Kevlar o poliparafenileno tereftalamida es
una poliamida sintetizada
por primera vez en 1965 por
la química Stephanie Kwolek, quien trabajaba para DuPont. La
obtención de las fibras de Kevlar fue complicada, destacando el aporte de Herbert Blades, que
solucionó el problema de qué disolvente emplear
para el procesado. Finalmente, DuPont empezó a comercializarlo en 1972. Es muy
resistente y su mecanización resulta muy difícil. La casa Azko desarrolló a
finales de los 1970s una fibra con estrucutura química similar que
posteriormente comercializó con el nombre de Twaron.
A comienzos de la década de los 1960, la compañía DuPont
estaba interesada en obtener una fibra más resistente que el Nylon (poliamida
6,6). Hasta entones las soluciones empleadas para la formación de fibras eran
transparentes, por eso cuando trabajando con poli(para-fenilen-tereftalamidas)
y poli(benzamidas)1 obtenían soluciones opalescentes, estas eran descartadas.
La opalescencia se debía a la naturaleza cristalina de estas soluciones
(cristales líquidos), algo relativamente novedoso para aquellos tiempos y ese
campo en particular. A pesar de ello, un día Kwolek decidió hilar el producto de
esas soluciones. El resultado fue una fibra más resistente que el Nylon, que
hoy en día es sinónimo de alta resistencia y que actualmente se usa en más de
200 aplicaciones diferentes.
Fibras de Kevlar se desarrollaron originalmente como un
reemplazo de acero en los neumáticos de automóviles.
Más tarde se descubriría que la seda de araña también se
forma a partir de una solución de cristal líquido de manera análoga a la
síntesis del Kevlar3 ,4 pero con una composición diferente.
Más tarde la compañia Azko desarrollaría un nuevo método de
procesado de la poli (para-fenilen-tereftalamida) empleando como disolvente
N-metil-pirrolidona) menos dañino que el empleado hasta entonces por DuPont, la
Hexametilfosforamida, emplearía también éste método y esto dio lugar a una
"guerra de patentes", que no hacen más que mitificar más la historia
de desarrollo y producción de este material.
OBTENCION
Filamentos de Kevlar son producidos por extrusión del
precursor a través de un spinnert. Extrusión imparte anisotropía (aumento de la
fuerza en la dirección longitudinal) a los filamentos.Kevlar puede proteger las
fibras de carbono y mejorar sus propiedades: tejido híbrido (Kevlar + fibras de
carbono) combina resistencia a la tracción muy alta con un alto impacto y
resistencia a la abrasión.
Los materiales de matriz más populares para la fabricación
de Kevlar (aramida) Polímeros reforzado con fibra son termoestables tales como
epóxidos (EP), éster de vinilo y compuestos fenólicos (PF).Polímeros reforzados
con fibras de Kevlar se fabrican mediante procesos de molde abierto, cerrado
los procesos de moldeo y el método de pultrusión.Las características
distintivas de Kevlar son alta resistencia al impacto y baja densidad.
USOS GENERALES
Para la fragmentación
y la protección antibalas, equipos antiminas, los bolsos de los paracaídas del
asiento del eyector y los guantes protectores, entre otros. El Kevalar es hasta cinco veces más fuertes que
el acero sobre una base del igual peso, por ejemplo, los cascos de Kevalr son
más resistentes a los fragmentos de metralla que sus precursores de acero.
PROPIEDADES
Alta resistencia a la tracción (cinco veces más fuerte por
peso que el acero se unen);
Alto módulo de elasticidad;
Alargamiento muy bajo hasta el punto de ruptura;
El bajo peso;
Alta inercia química;
Muy bajo coeficiente de expansión térmica;
Tenacidad a la fractura (resistencia al impacto);
Alta resistencia a los cortes;
Procesabilidad Textil;
Resistencia a la llama.
Las desventajas de Kevlar son: capacidad de absorber
humedad, dificultades en la fuerza de corte, compresión baja.
Los usos militares para el Kevlar incluyen el chaleco
antibalas, toda la ropa del uniforme militar, cascos, guantes, cargadores,
portadores de explosivos e incluso mantas balísticas.
