Kevlar

Kevlar es el domicilio de la marca para una para-aramida fibra sintética , en relación con otras aramidas tales comoNomex y Technora . Desarrollado por Stephanie Kwolek a DuPont en 1965, de este material de alta resistencia se utiliza comercialmente por primera vez a principios de 1970 como un reemplazo para el acero en los neumáticos de carreras. Normalmente se hace girar en cuerdas o tela hojas que se pueden utilizar como tales o como un ingrediente en materiales compuestos componentes.

Actualmente, Kevlar tiene muchas aplicaciones, que van desde bicicletas neumáticos y velas de carrera a la armadura de cuerpo debido a su alta resistencia a la tracción relación a peso; por esta medida es 5 veces más fuerte que el acero en igualdad de peso. También se utiliza para hacer modernos parches que soportan alto impacto. Cuando se utiliza como un material tejido, que es adecuado para líneas de amarre y otras aplicaciones bajo el agua.

Una fibra similar llamado Twaron con más o menos la misma estructura química fue desarrollado por Akzo en la década de 1970; la producción comercial se inició en 1986, y Twaron está ahora fabricado por Teijin .

Kevlar

Producción

Historia

Kevlar se sintetiza en solución de los monómeros 1,4 - fenileno -di amina ( párrafo -fenilendiamina ) y cloruro de tereftaloilo en una reacción de condensación dandoácido clorhídrico como un subproducto. El resultado tiene líquido-cristalina comportamiento, y dibujo mecánico orienta las cadenas de polímero en la dirección de la fibra. hexametilfosforamida (HMPA) era el disolvente utilizado inicialmente para la polimerización, pero por razones de seguridad, DuPont reemplazó por una solución de N -metil-pirrolidona y cloruro de calcio. Como este proceso fue patentado por Akzo (véase más arriba) en la producción de Twaron, una guerra de patentes se produjo.

Poli-parafenileno tereftalamida - Kevlar marca - fue inventado por el químico estadounidense de origen polaco Stephanie Kwolek mientras trabajaba para DuPont , en previsión de una escasez de gasolina. En 1964, su grupo inició la búsqueda de una nueva fibra fuerte de peso ligero a usar para neumáticos ligeros, pero fuertes. Los polímeros que había estado trabajando con el en ese entonces, de poli-p-fenilen-tereftalato y polybenzamide, líquido forman cristal mientras está en solución, algo único a los polímeros de la época.

La solución fue "nublado, opalescente al ser agitada, y de baja viscosidad "y por lo general se desecha. Sin embargo, Kwolek convenció al técnico, Charles Smullen, que dirigía la "hilera", para poner a prueba su solución, y se sorprendió al encontrar que la fibra no se rompió, a diferencia de nylon . Su supervisor y su director del laboratorio entendieron la importancia de su descubrimiento accidental y un nuevo campo de la química de los polímeros se levantó rápidamente. En 1971, se introdujo Kevlar moderna. Sin embargo, Kwolek no estaba muy involucrado en el desarrollo de las aplicaciones de Kevlar.

Propiedades

Identificadores

Fórmula molecular

Número del CAS

[-CO-C ₆ H ₄ -CO-NH-C ₆ H ₄-NH-] _n

24938-64-5

Excepto donde se indique lo contrario, los datos se den materiales en su estado estándar (a 25 ° C (77 ° F), 100 kPa)

(Verificar) (lo que es: / ?)

Referencias listadas

La reacción de 1,4-fenileno-diamina ( párrafo -fenilendiamina) con cloruro de tereftaloilo rendimiento de kevlar.

Kevlar (parafenilentereftalamida poli) la producción es costosa debido a las dificultades ocasionadas por el uso de concentrado de ácido sulfúrico , necesario para mantener el polímero insoluble en agua en la solución durante su síntesis y el hilado .

