Tipos de fibras de Kevlar

El Kevlar® o poliparafenileno tereftalamida es una poliamidasintetizada 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.

La ligereza y la resistencia a la rotura excepcional de estas poliaramidas hacen que sean empleadas en neumáticos, velas náuticas o en chalecos antibalas.

•

[editar]Historia

La historia del descubrimiento del Kevlar es ciertamente apasionante, debido a que conjuga elementos que van desde la dedicación hasta la fortuna del científico. Además el éxito supuso un gran avance en el desarrollo de nuevos materiales poliméricos. A comienzos de la década de los 1960s 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. 2 .

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, laHexametilfosforamida) emplearía también este 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.

[editar]Síntesis

La síntesis de este polímero se lleva a cabo en solución N-metil-pirrolidona y cloruro de calcio, a través de unapolimerización 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 cuagular 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).5

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.

[editar]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.

[editar]Características de Kevlar

[editar]Propiedades mecánicas

[editar]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 (Kevlar29) y 120 (Kevlar49)6 . El valor de un acero típico es de 200 GPa.

[editar]Resistencia

El Kevlar posee una excepcional resistencia a la tracción, de entorno a los 3.5 GPa.6 El acero, por el contrario 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

...