How do bulletproof vests work? - Max G. Levy

Tłumaczenie: Agata Kurpisz Korekta: Hubert Stasik

By 1975, Richard Davis had been shot in the chest at close range 192 times.

W 1975 roku, Richard Davis otrzymał z bliska 192 strzały w klatkę piersiową.

But not only was he completely healthy,

Nie dość, że nic mu się nie stało,

each of these bullets had been shot by Davis himself

to jeszcze strzały oddał on sam,

as part of a demonstration to sell his new product:

w ramach pokazu swojego najnowszego produktu:

the bulletproof vest.

kamizelki kuloodpornej.

Playing with firearms is always a bad idea,

Zabawa bronią palną nigdy nie jest dobrym pomysłem,

but after testing his design on empty vests,

ale po przetestowaniu swojego planu na pustej kamizelce

Davis became convinced that taking a bullet himself was the only way

Davis uznał, że sam musi przyjąć kulkę,

to prove the vest’s efficacy.

by udowodnić skuteczność kamizelki.

And when people saw Davis walk away with just some stinging pain

Gdy ludzie zorientowali się, że Davis wyszedł spod ostrzału z byle zadrapaniem,

a minor cut,

they may have stopped questioning his sanity

przestali kwestionować jego rozsądek

and started wondering how such a light, flexible piece of clothing

i skupili się na tym, jakim cudem tak lekkie i elastyczne ubranie

could stop a bullet.

mogło zatrzymać kulę.

The secret was in the material:

Sekret tkwił w materiale -

a synthetic fiber invented a decade earlier

włóknie syntetycznym wynalezionym dekadę wcześniej

by a material chemist named Stephanie Kwolek.

przez chemiczkę zajmującą się materiałami, Stephanie Kwolek.

Her employers at DuPont had found huge success with nylon,

Jej pracodawcy w DuPont, odnieśli ogromny sukces dzięki nylonowi,

the world's first synthetic fiber,

pierwszemu włóknu syntetycznemu na świecie,

and they wanted Kwolek to create something even stronger

i poprosił Kwolek o stworzenie jeszcze mocniejszego materiału,

they could use to mass produce durable, lightweight tires.

z którego można by masowo wytwarzać lekkie, wytrzymałe opony.

Like all synthetic fibers, nylon is a polymer:

Tak jak wszystkie włókna syntetyczne, nylon jest polimerem,

a long chain of repeating molecules, or monomers.

czyli długim łańcuchem powtarzających się cząsteczek - monomerów.

While some polymers repeat the same monomer over and over,

Niektóre polimery składają się z identycznych monomerów,

others chain multiple monomers in a steady pattern.

inne zaś stanowią powtarzający się wzór z różnych monomerów.

It’s these two variables—

Te dwa czynniki -

which molecules are involved and how they bond to one another—

rodzaj monomerów i typ wiązania między nimi -

that give each polymer its unique properties.

przesądzają o właściwościach danego polimeru.

So, seeking to build on the strengths of nylon,

Dlatego żeby wzmocnić nylon,

Kwolek began a lengthy process of trial and error,

Kwolek podjęła się żmudnej pracy metodą prób i błędów,

combining various monomers in novel ways.

tworząc nowe kombinacje różnych monomerów.

And one of these resulting polymers was immediately very weird.

Jeden z otrzymanych polimerów od razu się wyróżnił.

Named Kevlar, this alternating blend of 1,4-phenylene-diamine

Tak zwany kevlar powstał z występujących na przemian 1,4-fenylenodiaminy

and terephthaloyl chloride combine at the molecular level

i chlorku tereftaloilu, połączonych na poziomie molekularnym

to form a series of parallel chains.

w serię równoległych łańcuchów.

At rest, these chains align in strict rows,

W zwykłych warunkach łańcuchy te układają się w równe rządki,

giving the polymer order and crystalline strength.

co zapewnia polimerowi wytrzymałość kryształu.

But when pressure is applied, the chains wriggle around,

Jednak pod naciskiem łańcuchy wyginają się,

allowing the material to flow like a liquid.

przez co materiał zaczyna zachowywać się jak ciecz.

This so-called liquid crystal polymer was unprecedented,

Ten tak zwany polimer ciekłokrystaliczny był dotychczas niespotykany.

and when Kwolek’s team spun the viscous fluid into a fiber,

Gdy zespół Kwolek uformował z lepkiej cieczy włókna,

the results were better than they could have hoped.

efekty przeszły najśmielsze oczekiwania.

