Tipos de fibras kevlar
Enviado por Kevin Guerra Ríos • 24 de Enero de 2017 • Síntesis • 1.663 Palabras (7 Páginas) • 414 Visitas
Kevlar
Índice de Contenido
- Introducción……………………………………………………..………………………………………. 2
- Síntesis y fabricación…………………………………………..…………………………………….. 3
- Cristalinidad…………………………………………………………..………………………………….. 5
- Tipos de fibras kevlar……………………………………………..………………………………….. 6
- Propiedades……………………………………………………………..……………………………….. 7
- Ventajas……………………………………………………………………..……………………………… 8
- Desventajas…………………………………………………………………..…………………………… 9
- Comparación de propiedades entre el Kevlar y el acero…..………………..…….. 9
- Aplicaciones y usos…………………………………………………………………..……………….. 10
- Curiosidades………………………………………………………………………………..…………….. 11
- Conclusión……………………………………………………………………………………..…………… 12
- Referencias……………………………………………………………………………………..…………. 12
Introducción
[pic 1] Figura 1. Stephanie Kwolek | ¿Qué es? El Kevlar es un polímero (plástico) altamente cristalino perteneciente a las aramidas o poliamidas aromáticas (polímero que contiene enlaces tipo amida con anillos aromáticos), Así pues, fue sintetizado por primera vez por Stephanie Kwolek, una química de la firma DuPont, en 1965. Este material es una patente de la compañía química DuPont que comenzó a comercializarlo en 1972. |
Éste es uno de esos materiales modernos y sorprendentes, es un plástico súper fuerte con propiedades únicas. Sus fibras consisten en largas cadenas de poliparafenileno tereftalamida (PPTA).
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Figura 2. Molécula de PPTA
Debido a los anillos aromáticos, este tipo de poliamida tiene una estructura más rígida que el nylon, además, comparando esta estructura con una fibra de acero con las mismas dimensiones, se comprueba que el kevlar tiene la capacidad de soportar cinco veces más carga que el acero.
Síntesis y Fabricación
La síntesis del kevlar se lleva a cabo en solución de p-fenilendiamina y cloruro de tereftalío, a través de una reacción de polimerización por pasos. La reacción se lleva a cabo a temperaturas bajas debido a su gran exotermicidad. Éste sólo es posible procesarlo como fibras, ya que su resistencia mecánica y su estructura cristalina no permiten realizar otro proceso de transformado.
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Figura 3. Reacción general de la síntesis del Kevlar
Al formarse, las amidas tienen la capacidad de adoptar la conformación cis o la conformación trans, sin embargo, el kevlar se obtiene casi enteramente en su conformación trans, ya que en la cis los hidrógenos de los voluminosos anillos aromáticos están muy cerca y se repelen, por lo que lo convierte en una estructura inestable. | [pic 4] Figura 4. Conformación estructural preferente del Kevlar |
[pic 5] Figura 5. Diagrama del sistema de hilado del Kevlar | Posteriormente, para lograr obtener fibras perfectas del material (con la misma orientación y conformación en todas las moléculas), el poliparafenileno tereftalamida se disuelve en H2SO4 o HCl concentrado en el cual éste 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 este sistema de hilado se hace pasar el polímero a altas presiones y temperaturas, a través de pequeños agujeros agrupados en una hilera, con el propósito de formar filamentos que se enfriarán a velocidades controladas, evitando su deformación. Al finalizar el proceso se le estira para hacerlo más resistente y se le devana en paquetes de tamaño y peso conveniente, obteniendo así, el kevlar comercial.
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Figura 6. Fibras de Kevlar comercial
Cristalinidad
En los sólidos cristalinos, las moléculas se encuentran ordenadas en las tres dimensiones. Esto es lo que se llama ordenamiento periódico, y lo pueden tener los sólidos cristalinos constituidos por moléculas pequeñas. En el caso de los polímeros, las cadenas son muy largas y fácilmente se enmarañan y además, en el estado fundido se mueven en un medio muy viscoso, así que no puede esperarse en ellos un orden tan perfecto, pero de todas maneras, algunos polímeros exhiben ordenamiento parcial en regiones llamadas cristalitos.
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Figura 7. Ordenamiento molecular en los cristales poliméricos
Sin embargo, el Kevlar logra tener una estructura cristalina casi perfecta como polímero, debido a los puentes de hidrógeno formados entre el oxígeno del carboxilo de una molécula con el hidrógeno del grupo amino de otra molécula; lo cual le otorga la linealidad característica al material.
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Figura 8. Cristalinidad en el kevlar debido a los puentes de hidrógeno
[pic 12] Figura 9. Apilamiento de los fenilos | Además de estas fuerzas intermoleculares, los anillos aromáticos tienden a apilarse de un modo ordenado, haciendo aún más resistentes a los cristales. |
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