Tejido Kevlar. Tejido Kevlar: material más resistente que el acero ¿Para qué se utiliza el Kevlar?
La fibra de Kevlar tiene un característico color amarillo dorado. El diámetro de la fibra elemental es de 10 micras.
Kevlar K-29 (1975): se utiliza en la industria para la fabricación de cables, pastillas de freno, armaduras personales y armaduras para vehículos de combate. Kevlar K49 es una marca de fibra de alto módulo utilizada en la industria del cable, para la fabricación de trenzados de fibra óptica, para la fabricación de cuerdas y para refuerzo plástico. Kevlar K100 es hilo teñido de fábrica. Kevlar K119: alto alargamiento, flexible y con mayor resistencia a la fatiga. Kevlar K129 es un grado de fibra de armadura de alta resistencia. Kevlar AP es un 15 por ciento más fuerte que el K-29. Kevlar XP es una composición a base de una resina de alta viscosidad y la nueva fibra KM2plus. Kevlar KM2(1992) - marca de fibra para la producción de tejidos que cumplen con los requisitos para chalecos antibalas y chalecos antibalas.
Solicitud [ | ]
El material se desarrolló originalmente para reforzar neumáticos de automóviles, y todavía se utiliza en la actualidad. Además, el Kevlar se utiliza como fibra de refuerzo en materiales compuestos, que son resistentes y ligeros.
Kevlar se utiliza para reforzar cables de cobre y fibra óptica (un hilo a lo largo de toda la longitud del cable que evita que el cable se estire y se rompa), en conos de altavoces y en la industria protésica y ortopédica para aumentar la resistencia al desgaste de piezas de carbono. pies de fibra.
La fibra de Kevlar también se utiliza como componente de refuerzo en tejidos mixtos, lo que confiere a los productos fabricados con ellos resistencia a las influencias abrasivas y cortantes; en particular, a partir de dichos tejidos se fabrican guantes protectores e inserciones protectoras en ropa deportiva (para deportes de motor, snowboard, etc.). ). También se utiliza en la industria del calzado para fabricar plantillas antipinchazos.
Protección de armadura personal[ | ]
Fragmentos de un casco de tejido de polímero Kevlar utilizado en combate para absorber la energía de la explosión de una granada de mano, noreste de Irak, 2004. El personal del escuadrón fue rescatado y el cabo Dunham, que cubría la granada con su casco, murió.
Las propiedades mecánicas del material lo hacen adecuado para la fabricación de armaduras de protección personal (PIB): chalecos antibalas y chalecos antibalas. Las investigaciones realizadas en la segunda mitad de la década de 1970 demostraron que la fibra Kevlar-29 y sus modificaciones posteriores, cuando se utilizan en forma de barreras de tejido multicapa y plástico (tejido-polímero), proporcionan la mejor combinación de tasa de absorción de energía y duración de la interacción con el delantero, proporcionando así indicadores relativamente altos, dada la masa del obstáculo, de resistencia a prueba de balas y antifragmentación. Este es uno de los usos más famosos del Kevlar.
Kevlar tiene un peso relativamente bajo, pero una fuerza de fricción interna significativa, lo que le permite disipar rápidamente la energía cinética durante una colisión, convirtiéndola en calor. Al mismo tiempo, debido a su delgadez, no es capaz de detener objetos afilados y pesados que tengan un gran impulso, por ejemplo, una bala de rifle o la hoja de una bayoneta. Por esta razón, en los chalecos antibalas del ejército moderno se combina con placas protectoras adicionales de acero, titanio o cerámica, que son de corta duración, pero que pueden salvar la vida de un soldado en batalla, así como con elementos amortiguadores para reducir la Efecto blindaje de los proyectiles.
En la década de 1970, uno de los avances más significativos en el desarrollo de chalecos antibalas fue el uso de refuerzo de fibra de Kevlar. El desarrollo de chalecos antibalas de Kevlar por parte del Instituto Nacional de Justicia de EE. UU. se llevó a cabo durante varios años en cuatro etapas. En la primera etapa, se probó la fibra para determinar si podía detener una bala. La segunda fase consistió en determinar el número de capas de material necesarias para evitar la penetración de balas de diferentes calibres y que viajen a diferentes velocidades, y desarrollar un prototipo de chaleco capaz de proteger a los empleados de las amenazas más comunes: .38 Special y .22 Long. Balas de calibre de rifle. En 1973, se desarrolló un chaleco de fibra de Kevlar de siete capas para pruebas de campo. Se descubrió que cuando se mojaba, las propiedades protectoras del Kevlar se deterioraban. La capacidad de protección contra las balas también disminuyó después de la exposición a la luz ultravioleta, incluida la luz solar. La limpieza en seco y la lejía también afectaron negativamente las propiedades protectoras del tejido, al igual que los lavados repetidos. Para superar estos problemas, se ha desarrollado un chaleco impermeable que tiene un revestimiento de tela para evitar la exposición a la luz solar y otros factores nocivos.