Varios grados de Kevlar están disponibles:

Kevlar K-29 - en las aplicaciones industriales, tales como cables, asbesto reemplazo, forros de freno, y la armadura de cuerpo / vehículo.
Kevlar K49 - alto módulo utilizado en los cables y cuerda productos.
K100 Kevlar - versión coloreada de Kevlar
Kevlar K119 - de mayor alargamiento, flexible y más resistente a la fatiga.
Kevlar K129 - mayor tenacidad para aplicaciones balísticas.
Kevlar AP -. tiene 15% mayor resistencia a la tracción que el K-29
Kevlar XP -. resina más ligero de peso y KM2 más la combinación de fibra
Kevlar KM2 - resistencia balística mejorada para aplicaciones de blindaje

El ultravioleta componente de la luz solar se degrada y descompone Kevlar, un problema conocido como la degradación UV , por lo que rara vez se utiliza en el exterior sin protección contra la luz solar.

Estructura y propiedades

Cuando el Kevlar se giró , la fibra resultante tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 3.620 MPa, y una densidad relativa de 1,44. El polímero debe su alta resistencia a los numerosos vínculos entre cadenas. Estas inter-moleculares enlaces de hidrógeno se forman entre los grupos carbonilo y N H centros. Fuerza adicional se deriva de las interacciones de apilamiento aromáticas entre filamentos adyacentes. Estas interacciones tienen una mayor influencia en Kevlar que los de van der Waals interacciones y longitud de la cadena que normalmente influyen en las propiedades de otros polímeros sintéticos y fibras como el Dyneema . La presencia de sales y ciertas otras impurezas, especialmente de calcio , podría interferir con las interacciones Strand y precaución se utiliza para evitar la inclusión en su producción. Estructura de Kevlar consiste en moléculas relativamente rígidos que tienden a formar estructuras laminares mayormente planas más bien como la seda proteína.

Propiedades térmicas

Kevlar 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 alrededor de 10-20%, y después de algunas horas la fuerza reduce progresivamente más lejos. Por ejemplo a 160 ° C (320 ° F) una reducción de aproximadamente 10% en la fuerza se produce después de 500 horas. A 260 ° C (500 ° F) la reducción al 50% se produce después de 70 horas. ^{[ 15 ]}

Aplicaciones

Protección

Criogenia

Kevlar se utiliza a menudo en el campo de la criogenia por su baja conductividad térmica y alta resistencia en relación con otros materiales para la suspensiónpropósitos. La mayoría utiliza a menudo para suspender una paramagnético recinto sal de un imán superconductor mandril con el fin de reducir al mínimo las fugas de calor al material paramagnético. También se utiliza como un enfrentamiento térmica o soporte estructural cuando se desean bajas fugas de calor.

Armor

Kevlar es un componente bien conocido de la armadura de personal , tales como cascos de combate , máscaras faciales balísticos , y chalecos balísticos . El casco PASGT y un chaleco usado por los Estados Unidos las fuerzas militares desde la década de 1980 ambos tienen Kevlar como un componente clave, al igual que sus reemplazos. Otros usos militares incluyen mascarillas a prueba de balas utilizadas por los centinelas y revestimientos esquirlas que se utilizan para proteger a las tripulaciones de los vehículos blindados de combate . Incluso los portaaviones de clase Nimitz incluyen armadura Kevlar alrededor de espacios vitales. Aplicaciones civiles relacionados incluyen elementos de protección del servicio de emergencia si se trata de altas temperaturas (por ejemplo, la lucha contra el fuego), y chalecos antibalas Kevlar como chalecos para los agentes de policía, seguridad y SWAT .

Estructura molecular de Kevlar: negrita representa un monómerounidad, discontinuas líneas indican los enlaces de hidrógeno.

Protección personal

Kevlar se utiliza para la fabricación de guantes, mangas, chaquetas, chaparreras y otras prendas de vestir destinadas a proteger a los usuarios de los cortes, abrasiones y calor. Equipo de protección Kevlar es basado a menudo considerablemente más ligero y más delgado que el engranaje equivalentes fabricados con materiales más tradicionales.

