Kevlar
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Kevlar es el registrado marca para una luz, fuerte para-aramida fibra sintética, relacionado con otra aramidas tales como Nomex y Technora.
Desarrollado en DuPont en 1965 por Stephanie Kwolek y Roberto Berendt, fue utilizado comercialmente por primera vez a principios de 1970. Típicamente se hila en cuerdas o tela hojas que se pueden utilizar como tales o como un ingrediente en componentes de material compuesto.
Actualmente, Kevlar tiene muchas aplicaciones, que van desde bicicletas neumáticos y carreras de velas a armadura de cuerpo debido a su alta resistencia-peso-famoso: "... 5 veces más fuerte que el acero en igualdad de peso ...".
Una fibra similar llamado Twaron con aproximadamente la misma estructura química fue introducido por Akzo en 1978, y ahora fabricado por Teijin.
Propiedades
Cuando Kevlar es hilado, la fibra resultante tiene un gran resistencia a la tracción (ca. 3 000 MPa), una densidad relativa de 1,44, y no lo hace óxido. Cuando se utiliza como un material tejido, que es adecuado para líneas de amarre y otros objetos de la aplicación bajo el agua.
Hay tres grados de Kevlar: (i) kevlar, (ii) Kevlar 29, y (iii) Kevlar 49. Típicamente, Kevlar se utiliza como refuerzo en neumáticos y artículos de caucho mecánicos. Aplicaciones industriales Kevlar de 29 son los cables, en sustitución del asbesto, forros de freno, y chalecos antibalas. Kevlar 49 tiene la mayor resistencia a la tracción de todas las aramidas, y se utiliza en el refuerzo de plástico para cascos de barcos, aviones, y bicicletas. La luz ultravioleta componente de la luz solar se degrada y se descompone Kevlar, por lo que rara vez se usa al aire libre sin protección contra la luz solar.
Aunque Kevlar tiene excelentes propiedades de resistencia a la tracción, debe haber estudiado el bajo coeficiente de fricción. Sería comprometer la integridad estructural del material. Una aplicación de Kevlar (49 o 149) como material resistente a la fricción, son discos de los sistemas de embragues.
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Producción
Kevlar es sintetizado a partir de la monómeros 1,4- fenileno-di amina ( fenilendiamina para) y cloruro de tereftaloilo en reacción de condensación dando ácido clorhídrico como un subproducto. El resultado es un líquido-cristalina comportamiento y dibujo mecánico orientación de las cadenas de polímero en la dirección de la fibra. Hexametilfosforamida (HMPA) era el disolvente de polimerización primera utilizados, pero las pruebas de toxicología demostraron que provocó tumores en las narices de las ratas, por lo DuPont reemplazó por un N-metil-pirrolidona y cloruro de calcio como disolvente. Como este proceso fue patentado por Akzo (véase más arriba) en la producción de Twaron, una guerra de patentes se produjo.
Kevlar (parafenilentereftalamida poli) la producción es costosa debido a los problemas derivados del uso concentrada corrosivo ácido sulfúrico , necesario para mantener el polímero insoluble en agua en la solución durante su síntesis y spinning.
Propiedades químicas
Las fibras de Kevlar constan de largas cadenas moleculares producidas a partir de PPTA (tereftalamida de poli-fenileno). Hay muchos enlaces entre cadenas que hacen el material extremadamente fuerte. Kevlar deriva parte de su alta resistencia de inter-molecular enlaces de hidrógeno formados entre los grupos carbonilo y protones en la vecina cadenas de polímero y el apilamiento pi parcial de la bencenoide interacciones de apilamiento aromáticas entre hebras apiladas. Estas interacciones tienen una mayor influencia en Kevlar que el van der Waals interacciones y longitud de la cadena que normalmente influyen en las propiedades de otros polímeros sintéticos y fibras tales como Dyneema. La presencia de sales y otras impurezas, especialmente calcio , podrían interferir con las interacciones de cadena y la precaución se utiliza para evitar la inclusión en su producción. La estructura de Kevlar consiste en moléculas relativamente rígidos que tienden a formar estructuras laminares planas en su mayoría más bien como proteína de seda.
Propiedades térmicas
Para un polímero Kevlar tiene muy buena resistencia a las altas temperaturas, y mantiene su fuerza y resistencia a temperaturas criogénicas (-196 ° C); de hecho, es ligeramente más fuerte a bajas temperaturas.
A temperaturas más altas, la resistencia a la tracción se reduce inmediatamente por aproximadamente 10-20%, y después de algunas horas la fuerza reduce progresivamente más lejos. Por ejemplo, a 160 ° C una reducción de aproximadamente 10% en la fuerza se produce después de 500 horas. A 260 ° C el 50% de reducción se produce después de 70 horas.
A 450 ° C Kevlar sublima.
Aplicaciones
Armour
Kevlar es bien conocido como un componente de algunos chalecos antibalas. La Casco PASGT y chaleco usado por los Estados Unidos las fuerzas militares desde principios de 1980 ambos tienen Kevlar como un componente clave, al igual que sus reemplazos. Aplicaciones civiles incluyen Kevlar reforzado ropa para motociclistas para proteger contra las lesiones de la abrasión y también elementos de protección del servicio de emergencia si se trata de altas temperaturas (por ejemplo, la lucha contra un incendio).
Equipo deportivo
En muchos casos, es parte de una material compuesto, que se utiliza en la producción de algunos de tenis, bádminton y squash raquetas, kayaks, y algunos palos de hockey sobre césped y de lacrosse. Se utiliza como un forro interior para algunos neumáticos de la bicicleta para evitar pinchazos, y debido a su excelente resistencia al calor, se utiliza para mechas poi de fuego. Se utiliza para Ropa de seguridad de la motocicleta, especialmente en las áreas que ofrecen relleno como los hombros y los codos. También fue utilizado como parches de control de velocidad en determinadas zapatos de jabón modelos.
Equipo de audio
También se ha encontrado que tienen propiedades acústicas útiles para conos de altavoces, específicamente para las unidades de accionamiento bajo y rango medio.
Generación eléctrica
Fue utilizado por los científicos de Georgia Tech como un tejido de base para un experimento en la ropa que produce electricidad. Esto fue hecho por el tejido de nanocables de óxido de zinc en la tela. Si tiene éxito, el nuevo tejido generaría unos 80 milivatios por metro cuadrado.