Construcción naval [ | ]
Desde principios de los años 90, el Kevlar se ha generalizado en la construcción naval. Debido a las dificultades tecnológicas y al precio del Kevlar, se utiliza de forma selectiva. Por ejemplo, sólo en la parte de la quilla o en las costuras. Muchos fabricantes (como los astilleros BAIA Yachts, Blue Water, Dolphin, Danish Yacht, Zeelander Yachts), que no fabrican un gran número de yates al año, están cambiando sistemáticamente al uso de Kevlar. Uno de los líderes en la producción de yates de Kevlar es [ ¿por quién?] El astillero italiano Cranchi, que produce yates de Kevlar con tamaños de 11 a 21 metros.
Los materiales modernos de alta tecnología se utilizan cada vez más en diversas industrias. Uno de ellos es el tejido Kevlar. Este elemento se distingue de otros medios por su excelente resistencia tanto a la fricción como al impacto puntual. Así, en los materiales compuestos se combina con mayor frecuencia con una variedad de materiales; a su vez, en la industria textil, el tejido Kevlar ha encontrado una amplia aplicación. Un material de alta tecnología como el Kevlar se utiliza para coser chaquetas, vaqueros, guantes, fabricar cables y mucho más.
Características del tejido Kevlar
El tejido Kevlavr se utiliza activamente como agente de refuerzo para una variedad de materiales compuestos. El tejido Kevlar tiene una gran resistencia y un peso muy reducido. Un producto de este tipo no solo no pierde sus propiedades bajo la influencia de las bajas temperaturas (el límite de temperatura es -190 grados), sino que también adquiere resistencia adicional.
La exposición a altas temperaturas tampoco causará mucho daño al tejido Kevlar, porque su temperatura de destrucción oscila entre +430 y +480 grados. Además, la temperatura de destrucción depende completamente del tiempo y la intensidad del calentamiento. Para reducir el coste de los productos terminados, se ha establecido la producción de tejidos combinados, a los que se les añade fibra de vidrio o fibras de carbón. El tejido Kevlar no representa ningún peligro para la salud humana.
La alta resistencia al calor y la resistencia del tejido Kevlar permiten su uso para la confección de uniformes para bomberos. Debido a que el Kevlar es 5 veces más resistente que el acero (con el mismo peso), ha sido posible utilizarlo para la fabricación de chalecos antibalas. Fueron los dispositivos de protección especiales, cuya producción fue bastante exitosa, los que contribuyeron en gran medida a la popularidad del tejido Kevlar. Actualmente, dicho material se utiliza en una variedad de industrias, incluida la aeroespacial.
Funcionamiento del tejido Kevlar.
En la vida cotidiana, el Kevlar también ha encontrado una aplicación muy amplia. La mayoría de las veces se utiliza precisamente donde se requiere una alta resistencia a altas y bajas temperaturas y, en consecuencia, su máxima resistencia. Normalmente, el tejido Kevlar se utiliza para producir diversos equipos para deportistas (cascos, cuerdas, guantes, etc.). Además, como se mencionó anteriormente, el tejido Kevlar se utiliza activamente en la producción de materiales compuestos.
Sin embargo, en términos de temperatura y resistencia, Kevlar es ligeramente inferior a la fibra de carbono, pero al mismo tiempo tolera mucho mejor las cargas de flexión. En un intento de combinar las cualidades de estos dos materiales, se crearon tejidos combinados de Kevlar, con cantidades aproximadamente iguales de ambos materiales. Estos tejidos toleran muy bien la deformación elástica. Pero el tejido de carbono-Kevlar pierde resistencia, tiene un poco más de peso y no tolera muy bien el contacto con el agua.
Sin embargo, la combinación de resinas epoxi con tejido Kevlar no es la ideal. Estas resinas tienden a "captar" la humedad y acumularla en sí mismas. En contacto con el agua, el Kevlar pierde significativamente sus propiedades, que son tan altas en estado seco. Además, la luz ultravioleta es un catalizador que reduce la vida útil del componente Kevlar.
Por eso es aconsejable utilizar Kevlar sólo en determinadas condiciones (utilizando absolutamente todas las características positivas del material), lo que en realidad no reduce su demanda en la actualidad. El tejido Kevlar se utiliza para coser ropa de trabajo especial en la construcción (guantes de montaje, monos de soldadura, etc.).
