chọn găng aramid.
Aramid và UHMWPE khác nhau thế nào?
Cả hai đều là sợi siêu bền chống cắt. Aramid không nóng chảy, chịu nhiệt tốt nhưng sợ tia cực tím và thuốc tẩy clo. UHMWPE nhẹ, trơn, mát tay, chống cắt rất tốt so với khối lượng nhưng chảy ở nhiệt độ thấp.
Găng chống cắt có chống đâm kim không?
Không chắc. Chống cắt là chặn lưỡi kéo ngang; mũi kim, dây thép nhọn có thể len giữa các sợi đan và đâm xuyên. Việc có vật nhọn cần đồ được đánh giá riêng về chống đâm.
Đồ chống cháy làm bằng gì?
Đồ chống cháy chuyên dụng thường dùng meta-aramid, pha meta và para-aramid, cotton xử lý chống cháy hoặc các sợi chống cháy khác. Điểm chung là gặp lửa thì hoá than, không chảy nhỏ giọt dính vào da như polyester.