La ligereza y la resistencia a la rotura excepcional de
estas poliaramidas hacen que sean empleadas en neumáticos, velas náuticas o en
chalecos antibalas.
El módulo elástico se reduce entorno a un 20% cuando se
emplea la fibra a 180 grados centígrados durante 500 h.6 Estas propiedad junto
con su resistencia química hacen del Kevlar un material muy utilizado en
equipos de protección.El módulo elástico se reduce entorno a un 20% cuando se
emplea la fibra a 180 grados centígrados durante 500 h.6 Estas propiedad junto
con su resistencia química hacen del Kevlar un material muy utilizado en
equipos de protección.
Las estadísticas del año 2004 han demostrado que el chaleco
protector ha salvado las vidas o ha reducido lesiones a más de 2.500 agentes de policía, sólo en EE.UU. Los
equipos protectores del fuego y del calor han prevenido también muchas
quemaduras.
COMPOSICIÓN QUÍMICA
La síntesis de este polímero se lleva a cabo en solución
N-metil-pirrolidona y cloruro de calcio, a través de una polimerización por
pasos a partir de la p-fenilendiamina y el dicloruro del ácido tereftálico o
cloruro de tereftaloílo. La reacción se lleva a cabo a temperaturas bajas
debido a su gran exotermicidad. Posteriormente el polímero se hace precipitar y
se disuelve en ácido sulfúrico concentrado en el cual Kevlar (y otras
poliarilamidas) forma una solución cristalina que se emplea para precipitar o
coagular las fibras a la vez que se estiran mediante un sistema de hilado.
En otras variantes de síntesis de poli(aril)amidas, otros
autores emplean otros disolventes como la dimetilacetamida (DMAc)
RESISTENCIA A LA
TEMPERATURA
El Kevlar descompone a altas temperaturas (420-480 grados
centígrados) manteniendo parte de sus propiedades mecánicas incluso a
temperaturas cercanas a su temperatura de descomposición.
TENACIDAD
La tenacidad (energía absorbida antes de la rotura) del
Kevlar es en torno a los 50 MJ m-3, frente a los 6 MJ m-3 acero.7 El Kevlar
descompone a altas temperaturas (420-480 grados centígrados) manteniendo parte
de sus propiedades mecánicas incluso a temperaturas cercanas a su temperatura
de descomposición.
· KEVLAR 29
USOS KEVLAR 29
El Kevlar 29 es la fibra tal y como se obtiene de su
fabricación. Se usa típicamente como refuerzo en tiras por sus buenas
propiedades mecánicas, o para tejidos. Entre sus aplicaciones está la
fabricación de cables, ropa resistente (de protección) o chalecos antibalas.
Kevlar 29, de baja densidad y alta resistencia, se utiliza
principalmente para aplicaciones balísticas, cables y cuerdas
, el Kevlar es 20 veces más fuerte que el acero.
Estos cables de Kevlar se usa por la marina de ESTADOS UNIDOS
para ivestigar como disminuir el ruido que hacen los submarinos y así poder
evitar ser descubiertos por el sónar de otros barcos enemigos Los policías
necesitan ser equipados y entrenados para ocuparse de situaciones violentas y
peligrosas, y esto significa tener la mejor ropa protectora personal posible.
El chaleco se puede diseñar para balas, puñaladas, protección de impactos, o
cualquier combinación de éstos. El equipamiento debe proporcionar también
protección contra el fuego, el calor y el ataque químico. Estos elementos son
fabricados en la actualidad a base de kevlar y nomex, los cuales nos garantizan
estas propiedades además de ser cómodos y ligeros.
USOS KEVLAR 29
El original de la familia de tipos de productos de Kevlar ®,
que tiene propiedades similares a la tracción con muchos negacionistas y
acabados. Estos hilos se utilizan en aplicaciones balísticas, cuerdas y cables,
ropa protectora, como guantes resistentes a los cortes, en la protección de la
vida utiliza como casco, blindaje de vehículos y placas, y como refuerzo de
caucho en neumáticos y mangueras automotrices.