Kevlar es una marca registrada de fibra sintética de para-aramida y pertenece al amplio grupo de fibras de aramida como Nomex y Technora. Desarrollado por DuPont en 1965, este material de alta resistencia se comercializó por primera vez a principios de la década de 1970 como sustituto del acero en los neumáticos de carreras. Normalmente, el Kevlar se distribuye en forma de cables o tejidos, que pueden utilizarse solos o como elemento en materiales compuestos compuestos.
Actualmente, Kevlar tiene muchas aplicaciones, que van desde neumáticos de bicicletas y velas de yates y otros barcos hasta chalecos antibalas (debido a su alta relación resistencia-peso a la tracción; en este indicador, Kevlar es 5 veces superior al acero). También lo utiliza la industria protésica y ortopédica para aumentar la resistencia al desgaste de las piezas de fibra de carbono del pie. Kevlar se utiliza para fabricar conos de altavoces.
Los especialistas de Akzo desarrollaron una fibra similar llamada Twaron, con aproximadamente la misma estructura química, en los años 70 del siglo pasado, y su producción comercial comenzó en 1986. Actualmente, la fibra Twaron es producida por Teijin.
La poliparafenileno tereftalamida, que se vende bajo la marca Kevlar, fue inventada por la química polaco-estadounidense Stephanie Kwolek mientras trabajaba en DuPont. El motivo del inicio del desarrollo de una nueva sustancia fue la escasez de gasolina que se estaba gestando en ese momento. En 1964, el grupo de Kwolek comenzó a buscar una nueva fibra ligera y resistente para usar en neumáticos ligeros pero duraderos. En aquella época trabajaba con varios polímeros: polibenzamida y tereftalato de poli/p-fenileno. A partir de estos componentes, el investigador pudo obtener una fibra que, a diferencia del nailon, no era quebradiza. En 1971 se obtuvo un ejemplar moderno de Kevlar. Sin embargo, Kwolek no participó activamente en el desarrollo de productos Kevlar y sus aplicaciones.
1. Historia
2 Producción
3 Estructura y propiedades
4 propiedades térmicas
5 aplicaciones
5.1 Protección
5.1.1 Criogenia
5.1.2 Armadura
5.1.3 Equipo de protección personal
5.2 Equipamiento deportivo
5.2.1 Zapatos
5.3 Música
5.3.1 Equipo de audio
5.3.2 Cadenas
5.3.3 Tambores
5.4 Otras aplicaciones
5.4.1 Bailando con fuego
5.4.2 Sartenes
5.4.3 Cuerdas, cables, fundas
5.4.4 Generación de electricidad
5.4.5 Construcción de edificios
5.4.6 Frenos
5.4.7 Compensadores de temperatura y mangueras
5.4.8 Física de partículas
5.4.9 Teléfonos inteligentes
6 materiales compuestos
Producción
Kevlar se sintetiza en solución a partir de los monómeros fenilen-1,4-diamina (p-fenilendiamina) y cloruro de tereftaloilo mediante una reacción de condensación. En este caso el ácido clorhídrico es un subproducto. El resultado es una sustancia con características de cristales líquidos, cuyas cadenas poliméricas están orientadas en una dirección, lo que permite la formación de una fibra fuerte. La hexametilfosforamida (HMPA) se utilizó originalmente como disolvente de polimerización, pero por razones de seguridad DuPont la reemplazó por una solución de N-metilpirrolidona y cloruro de calcio. Dado que este proceso ya había sido patentado por Akzo (ver arriba) para la producción de Twaron, la medida de DuPont desencadenó un litigio de patentes.
Reacción de fenilen-1,4-diamina (p-fenilendiamina) y cloruro de tereftaloilo que da como resultado Kevlar
La producción de Kevlar (poliparafenileno tereftalamida) es un proceso relativamente costoso debido a las dificultades asociadas con el uso del ácido sulfúrico concentrado necesario para mantener el polímero insoluble en agua en solución durante su síntesis y formación de fibras.
Hay varios grados de Kevlar disponibles:
Kevlar K-29: se utiliza en aplicaciones industriales como cables, sustitutos del amianto, pastillas de freno, blindaje para carrocerías y vehículos;
Kevlar K49 es un material de alto módulo utilizado en cables y cuerdas;
Kevlar K100: versión coloreada de Kevlar;
Kevlar K119: tiene un alto alargamiento, flexibilidad y una resistencia a la fatiga relativamente alta;
Kevlar K129: se caracteriza por una mayor resistencia en comparación con el Kevlar estándar; ampliamente utilizado para aplicaciones balísticas;
Kevlar AP: resistencia a la tracción un 15 % mayor que el K-29;
Kevlar XP es una combinación de resina liviana y fibras KM2;
Kevlar KM 2: características balísticas mejoradas, utilizadas en la creación de armaduras.
