KEVLAR
EL KEVLAR ES una poliamida sintetizada por primera vez en 1965 por la química
polaco-estadounidense, Stephanie Kwolek (1923-2014) 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. A finales de los años setenta, la empresa AkzoNobel desarrolló una fibra con estructura química similar que
posteriormente comercializó con el nombre de Twaron.
OBTENCION
La síntesis química de kevlar a partir de (para-fenilendiamina)
y cloruro de tereftaloílo.
La poli(arilamida) así obtenida (se trata
de una aramida) tiene un alto grado de orientación
molecular a la vez que hay se dan un gran número de interacciones por puentes
de hidrógeno entre los grupos
amida. Por estas
interacciones y este empaquetamiento, las fibras obtenidas presentan unas altas
prestaciones.
Tipos de fibras de kevlar
Esencialmente hay dos tipos de
fibras de kevlar: kevlar 29 y kevlar 49.
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.
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.
Características del kevlar
Propiedades mecánicas
Rigidez
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 (kevlar 29)
y 120 (kevlar 49).6 El valor de un acero típico es de 200 GPa.
El kevlar posee una excepcional
resistencia a la tracción, de entorno a los 3,5 GPa.6 En cambio el acero
tiene una resistencia de 1,5 GPa. La excepcional resistencia del kevlar (y
de otras poliarilamidas similares) se debe a la orientación de sus cadenas
moleculares, en dirección del eje de la fibra, así como a la gran cantidad de
enlaces por puentes de hidrógeno entre las cadenas, entre los grupos amida
Elongación a rotura
El kevlar posee una elongación a
rotura de en torno al 3,6 % (kevlar 29) y 2,4 %
(kevlar 49)6 mientras que el acero rompe en torno al 1 % de su
deformación.7 Esto hace que el kevlar sea un material más tenaz y absorba mucha
mayor cantidad de energía que el acero antes de su rotura.
TenacidaD
La tenacidad (energía absorbida
antes de la rotura) del Kevlar está en torno a los 50 MJ m-3, frente a los
6 MJ m-3 del acero.7
Propiedades térmicas
El kevlar se descompone a altas
temperaturas (entre 420 y 480 grados Celsius)
manteniendo parte de sus propiedades mecánicas incluso a temperaturas cercanas
a su temperatura de descomposición.
El módulo elástico se reduce en
torno a un 20 % cuando se emplea la fibra a 180 grados Celsius
durante 500 h.6 Esta propiedad, junto con su resistencia química, hacen
del kevlar un material muy utilizado en equipos de protección.
Otras propiedades
Conductividad eléctrica baja;
Contracción termal baja;
Estabilidad dimensional excelente;
Alta resistencia al corte.
Usos del kevlar
- El kevlar ha desempeñado un papel significativo en muchos usos críticos. Los cables de kevlar son tan fuertes como los cables de acero, pero tienen sólo cerca del 20% de su peso lo que hace de este polímero una excelente herramienta con múltiples utilidades.
- El kevlar también se usa en:
- Chaquetas, e impermeables.
- Cuerdas y bolsas de aire en el sistema de aterrizaje de la nave Mars Pathfinder.
- Cuerdas de pequeño diámetro.
- Hilo para coser.
- Petos y protecciones para caballos de picar toros.
- Blindaje antimetralla en los motores jet de avión y de protección a los pasajeros en caso de explosión.
- Neumáticos que funcionan desinflados.
- Guantes contra cortes, raspones y otras lesiones.
- Guantes aislantes térmicos.
- Sobres y mantas ignífugos.
- Kayaks resistentes a impactos, sin peso adicional.
- Esquíes, cascos y raquetas fuertes y ligeros.
- Chalecos antibalas.
- Algunos candados para notebook.
- Revestimientos para la fibra óptica.
- Capas superficiales de mangueras profesionales antiincendios.
- Compuesto (composite) de CD/DVD, por su resistencia tangencial de rotación.
- Silenciadores de tubos de escape.
- Construcción de motores.
- Cascos de Fórmula 1.
- Extremos inflamables de los golos, objeto muy popular entre malabaristas.
- Veleros de regata de alta competición.
- Botas de alta montaña.
- Cajas acústicas (Bowers & Wilkins).
- Tanques de combustible de los automóviles de Fórmula 1.
- Alas de aviones.
- ULDs.
- Lámparas.
- Altavoces de estudio profesional.
- Coderas y rodilleras de alta resistencia.
- Cascos de portero de hockey.
- Equipamiento de motorista.
- Trajes espaciales.
- Recubrimientos en dispositivos de telefonia celular
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