KEVLAR
- ANTECEDENTES
Las fibras de aramida fueron introducidas comercialmente
en 1972 por DuPont.Kevlar es el nombre comercial (registrada por DuPont Co.),
El 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 ligereza y la resistencia
a la rotura excepcional de estas poliaramidas hacen que sean empleadas en
neumáticos, velas náuticas o en chalecos antibalas.
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.
- 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.
- 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.
- USOS GENERALES
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.
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.
- 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.
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.
- 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.
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.
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.
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.
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 KEBLAR 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.
KEBLAR 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.
VISTA TRANSVERSAL Y LONGITUDINAL DE KEVLAR
VISTA TRANSVERSAL Y LONGITUDINAL DE KEVLAR