La exposición al componente ultravioleta de la luz solar provoca la degradación y desintegración del Kevlar. Por lo tanto, rara vez se utiliza al aire libre sin protección de la luz solar.
Estructura y propiedades
Una vez formadas, las fibras de Kevlar tienen una resistencia a la tracción de aproximadamente 3620 MPa y una densidad relativa de 1,44. El polímero debe su alta resistencia a los numerosos enlaces entre los monómeros. Estos enlaces tienen un mayor efecto en las propiedades de Kevlar que las fuerzas de Van der Waals y la longitud de la cadena, que normalmente afectan las propiedades de otros polímeros y fibras sintéticos como el Dyneema. La presencia de sales y algunas otras impurezas, especialmente calcio, puede afectar las propiedades del producto final, y durante la producción se intenta evitar la inclusión de impurezas en la composición del Kevlar.
Propiedades termales
Kevlar conserva fuerza y elasticidad hasta temperaturas criogénicas (-196°C). De hecho, a bajas temperaturas se vuelve un poco más fuerte. A temperaturas más altas, la resistencia a la tracción se reduce inmediatamente en aproximadamente un 10-20%, y después de varias horas de exposición continua al calor, la resistencia a la tracción se reduce aún más. Por ejemplo, a 160 °C (320 °F), se produce una reducción del 10 % en la resistencia después de aproximadamente 500 horas de exposición térmica. A 260 °C (500 °F), se produce una reducción del 50 % en la resistencia después de 70 horas de exposición a una fuente de calor.
Aplicaciones
Proteccion
Criogenia (física de bajas temperaturas)
Kevlar se utiliza a menudo en el campo de la física de bajas temperaturas. Esto se debe a su baja conductividad térmica y alta resistencia en comparación con otros materiales que se utilizan para crear suspensiones. El uso más común de Kevlar es separar el depósito de sales paramagnéticas del núcleo de un imán superconductor para minimizar la fuga de calor hacia el material paramagnético. También se utiliza para crear refuerzos [estructurales] o soportes estructurales para aplicaciones donde se requiere una baja fuga de calor.
Armadura
Kevlar es un componente bastante conocido y popular de armaduras personales, como cascos de combate, máscaras balísticas y chalecos balísticos. Kevlar es un componente clave del casco y chaleco antibalas PASGT y sus equivalentes, que han sido utilizados por las Fuerzas Armadas de los Estados Unidos desde 1980. Otras aplicaciones militares incluyen máscaras antibalas utilizadas por guardias y pasamontañas utilizados para proteger a las tripulaciones de vehículos blindados. Incluso los portaaviones clase Nimitz utilizan blindaje de Kevlar en espacios vitales. Si consideramos el uso civil del material, cabe señalar que se utiliza en equipos para proteger a los trabajadores de respuesta a emergencias si el ámbito de su actividad implica el contacto con objetos que tienen una temperatura alta (por ejemplo, extinción de incendios). Esta área también incluye chalecos antibalas hechos de Kevlar, que son utilizados por agentes de policía, fuerzas de seguridad privadas de organizaciones privadas y fuerzas especiales.
Medios de protección individual
Kevlar se utiliza para fabricar guantes, mangas, chaquetas, pantalones y otras prendas diseñadas para proteger a los usuarios de cortes, abrasiones y calor. Los equipos de protección fabricados con Kevlar suelen ser significativamente más ligeros y delgados que sus equivalentes fabricados con materiales más tradicionales.
Equipo de deporte
Se utiliza como revestimiento interior de algunos neumáticos de bicicleta para ayudar a prevenir pinchazos. En el tenis de mesa, se añaden capas de Kevlar a las raquetas para aumentar el rebote y ahorrar peso. Se utiliza en la producción de ropa de seguridad para motociclistas, especialmente en protección de hombros y codos. En Kyudo, el arte japonés del tiro con arco, las fibras de Kevlar se pueden utilizar para crear una cuerda de arco. En este caso, el material actúa como alternativa a las fibras de cáñamo, que son más caras. Este material se utiliza con mayor frecuencia para crear cables de soporte para parapentes. En esgrima se utiliza para confeccionar chaquetas, pantalones, petos y elementos de máscara de protección. Las raquetas de tenis suelen contener también elementos de Kevlar. Incluso se utiliza en velas para barcos de regata de alto rendimiento. El kevlar se utiliza cada vez más en el "peto", la suave cubierta que protege a los caballos picadores en la arena.