RIGIDEZ, ELASTICIDAD, ENLONGACION, RESISTENCIA
El Kevlar posee una excepcional rigidez para tratarse de una
fibra polimérica. El valor del módulo de elasticidad a temperatura ambiente es
de entorno a 80 GPa (Kevlar29)
El Kevlar posee una elongación a rotura de entorno al 3,6%
(Kevlar 29)
Kevlar 29 - de alta resistencia (520 000 psi/3600 MPa), de
baja densidad (90 lb / pie ³ / 1440 kg / m³) fibras utilizadas para la
fabricación de chalecos antibalas, armaduras de refuerzo compuesto, cascos,
cuerdas, cables, partes de asbesto sustituyan.
KEVLAR 49
El Kevlar 49 se emplea cuando las fibras se van a embeber en
una resina para formar un material compuesto. Las fibras de Kevlar 49 están
tratadas superficialmente para favorecer la unión con la resina. El Kevlar 49
se emplea como equipamiento para deportes extremos, para altavoces y para la
industria aeronáutica, aviones y satélites de comunicaciones y cascos para
motos. El Kevlar 49, de baja densidad, alta resistencia y módulo elástico, se
utiliza para reforzar plásticos de materiales compuestos para aplicaciones
aeroespaciales, marina, automoción y otras aplicaciones industriales.
De alto módulo tipo utilizado principalmente en cable de
fibra óptica, el procesamiento de textiles, el refuerzo de plástico, cuerdas,
cables, y compuestos marinos para los artículos deportivos y aplicaciones
aeroespaciales.
El valor del módulo de elasticidad a temperatura ambiente es
de entorno 120 (Kevlar49)6 . El valor de un acero típico es de 200 GPa.
El Kevlar posee una elongación a rotura de entorno al 2,4% (Kevlar 49)6 mientras que el acero rompe
entorno al 1% de su deformación7 . Esto hace que el Kevlar sea un material más
tenaz y absorba mucha mayor cantidad de energía que el acero antes de su
rotura.
Kevlar 49 - alto módulo (19000 ksi/131 GPa), de alta
resistencia (550 000 psi/3800 MPa), baja densidad (90 lb / ft $ ³ $ / 1440 kg /
m³) fibras usadas en aplicaciones aeroespaciales, automoción y marina.
La fibra de aramida más usada en la fabricación de
composites en la industria aeroespacial es la Kevlar 49 de Dupont.
PROPIEDADES KEVLAR 49
Buena resistencia a la tracción
Menor densidad que la fibra de vidrio y carbono
Baja resistencia a compresión
Buena resistencia a disolvente y aceites
Fácilmente atacables por ácidos y bases fuertes
A diferencia de la fibra de carbono y vidrio, presentan una
gran absorción de humedad en condiciones ambientales, en detrimento de sus
propiedades mecánicas.
Las especificaciones físicas típicas del Kevlar 49 son:
Densidad: 1.44 g/cm^3
Resistencia a la Tracción: 3400 MPa
Módulo Elástico: 125 GPa
Diámetro de la Fibra: 12µm
Absorción de Humedad: 12%
El Kevlar 49 posee un alto precio, pero en cambio nos puede
proporcionar una muy alta resistencia estática y una rigidez media, mientras
que posee una densidad muy pequeña comparada con el Aluminio. Dichas
características hacen que el Kevlar sea un excelente material para su uso en
estructuras secundarias sin un alto régimen de cargas.
KEVLAR 149
Tipo ligero, de alto rendimiento y de alta tenacidad de los
hilos utilizados en marcha de carreras de motos, accesorios de protección de la
vida, cuerdas y cordajes, y mangueras de alta presión utilizados en la
industria de petróleo y gas. Kevlar 149 - ultra alto módulo (27000 ksi/186
GPa), de alta resistencia (490 000 psi/3400 MPa), de baja densidad (92 lb / ft
³ / 1470 kg / m³) de fibras altamente cristalinos utilizados como refuerzo fase
dispersa de los componentes de material compuesto para aviones.
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