KEVLAR
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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