Zapatos
Por primera vez en la industria del calzado, Nike aprovechó los avances en la tecnología para crear productos basados en Kevlar. Sus especialistas utilizaron Kevlar en una serie de zapatillas Elite Series II (una versión mejorada de una versión anterior de zapatillas de baloncesto). Esto se hizo para reducir la elasticidad de la punta del zapato. Anteriormente, se usaba nailon para este propósito, pero el Kevlar se expandió aproximadamente un 1% en comparación con el nailon, que se expandió aproximadamente un 30%. La compañía ahora produce zapatos similares bajo las marcas LeBron, HyperDunk y Zoom Kobe VII. Sin embargo, estas zapatillas se introdujeron en un rango de precios mucho más alto que el costo promedio de las zapatillas de baloncesto.
Kevlar también se ha utilizado como parches de control de velocidad en algunos Soap Shoes y también ha servido como material de encaje para las botas de fútbol premium Adidas F50 adiZero Prime.
Música
Equipo de sonido
También se ha descubierto que Kevlar tiene propiedades acústicas beneficiosas. Actualmente, los tejidos a base de él se utilizan para crear difusores para altavoces acústicos (frecuencias bajas y medias). Además, Kevlar se utiliza como elemento de resistencia en cables de fibra óptica, como los que se utilizan para transmitir datos de audio.
Instrumentos de cuerda
Kevlar se puede utilizar como núcleo acústico en cuerdas para instrumentos de cuerda. Las propiedades físicas del Kevlar confieren a las cuerdas fuerza, flexibilidad y estabilidad. Hoy en día, el único fabricante de este tipo de cuerdas es CodaBow.
Batería
El kevlar se utiliza a veces como material para los tambores de marcha (con cuerdas a lo largo del parche inferior). Su uso nos permite conseguir una tensión muy alta, dando como resultado un sonido bastante claro en la salida. Por lo general, el Kevlar se recubre con una capa de resina para sellarlo y se agrega una capa de nailon encima para proporcionar una superficie de golpe plana.
Otras aplicaciones
bailando con fuego
Las mechas para accesorios de danza del fuego están hechas de materiales compuestos que contienen Kevlar. El kevlar por sí solo no absorbe bien las sustancias inflamables, por lo que se mezcla con otros materiales como fibra de vidrio o algodón. La alta resistencia al calor permite reutilizar las mechas de Kevlar varias veces.
Sartenes
Algunos fabricantes de sartenes antiadherentes utilizan a veces el kevlar como sustituto del revestimiento de teflón.
Cuerdas, cables, fundas.
El Kevlar se utiliza en cuerdas y cables trenzados, donde las fibras de Kevlar se agrupan en paralelo y se recubren por fuera con una funda de polietileno. Los cables se utilizan en puentes colgantes. Kevlar se usa ampliamente como funda protectora exterior para cables de fibra óptica (el material protege el cable contra daños y torceduras).
Las conchas tejidas de Kevlar son producidas por las siguientes empresas:
A.W. Compañía Chesterton(chesterton.com). Su producto, Chesterton 1740, es una trenza intermedia hecha de fibra de Kevlar y politetrafluoroetileno (Teflón, PTFE). Características clave de Chesterton 1740: límite de temperatura: 260 °C (500 °F), resistencia química: pH 4-11, límite de presión 20 bar/g (300 psi). Cada hebra de fibra está recubierta individualmente con PTFE para disipar mejor el calor. Chesterton 1740 ofrece varias combinaciones de componentes de media manga para lograr la resistencia deseada a la presión, la temperatura, los productos químicos y el desgaste.
Compañía Diflón(diflo n.it) ofrece fundas tejidas serie KV (-100 - 400 °C; 50 - 100 bar), compuestas de fibras de Kevlar y politetrafluoroetileno. Las conchas se caracterizan por una mayor resistencia al calor. Esta carcasa no mancha las superficies adyacentes, tiene un bajo coeficiente de fricción y disipa el calor. Aplicaciones: tratamiento de aguas residuales, sistema de esclusas, válvulas de baja presión, ejes de motores de pistón, manipulación de ácidos, álcalis y aceite. El producto tiene aplicación universal, excepto para trabajar con oxígeno, álcalis fuertes y agentes oxidantes. El producto es adecuado para la industria papelera, petroquímica y química y centrales eléctricas.