Equipamiento deportivo

Se utiliza como un revestimiento interno para algunos neumáticos de la bicicleta para evitar pinchazos. En tenis de mesa, se añaden capas de Kevlar para cuchillas capas personalizadas, o paletas, con el fin de aumentar el rebote y reducir el peso.Se utiliza para la ropa de seguridad de las motocicletas , especialmente en las áreas que ofrecen el acolchado como los hombros y los codos.

En Kyudo o japonés tiro con arco , que puede ser utilizado como una alternativa a los más caros de cáñamo para cuerdas de arco . Es uno de los principales materiales utilizados para parapente líneas de suspensión.

En esgrima se utiliza en los chalecos protectores, pantalones, petos y el babero de las máscaras.

Las raquetas de tenis a menudo se encadenan con Kevlar.

Incluso se utiliza en velas para embarcaciones de competición de alto rendimiento.

Cada vez se utiliza en el "peto", la cubierta acolchada que protege a los caballos de los picadores 'en la plaza de toros.

Kevlar es un material muy popular para las canoas de carreras.

piezas de Kevlar casco usados para ayudar a absorber la explosión de una granada

Zapatos

Con los avances en la tecnología, Nike utiliza Kevlar en los zapatos por primera vez. Se puso en marcha la II Serie Elite ^[^{vínculo roto}^] , con mejoras en su versión anterior de los zapatos de baloncesto utilizando Kevlar en el anterior , así como los cordones de los zapatos . Esto fue hecho para disminuir la elasticidad de la punta del zapato en contraste con nylon utilizado convencionalmente como Kevlar expandido en aproximadamente 1% contra de nylon que se expandió en un 30%.Zapatos de esta gama incluyen LeBron, HyperDunk y Zoom Kobe VII. Sin embargo, estos zapatos fueron lanzados en un rango de precio mucho más alto que el costo promedio de zapatillas de baloncesto.

También fue utilizado como parches de control de velocidad en determinadas Jabón Zapatos modelos. ^[^{cita requerida}^] y los cordones para el adidas F50 adiZero Prime bota de fútbol.

Música

Equipo de audio

Kevlar También se ha encontrado que tienen propiedades acústicas útiles para conos de altavoces, específicamente para las unidades de accionamiento bajo y rango medio. ^{[ 19 ]} Además, el Kevlar se ha utilizado como un miembro de la fuerza en los cables de fibra óptica, tales como los utilizados para las transmisiones de datos de audio. ^{[ 20 ]}

Instrumentos de cuerda frotada

Kevlar se puede utilizar como un núcleo acústica en arcos para instrumentos de cuerda . propiedades físicas de Kevlar proporcionan fuerza, flexibilidad, y la estabilidad para el usuario de la proa. Hasta la fecha, el único fabricante de este tipo de arco es CodaBow .

Kevlar también se utiliza en la actualidad como un material para tailcords (aka ajustadores del tubo de desagüe), que conecta el tubo de desagüe a la endpin de los instrumentos de cuerda frotada.

Parches

Kevlar se utiliza a veces como un material en marchar tambores. Se permite una cantidad extremadamente alta de la tensión, lo que resulta en un sonido más limpio. No es por lo general una resina se vertió sobre la de Kevlar para hacer que la cabeza hermética, y una capa superior de nylon para proporcionar una superficie de impacto plana. Este es uno de los tipos principales de marchar cabezas de tambor trampa. Remo Parche "Falam Slam" 's está hecho con Kevlar y se utiliza para reforzar cabezas bombo donde las huelgas batidor.

Cañas de viento de madera

Kevlar se utiliza en las cañas de viento de madera de Fibracell. El material de estas cañas es un compuesto de materiales aeroespaciales diseñados para duplicar la naturaleza de la manera construye la caña de la caña. Fibras de Kevlar absorbentes muy rígidas pero de sonido se suspenden en una formulación de resina de peso ligero.

