Vì sao loại dây cáp bện từ sợi tổng hợp lại bền ngang với dây cáp bằng thép?

Nếu hỏi dây chão bện từ vật liệu sợi nào bền nhất, nhiều người sẽ trả lời ngay: dây nilong. Nilong là loại sợi tổng hợp rất quen thuộc. Người ta thường gặp nilong 6 và nilong 66. Sợi nilong có cường độ cao, đàn hồi tốt và chịu mài mòn tốt, nên thường được dùng để đan lưới đánh cá, làm dây dù, dệt bít tất và nhiều sản phẩm khác.

Sợi nilong từng được đánh giá là “nhỏ hơn tơ nhện, bền hơn sợi thép”. Cách nói ấy không hề khoa trương: theo kết quả đo thử, sợi nilong 66 có cường độ kéo đứt, độ bền còn hơn cả sợi thép thường cùng kích cỡ. Sau nilong, các nhà khoa học còn tổng hợp được loại sợi có cường độ cao hơn, đó là sợi “kaiphula”, một loại sợi tổng hợp thuộc họ polyamit thơm. Sợi này có độ bền kéo đứt gấp 2,8 lần nilong 66, hơn sợi thép 6 - 7 lần, trong khi trọng lượng chỉ bằng 1/5 trọng lượng sợi thép cùng kích cỡ. Người ta từng thí nghiệm và phát hiện một sợi dây bằng kaiphula cỡ 6 mm có thể treo được một chiếc ô tô nặng 2 tấn.

Quả thật rất đáng kinh ngạc. Nhờ những tính chất đặc biệt ấy, sợi kaiphula đã được sử dụng làm vật liệu nhẹ cho ngành hàng không. Người ta dùng sợi kaiphula và sợi cacbon để chế tạo thân máy bay Boeing 727, giúp trọng lượng máy bay giảm 1 tấn, từ đó lượng dầu tiêu hao giảm 30%. Kaiphula cũng là vật liệu lý tưởng để chế tạo áo phòng đạn vì vừa đàn hồi tốt vừa nhẹ. Ngày nay, hợp chất cao phân tử kaiphula được dùng rộng rãi để bện dây chão, chế tạo vật liệu chịu áp lực cao, làm dàn anten rađa, làm vỏ động cơ tên lửa...

Sở dĩ nilong và kaiphula bền như vậy là do chúng có cấu trúc bền vững. Trong phân tử sợi polyamit, các gốc amit nối với nhau thành dây xích nhờ các liên kết hyđro, làm lực liên kết giữa các phân tử tăng lên, từ đó bảo đảm độ bền của sợi. Ngoài ra, độ bền của sợi cáp bện còn liên quan đến kỹ thuật kéo sợi. Ví dụ, sợi nilong được tạo ra bằng kỹ thuật kéo sợi khi nóng chảy, tức vật liệu tổng hợp được làm nóng chảy rồi mới kéo thành sợi. Còn sợi kaiphula lại được kéo từ dung dịch: hợp chất cao phân tử được hòa tan bằng dung môi, sau đó kéo sợi từ dung dịch ấy. Vì vậy, sợi kaiphula rất khó bị cắt đứt ngay cả khi dùng dao.

Các nhà khoa học còn dự đoán rằng sau này, nếu dùng kỹ thuật kéo sợi mới bằng từ trường, cường độ sợi tổng hợp có thể tăng thêm 1 - 2 lần. Khi đó, dây chão và dây thừng chúng ta dùng sẽ nhỏ hơn, nhẹ hơn; máy bay và tên lửa cũng có thể giảm trọng lượng rất nhiều.