Producto DEPACAnstaltEstablecimiento(depac.at) es una excelente alternativa al trenzado a base de amianto. El trenzado de Kevlar es particularmente eficaz en el manejo de materiales duros y en la industria papelera, acerías, plantas de tratamiento de aguas residuales e industrias azucareras. El tejido diagonal especial de alta densidad de 4 piezas de DEPAC combina resistencia química con alta resistencia para garantizar un sellado óptimo con una presión de contacto mínima.
Generación eléctrica
Kevlar fue utilizado por científicos del Instituto Tecnológico de Georgia (EE.UU.) como base para un experimento destinado a crear ropa capaz de generar electricidad. Esto se hizo tejiendo nanocables de óxido de zinc en tela. Si el proyecto tiene éxito, el nuevo tejido generará unos 80 milivatios por metro cuadrado.
Edificio
El techo retráctil de Kevlar, que cubre más de 5.500 metros cuadrados, fue una parte clave del diseño del Estadio Olímpico de Montreal para los Juegos Olímpicos de Verano de 1976. Esta construcción fracasó increíblemente, ya que el techo se completó con diez años de retraso y después de otros diez años (a finales de mayo de 1998) tuvo que ser reemplazado después de una serie de problemas.
Frenos
La fibra grapada se ha utilizado como sustituto del amianto en las pastillas de freno. El polvo, que es un subproducto de los frenos a base de asbesto, es altamente tóxico, mientras que las fibras de aramida son una mejor opción.
Compensadores de temperatura y mangueras.
Kevlar se puede utilizar como capa de refuerzo en juntas de expansión de tuberías de fuelle de caucho y mangueras de caucho, que están diseñadas para usarse en altas temperaturas y deben tener una alta resistencia. También se puede utilizar como una capa de trenza que se utiliza en el exterior de una manguera contra incendios para agregar un mayor grado de protección contra objetos punzantes.
Partículas fisicas
En el experimento NA48 del CERN se utilizó una fina ventana de Kevlar. El material se usó para separar la cámara de vacío de la cámara de presión atmosférica. Una serie de experimentos en física de partículas NA48 se refirieron al estudio del mecanismo de desintegración de kaones. En el trabajo científico participaron más de 100 físicos, principalmente de Europa occidental y Rusia (JINR).
Teléfonos inteligentes
La línea de teléfonos inteligentes Motorola RAZR se distingue por la presencia de una carcasa trasera de Kevlar. Los desarrolladores de dispositivos eligieron este material en lugar de otros, como la fibra de carbono, debido a su resistencia al estrés mecánico y a la falta de interferencias en la transmisión de señales.
Materiales compuestos
Las fibras de aramida se utilizan ampliamente para reforzar materiales compuestos; a menudo se utiliza el mismo Kevlar en combinación con fibra de carbono y fibra de vidrio. La matriz de los composites de alto rendimiento suele ser resina epoxi. Las aplicaciones típicas incluyen la producción de monocascos para autos de carreras de F1 (un tipo de construcción de estructura espacial en la que (a diferencia del marco o las estructuras de marco) la capa exterior es el principal y generalmente el único elemento de soporte de carga); palas para helicópteros, equipamiento para tenis, tenis de mesa, bádminton y squash, producción de kayaks, bates de críquet, palos de hockey sobre césped y palos de lacrosse.
Actualmente, Kevlar se ha convertido en un componente común de la ropa y el equipo de personas cuyas vidas están constantemente en peligro: funcionarios militares y de seguridad, astronautas e investigadores, atletas y bomberos. Las fibras de Kevlar se utilizan allí donde se requiere una mayor resistencia, desde neumáticos de automóviles hasta cascos de yates, el alcance de su aplicación se amplía constantemente y se mejora la tecnología de producción. Este material fue recibido hace medio siglo y a muchos les resultará extraño que su autora fuera una mujer.
¿Cómo surgió el Kevlar?
Es simbólico que a la inventora de esta fibra única, Stephanie Kwolek, le encantara coser ropa para muñecas cuando era niña. Después de la escuela, se especializó en química en la Universidad Carnegie, pero soñaba con la medicina. Para ganar dinero para estudiar en la universidad, en 1946 la niña comenzó a trabajar en la famosa empresa DuPont y pronto se dio cuenta de que su vocación era, después de todo, la química. En 1964, el grupo de Kwolek trabajó para mejorar la producción de poliaramidas, sustancias poliméricas con una estructura en forma de varilla que podrían reemplazar las cuerdas de acero en los neumáticos. Al abandonar el método de fusión, Stephanie pudo crear una solución de aspecto inusual que, cuando se pasaba por hileras, se convertía en hilos de aramida.
