ⓘ Kevlar. El Kevlar o poliparafenileno tereftalamida es una poliamida sintetizada por primera vez en 1965 por la química polaco-estadounidense Stephanie Kwolek, q ..

                                     

ⓘ Kevlar

El Kevlar o poliparafenileno tereftalamida es una poliamida sintetizada por primera vez en 1965 por la química polaco-estadounidense 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. A finales de los años setenta, la empresa AkzoNobel desarrolló una fibra con estructura química similar que posteriormente comercializó con el nombre de Twaron.

La ligereza y la excepcional resistencia la rotura de estas poliamidas permiten que sean empleadas en neumáticos, velas náuticas y en chalecos antibalas.

                                     

1. Historia

El descubrimiento supuso un gran avance en el desarrollo de nuevos materiales poliméricos. A comienzos de los años sesenta, la compañía DuPont estaba interesada en obtener una fibra más resistente que el nailon poliamida 6.6. Hasta entonces las soluciones empleadas para la formación de fibras eran transparentes, por eso cuando obtenían soluciones opalescentes mientras trabajaban con poli para-fenilen-tereftalamidas y poli benzamidas, ​ pero con una composición diferente.

Más tarde, la compañía Akzo 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 este método y esto dio lugar a una guerra de patentes, que no hicieron más que mitificar más la historia de desarrollo y producción de este material.

                                     

2. Síntesis

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 de 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 la vez que se estiran mediante un sistema de hilado.

En otras variantes de síntesis de poliarilamidas, otros autores emplean otros disolventes como la dimetilacetamida DMAc. ​

La síntesis química de kevlar a partir de para -fenilendiamina y cloruro de tereftaloílo.

La poliarilamida así obtenida se trata de una aramida tiene un alto grado de orientación molecular la vez que ahí 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 muy altas prestaciones.

                                     

3. 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.

                                     

4. Características del kevlar

Rigidez

El kevlar posee una excepcional rigidez para tratarse de una fibra polimérica. El valor del módulo de elasticidad a temperatura ambiente es de en torno a 80 GPa kevlar 29 y 120 kevlar 49. ​ Esta propiedad, junto con su resistencia química, hacen del kevlar un material muy utilizado en equipos de protección.

Otras propiedades

  • Alta dureza;
  • Estabilidad dimensional excelente;
  • Alta resistencia química;
  • Contracción termal baja;
  • Conductividad eléctrica baja;
  • Alta resistencia al corte.
                                     

5. 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 solo cerca del 20% de su peso lo que hace de este polímero una excelente herramienta con múltiples utilidades.

El kevlar también se usa en:

  • Alas de aviones
  • Neumáticos que funcionan desinflados
  • Hilo para coser
  • Cuerdas y bolsas de aire en el sistema de aterrizaje de la nave Mars Pathfinder
  • Trajes espaciales
  • Extremos inflamables de los objetos de manipulación tales como bastones, poi, golos, entre otros objetos muy popular entre malabaristas
  • Altavoces de estudio profesional
  • Puertas
  • Cuerdas de pequeño diámetro
  • Cascos de Fórmula 1
  • Cascos de portero de hockey
  • Chaquetas, e impermeables
  • Blindaje antimetralla en los motores jet de avión y de protección a los pasajeros en caso de explosión
  • Guantes aislantes térmicos
  • Veleros de regata de alta competición
  • Refuerzo para globos artesanales de papel seda
  • Esquíes, cascos y raquetas fuertes y ligeros
  • Petos y protecciones para caballos de picar toros
  • Equipamiento de motorista
  • Revestimientos para la fibra óptica
  • Capas superficiales de mangueras profesionales antiincendios
  • Cables de carga para dispositivos móviles
  • Kayaks resistentes a impactos, sin peso adicional
  • Construcción de motores
  • ULDs
  • Elementos de fricción en embragues en la industria automotriz
  • Botas de alta montaña
  • Coderas y rodilleras de alta resistencia
  • Cajas acústicas Bowers & Wilkins
  • Compuesto composite de CD/DVD, por su resistencia tangencial de rotación
  • Silenciadores de tubos de escape
  • Algunos candados para notebook
  • Raquetas de tenis Wilson Pro Staff 97
  • Apoyos e inmovilizadores para resonancia magnética nuclear
  • Sobres y mantas ignífugos
  • Recubrimientos en dispositivos de telefonía celular como el Motorola RAZR o el OnePlus 2
  • Crossfit Reebok CrossFit Nano 5, Reebok CrossFit 6:14 Rich Froning Limited Edition
  • Tanques de combustible de los automóviles de Fórmula 1
  • Guantes contra cortes, raspones y otras lesiones
  • Lámparas
  • Chalecos antibalas


                                     

6. Aramida

Las aramidas pertenecen a una familia de nailones, incluyendo el nomex y el kevlar. El kevlar se utiliza para hacer chalecos a prueba de balas y neumáticos resistentes a los pinchazos.

Las mezclas de nomex y de kevlar se utilizan para hacer ropas resistentes la llama, motivo por el que lo emplean los bomberos.

El kevlar es una poliamida en la cual todos los grupos amida están separados por grupos para-fenileno. Es decir, los grupos amida se unen al anillo fenilo en posiciones opuestas entre sí, en los carbonos 1 y 4. El kevlar es un polímero altamente cristalino. Llevó tiempo encontrar una aplicación útil para el kevlar, dado que no era soluble en ningún disolvente. Por lo tanto, su procesado en disolución estaba descartado. No se fundía por debajo de 500 °C.

El nomex, por otra parte, posee grupos meta-fenileno, es decir, los grupos amida se unen al anillo fenilo en las posiciones 1 y 3.

El polietileno de peso molecular ultraalto tiene una capacidad elástica mayor que la del kevlar, sustituyendo a este en la confección de chalecos antibalas. ​