Otros usos

Baile Fuego

Mechas para el baile de fuego puntales están hechos de materiales compuestos con Kevlar en ellos. Kevlar por sí misma no absorbe el combustible muy bien, por lo que se mezcla con otros materiales como la fibra de vidrio o de algodón . Alta resistencia al calor de Kevlar permite que las mechas para ser reutilizados muchas veces.

Sartenes

Kevlar se utiliza a veces como un sustituto de teflón en algunas sartenes antiadherentes.

Cuerdas, cables, funda

La fibra se usa en cuerda tejida y en el cable, donde las fibras se mantienen en paralelo dentro de un polietileno de manga.Los cables se han utilizado en los puentes colgantes , como el puente en Aberfeldy en Escocia . Ellos también se han utilizado para estabilizar el agrietamiento torres de enfriamiento de hormigón por la aplicación circunferencial seguido de tensado para cerrar las grietas. Kevlar se utiliza ampliamente como una vaina externa de protección para cable de fibra óptica , como su fuerza protege el cable contra los daños o se tuerza. Cuando se utiliza en esta aplicación es comúnmente conocido por el nombre de marca registrada Parafil.

Poi de fuego en una playa en San Francisco

La generación de electricidad

Kevlar fue utilizado por los científicos en el Instituto de Tecnología de Georgia como un tejido de base para un experimento en la ropa de la electricidad que producen. Esto se hizo por el tejido de óxido de zinc nanocables en el tejido. Si tiene éxito, el nuevo tejido generaría unos 80 milivatios por metro cuadrado.

La construcción de edificios

Un techo retráctil de más de 60.000 pies cuadrados (5.575 metros cuadrados) de Kevlar fue una parte clave del diseño del estadio olímpico de Montreal para losJuegos Olímpicos de Verano 1976 . Fue espectacular éxito, ya que se terminó diez años tarde y sustituido sólo diez años después, en mayo de 1998 tras una serie de problemas.

Frenos

La fibra cortada se ha utilizado como un reemplazo para el asbesto en pastillas de freno . El polvo producido por los frenos de amianto es tóxico, mientras aramidas son un sustituto benigno.

Las juntas de dilatación y mangueras

Kevlar se puede encontrar como una capa de refuerzo de caucho fuelle juntas de expansión de caucho y mangueras , para su uso en aplicaciones de alta temperatura, y por su alta resistencia. También se encuentra como una capa de malla utilizada en el exterior de los latiguillos, para agregar protección contra los objetos punzantes.

Física de partículas

Una ventana de Kevlar fina ha sido utilizado por el experimento NA48 en el CERN para separar una cámara de vacío de un recipiente a presión a casi atmosférica, ambas 192 cm de diámetro. La ventana tiene prevista la estanqueidad de vacío en combinación con razonablemente pequeña cantidad de material (sólo el 0,3% y el 0,4% de la longitud de radiación ).

Smartphones

El RAZR familia de Motorola tiene una placa posterior de kevlar, elegido frente a otros materiales tales como fibra de carbono debido a su capacidad de resistencia y la falta de interferencia con la transmisión de la señal.

Marina Turbine actual y de la turbina de viento

Los materiales compuestos de matriz de fibra de Kevlar / epoxi se pueden utilizar en la turbina de corriente marina (MCT) o turbina de viento, debido a su alta resistencia específica y el peso ligero en comparación con otras fibras.

Los materiales compuestos

Las fibras de aramida son ampliamente utilizados para el refuerzo de materiales compuestos, a menudo en combinación con fibra de carbono y fibra de vidrio . La matriz para materiales compuestos de alto rendimiento es generalmente de resina epoxi . Las aplicaciones típicas incluyen monocasco cuerpos de F1 los coches de carreras , helicóptero palas del rotor, tenis , tenis de mesa , bádminton y de squash raquetas , kayaks , de cricket murciélagos y el hockey sobre hierba , hockey sobre hielo y lacrosse palos.

Véase también

Kevlar línea de amarre

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