Cuando se comenzó a probar la resistencia de la fibra resultante, los investigadores decidieron que el equipo se había averiado: los indicadores de resistencia del nuevo material eran cinco veces mayores que los del acero.
El nuevo material, llamado Kevlar, empezó a utilizarse comercialmente en los años setenta. Comenzó a utilizarse para la producción de neumáticos, cintas de cordón y materiales compuestos. Al mismo tiempo, los organismos militares y policiales llamaron la atención sobre la alta resistencia de las fibras de poliaramida, cuyo objetivo era desarrollar equipos de protección personal. La idea del chaleco antibalas surgió durante la Primera Guerra Mundial (su autor fue el escritor Conan Doyle), pero las placas de metal tradicionales eran pesadas y dificultaban el movimiento.
Los especialistas del Instituto Nacional de Justicia de Estados Unidos llevaron a cabo una investigación exhaustiva durante varios años, durante la cual demostraron que siete capas de tejido Kevlar proporcionan resistencia a los disparos de bala del calibre 38 más común. La última etapa de las pruebas de campo mostró que la resistencia de dicho chaleco antibalas disminuye cuando se moja y cuando se expone a los rayos ultravioleta. También se descubrió que los productos textiles de Kevlar deterioran sus propiedades protectoras después de varios lavados y que no toleran el blanqueamiento ni la limpieza en seco.
El resultado del desarrollo fue una armadura de Kevlar recubierta con un tejido resistente al agua, que protege la capa reforzada del agua y el sol. Además, como equipo de protección personal se empezaron a utilizar cascos, guantes, plantillas de zapatos, etc. de Kevlar.
Propiedades de las fibras de aramida.
Además de su alta resistencia, Kevlar tiene muchas otras propiedades únicas, a saber:
- en contacto con el fuego y altas temperaturas, esta fibra no se quema, no humea ni se derrite;
- Kevlar no es tóxico ni explosivo;
- su temperatura de descomposición térmica es de 430 a 450 grados;
- la fuerza de las fibras de las axilas comienza a disminuir gradualmente cuando se calientan a más de 150 grados;
- cuando se congela, Kevlar solo se vuelve más fuerte, es capaz de soportar temperaturas criogénicas (hasta -200 grados);
- este material es un aislante eléctrico.
Además, el tejido Kevlar es suave, higroscópico, intercambiable por aire y bastante cómodo de usar. Es cierto que esto no se aplica a la ropa diseñada para trabajar en condiciones de fuego abierto y altas temperaturas. Para aumentar la resistencia al calor, Kevlar está recubierto con aluminio. El material fabricado con dicha fibra protege de manera confiable contra la poderosa radiación térmica, el contacto con superficies calentadas a 500 grados y contra salpicaduras de metal caliente.
También hay que añadir que este material es bastante ligero: un metro de tela pesa entre 30 y 60 g y, aunque no es barato (desde 30 dólares el metro cuadrado), sus excelentes propiedades protectoras justifican plenamente esos costes. Los materiales protectores reforzados con hilos de Kevlar son algo más económicos, lo que los hace resistentes al desgarro y la abrasión. Estos tejidos se utilizan como inserciones protectoras en ropa de trabajo y deportiva, guantes y también como plantillas resistentes al desgaste. El cuidado de los productos elaborados con ellos es extremadamente sencillo. No deberian:
- lavar con frecuencia;
- limpiar con reactivos químicos;
- exponer a la luz solar.
¿Dónde se utiliza Kevlar?
Esta fibra de alta resistencia encuentra una amplia variedad de aplicaciones, desde la industria aeronáutica y espacial hasta ropa deportiva y de viaje. Kevlar llega al mercado en forma de hilos, cordones, tejidos y también como componente de materiales compuestos y mixtos. Las principales formas de su aplicación son:
KEVLAR™- nombre comercial de aramida - poliparafenileno tereftalamida, una fibra sintética de alta resistencia (cinco veces más resistente que el acero, resistencia a la tracción σ0 = 3620 MPa). Desarrollado por la empresa estadounidense DuPont en 1965, su uso comercial comenzó a principios de los años 1970. El material Kevlar ligero, duradero y seguro puede mejorar significativamente las características de rendimiento de la ropa de trabajo y los equipos de protección. Hoy en día, Kevlar se utiliza en la producción de productos que requieren una alta resistencia al desgaste de los materiales: cuerdas de escalada, cintas exprés, cascos, empeines de zapatos, mochilas, esquís, guantes, así como para la fabricación de ropa de trabajo. La fibra de Kevlar es ligera y muy resistente a diversos tipos de impactos. Tiene propiedades como la no inflamabilidad y la resistencia al calor. Según los desarrolladores, las fibras de Kevlar son cinco veces más resistentes que el acero con el mismo peso.
