[Có thể bạn chưa biết] Áo chống đạn hoạt động như thế nào?

Tính đến năm 1975, để quảng bá cho sản phẩm áo giáp chống đạn, Richard Davis đã tự bắn vào ngực mình tới 192 lần, nhưng ông vẫn hoàn toàn khỏe mạnh. Mặc dù việc chơi đùa với súng là vô cùng nguy hiểm, nhưng sau nhiều cuộc thử nghiệm, Davis đã quyết định lấy thân mình làm vật thí nghiệm để chứng minh độ hiệu quả của áo chống đạn mà ông đã phát triển. Dưới sự chứng kiến của mọi người, Davis chỉ bị một chút đau nhức và vài vết xước nhỏ, điều này khiến những người chứng kiến phải trầm trồ và đặt câu hỏi làm thế nào một món đồ nhẹ và linh hoạt như vậy có thể chặn được đạn.


Bí mật nằm ở vật liệu, một loại sợi tổng hợp được phát minh cách đó 10 năm bởi nhà hóa học Stephanie Kwolek. Tại DuPont, nơi bà làm việc, đã tạo ra nylon, sợi tổng hợp đầu tiên trên thế giới, và họ muốn bà phát triển một vật liệu bền và nhẹ hơn để sản xuất lốp xe hàng loạt.

Giống như tất cả các sợi tổng hợp khác, nylon là một polymer - một chuỗi dài chứa các phân tử monomer. Một số polymer được tạo thành từ cùng một loại monomer được lặp đi lặp lại nhiều lần, trong khi số khác lại liên kết nhiều monomer khác nhau theo một quy luật nhất định. Mỗi loại phân tử monomer khi được tham gia vào liên kết sẽ tạo nên các đặc tính độc đáo riêng.


Để khai thác những ưu điểm của nylon, Kwolek đã bắt đầu một quá trình dài thử nghiệm và thất bại, kết hợp các monomer theo những cách mới. Kết quả của nỗ lực này là một loại polymer rất đặc biệt, được đặt tên là Kevlar được hình thành, Kevlar là sự kết hợp luân phiên của phân tử 1,4-phenylene-diamine và terephthaloyl chloride, tạo thành một chuỗi song song. Khi ở trạng thái bình thường, các chuỗi này sắp xếp thẳng hàng, định hình cho vật liệu. Tuy nhiên, khi bị áp lực tác động lên, vật liệu sẽ phân tán lực ra xung quanh.

Đây là một dạng polymer có tính đàn hồi cao chưa từng thấy trước đây, và khi đội ngũ của Kwolek kéo vật liệu này thành sợi, kết quả còn vượt xa mong đợi của họ. Các sợi Kevlar không chỉ linh hoạt mà còn chịu được nhiệt độ cao, axit và nhiều loại hóa chất khác. Khi được dệt lại với nhau, chúng có độ bền gấp 5 lần thép và hết sức dẻo dai.


Các phân tử phi kim thường liên kết nhờ vào lực hấp dẫn giữa hạt nhân và một số lượng nhất định electron. Trong khi đó, kim loại được bao quanh bởi một “biển” electron chung nên cần một lượng năng lượng lớn để phá vỡ các liên kết này. Liên kết nguyên tử của Kevlar yếu hơn so với kim loại. Tuy nhiên, Kevlar bù đắp cho điểm yếu này bằng một số lượng lớn các liên kết hydrogen. Khi các sợi chuỗi polymer của Kevlar được dệt thành vải, độ bền này được nhân lên đáng kể.


Khi viên đạn va vào Kevlar, mạng lưới các chuỗi polymer chặt chẽ sẽ hấp thụ một lượng lớn năng lượng, phân tán lực ra xung quanh trong khi vẫn giữ chặt các chuỗi phân tử thông qua các liên kết hydrogen. Ngay cả khi viên đạn có đủ năng lượng để xuyên qua Kevlar, nó sẽ di chuyển chậm hơn đáng kể với lực phá hủy ít hơn nhiều.


Dù vậy, Kevlar không phải là bất khả xâm phạm. Các lực tác động vẫn có thể được cảm nhận qua lớp vải, và các sợi của nó dần mất đi độ bền dưới ánh sáng cực tím. Tuy nhiên, Kevlar vẫn là một trong những vật liệu linh hoạt được sử dụng rộng rãi nhất trên Trái Đất. Ngày nay, Kevlar được các công ty tin dùng để sản xuất nhiều sản phẩm như mũ bảo hiểm, thuyền kayak, tàu vũ trụ, ô tô,… và nhất là lốp xe nhờ vào khả năng chống va đập, độ bền cao và tính linh hoạt mà nó mang lại.

Nguồn: TED-Ed