Not only were the fibers flexible and resistant to heat, acid,

Włókna okazały się nie tylko elastyczne i odporne na ciepło, kwasy

and various chemicals,

i różne substancje chemiczne,

when woven together, they were also stronger than steel.

ale i mocniejsze od stali.

Metals are incredibly sturdy because of their unique atomic bonds.

Metale są niezwykle wytrzymałe ze względu na ich szczególne wiązania atomowe.

Where non-metal molecules are typically held together by the attraction

O ile cząsteczki niemetali spaja przyciąganie

between a nucleus and a set number of electrons,

pomiędzy jądrem a określoną liczbą elektronów,

metal nuclei are surrounded by a sea of shared electrons.

o tyle jądra metali otacza morze wspólnych elektronów.

It takes a ton of energy to overcome the strength and resiliency

Potrzeba dużo energii, by przezwyciężyć wytrzymałość i elastyczność

of these countless bonds.

tak wielkiej liczby wiązań.

So when a bullet hits a steel plate,

Gdy kula uderza w stalową płytę,

the material can usually absorb all the impact’s energy

ta pochłania zazwyczaj całą siłę uderzenia,

before the metal is pierced.

zanim zostaje przebita.

Compare this to a bullet hitting wood.

Inaczej jest w przypadku drewna.

The bonds holding wood together require much less energy to break,

Do zerwania spajających go wiązań potrzeba o wiele mniej energii,

which is why bullets can travel much further through wood than metal.

więc kule mogą przebyć w nim dłuższą drogę niż w metalu.

Kevlar’s atomic bonds are also weaker than metal’s.

Kevlar ma słabsze wiązania atomowe niż metal,

But it compensates with a huge number of hydrogen bonds.

ale ma za to mnóstwo wiązań wodorowych.

While not as strong as the atomic bonds within molecules,

Nie są one może tak mocne jak wiązania atomowe wewnątrz cząsteczek,

the attraction of hydrogen atoms and oxygen atoms between molecules

ale przezwyciężenie międzycząsteczkowego przyciągania się atomów wodoru i tlenu

also requires a huge amount of energy to overcome.

również wymaga ogromnej ilości energii.

And when threads of Kevlar’s polymer chains are woven into fabric,

A jeśli nici łańcuchów polimerowych kevlaru wszyje się w materiał,

this strength is multiplied.

ta siła zostanie zwielokrotniona.

When a bullet hits Kevlar, the mesh of highly aligned, liquid-like chains

Gdy kula uderza w kevlar, uporządkowana siatka niemal płynnych łańcuchów

absorb huge amounts of energy,

pochłania ogromne ilości energii

wiggling wildly while still clinging to their neighboring chains

i zaczyna się kołysać, lecz wciąż trzyma się sąsiednich łańcuchów

via hydrogen bonds.

dzięki wiązaniom wodorowym.

And even if a bullet does have enough energy to penetrate the Kevlar,

Nawet jeśli kula ma wystarczającą energię, by przebić kevlar,

it would be moving considerably slower with much less destructive force.

będzie poruszać się znacznie wolniej i zniszczenia będą mniejsze.

Of course, Kevlar is not immune to everything.

Rzecz jasna, kevlar ma swoje słabe strony.

Strong forces can still be felt through the fabric,

Przez materiał wciąż czuć siłę uderzenia,

and its fibers gradually lose strength under ultraviolet light.

a jego włókna stopniowo słabną pod wpływem światła UV.

Additionally, new liquid crystal fibers hold up better against acid.

Ponadto nowe włókna ciekłokrystaliczne wykazują większą odporność na kwas.

But Kwolek’s invention remains one of the most versatile

Mimo to kevlar pozostaje jednym z najbardziej uniwersalnych

and widely used materials on Earth.

i szeroko stosowanych materiałów na świecie.

Today, companies rely on Kevlar’s lightweight impact resistance

Współczesne firmy wykorzystują lekkość, trwałość i odporność kevlaru na uderzenia

and durability in helmets, kayaks, spacecraft, and automobiles.

przy produkcji hełmów, kajaków, statków kosmicznych i samochodów.

Speakers sometimes use Kevlar because it can push air efficiently

Z kolei w głośnikach kevlar usprawnia przepychanie powietrza

and quickly come to a dead stop when you pause your music.

i pozwala na szybkie zatrzymanie muzyki po naciśnięciu pauzy.

And yes, it also makes excellent tires.

Tak się składa, że nadaje się też świetnie do produkcji opon.