Área de aplicación de Kevlar
Inicialmente, el material se desarrolló para reforzar neumáticos de automóviles y todavía se utiliza con esta función en la actualidad. Además, el Kevlar se utiliza como fibra de refuerzo en materiales compuestos, que son resistentes y ligeros.
Kevlar se utiliza para reforzar cables de cobre y fibra óptica (un hilo a lo largo de toda la longitud del cable que evita que el cable se estire y se rompa), en conos de altavoces y en la industria protésica y ortopédica para aumentar la resistencia al desgaste de piezas de carbono. pies de fibra.
La fibra de Kevlar también se utiliza como componente de refuerzo en tejidos mixtos, lo que confiere a los productos fabricados con ellos resistencia a las influencias abrasivas y cortantes; en particular, a partir de dichos tejidos se fabrican guantes protectores e inserciones protectoras en ropa deportiva (para deportes de motor, snowboard, etc.). ).
En la ropa de trabajo, el tejido con fibra de Kevlar se utiliza principalmente para reforzar las almohadillas en la zona de las rodillas (rodilleras) y la zona de los codos. Porque El tejido Kevlar tiene una alta resistencia a la abrasión, por lo que se utiliza en prendas de vestir en aquellos lugares donde la mayor tensión es la abrasión, cortes y pinchazos.
Uso en armadura corporal
Estructura de Kevlar. El alto grado de orden y resistencia de los polímeros lo proporcionan los enlaces de hidrógeno intermoleculares.
Las propiedades mecánicas del material lo hacen apto para la fabricación de chalecos antibalas. Este es uno de los usos más famosos del Kevlar.
En la década de 1970, uno de los avances más significativos en el desarrollo de chalecos antibalas fue el uso de refuerzo de fibra de Kevlar. El desarrollo de chalecos antibalas de Kevlar por parte del Instituto Nacional de Justicia se llevó a cabo durante varios años en cuatro etapas. En la primera etapa, se probó la fibra para determinar si podía detener una bala. El segundo paso fue determinar la cantidad de capas de material necesarias para evitar la penetración de balas de diferentes calibres que viajan a diferentes velocidades, y desarrollar un prototipo de chaleco que pudiera proteger a los empleados de las amenazas más comunes: .38 Special y .22 Long Rifle. balas. En 1973, se desarrolló un chaleco de fibra de Kevlar de siete capas para pruebas de campo. Se descubrió que cuando se mojaba, las propiedades protectoras del Kevlar se deterioraban. La capacidad de protección contra las balas también disminuyó después de la exposición a la luz ultravioleta, incluida la luz solar. La limpieza en seco y la lejía también afectaron negativamente las propiedades protectoras del tejido, al igual que los lavados repetidos. Para superar estos problemas, se ha desarrollado un chaleco impermeable que tiene un revestimiento de tela para evitar la exposición a la luz solar y otros factores nocivos.
Construcción naval
En la última década, el Kevlar se ha generalizado en la construcción naval. Debido a las dificultades tecnológicas y al precio del Kevlar, se utiliza de forma selectiva. Por ejemplo, sólo en la parte de la quilla o en las costuras. Muchos fabricantes (como los astilleros BAIA Yachts, Blue Water, Danish Yacht, Zeelander Yachts), que no fabrican un gran número de yates al año, están cambiando sistemáticamente al uso de Kevlar. El líder en la producción de yates de Kevlar es el astillero italiano Cranchi, que produce yates de Kevlar con tamaños de 11 a 21 metros.
Industria de aviación
Kevlar se utiliza en el diseño de varios vehículos aéreos no tripulados (como el RQ-11) para mejorar la protección.
Propiedades de temperatura
Kevlar conserva su fuerza y elasticidad a bajas temperaturas, hasta temperaturas criogénicas (-196 °C), además, a bajas temperaturas incluso se vuelve ligeramente más fuerte.
Cuando se calienta, el Kevlar no se funde, sino que se descompone a temperaturas relativamente altas (430-480 °C). La temperatura de descomposición depende de la velocidad de calentamiento y de la duración de la exposición a la temperatura. A temperaturas elevadas (más de 150 °C), la resistencia del Kevlar disminuye con el tiempo. Por ejemplo, a una temperatura de 160 °C, la resistencia a la tracción disminuye entre un 10 y un 20 % después de 500 horas. A 250°C, el Kevlar pierde el 50% de su fuerza en 70 horas.