Kevlar

Estrutura molecular de Kevlar; Unidade de monômero;: BOLD TRACEJADA: ligações de hidrogênio.

Kevlar é o registrado marca para uma luz, forte para-aramida fibras sintéticas, relacionado com outros aramidas tal como Nomex e Technora.

Desenvolvido no DuPont em 1965 por Stephanie Kwolek e Roberto Berendt, foi usado pela primeira vez comercialmente no início de 1970. Tipicamente ele é girado em cordas ou tecido folhas que podem ser utilizados como tal ou como um ingrediente em componentes de materiais compósitos.

Actualmente, Kevlar tem muitas aplicações, variando de bicicleta pneus e correndo velas para armadura corporal devido à sua alta relação de força-famosa-peso: "... cinco vezes mais forte que o aço, numa base de peso igual ...".

A fibra semelhante chamado Twaron com aproximadamente a mesma estrutura química foi introduzido pela Akzo em 1978, e agora fabricado pela Teijin.

Propriedades

Quando Kevlar é fiado, a fibra resultante tem grande resistência à tracção (cerca de 3 000 MPa), um densidade relativa de 1,44, e não faz ferrugem. Quando utilizada como um material tecido, ele é adequado para linhas de amarração e outros objectos da aplicação subaquáticas.

Existem três tipos de Kevlar: (i) Kevlar, (ii) de Kevlar 29, e (iii) Kevlar 49. Tipicamente, Kevlar é usado como reforço em pneus de borracha e produtos mecânicos. Kevlar 29 de aplicações industriais são como cabos, em substituição do amianto, lonas de freio, e armadura corporal. Kevlar 49 tem a maior resistência à tracção de todas as aramidas, e é utilizado no reforço de plástico para cascos de barcos, aviões e bicicletas. A luz ultravioleta da luz solar componente degrada e decompõe Kevlar, portanto, é raramente usado ao ar livre sem proteção contra a luz solar.

Embora Kevlar tem excelentes propriedades de resistência à tração, deve ser estudado o baixo coeficiente de atrito. Seria comprometer a integridade estrutural do material. Uma aplicação de Kevlar (49 ou 149) como material resistente ao atrito, são discos de sistemas de embreagens.

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Produção

Kevlar é sintetizado a partir do monômeros 1,4- fenileno-di amina ( Para fenilenodiamina) e cloreto de tereftaloila em reação de condensação produzindo ácido clorídrico como um subproduto. O resultado é um líquido-cristalino comportamento e desenho mecânico orientar as cadeias de polímero na direcção da fibra. Hexametilfosforamida (HMPA) foi o primeiro solvente de polimerização utilizado, mas os testes de toxicologia demonstrado que provocava tumores nos narizes de ratos, de modo a DuPont substituiu-o por um grupo N-metil-pirrolidona e cloreto de cálcio como o solvente. Como este processo foi patenteado pela Akzo (ver acima) na produção de Twaron, seguiu-se uma guerra de patentes.

Kevlar (poli tereftalamida parafenileno) produção é caro por causa das dificuldades decorrentes da utilização concentrado corrosivo do ácido sulfúrico , necessário para manter o polímero insolúvel em água na solução durante a sua síntese e fiação.

Propriedades químicas

As fibras de Kevlar consistem de cadeias moleculares longas produzidos a partir de PPTA (poli-parafenileno-tereftalamida). Existem muitas ligações inter-cadeias que fazem o material extremamente forte. Kevlar deriva parte de sua alta resistência a partir de inter-molecular pontes de hidrogénio formadas entre os grupos carbonilo e protões na vizinha cadeias de polímero e o empilhamento pi parcial do benzenóide interacções de empilhamento aromáticos entre fios empilhados. Estas interacções tem uma influência maior no Kevlar do que o de van der Waals e interacções comprimento da cadeia que normalmente influenciam as propriedades de outros polímeros e fibras sintéticas tais como Dyneema. A presença de sais e certas outras impurezas, especialmente o cálcio , podem interferir com as interacções de cadeia e precaução é usado para evitar a inclusão na sua produção. Estrutura de Kevlar consiste de moléculas relativamente rígidas que tendem a formar estruturas em forma de folha como na maior parte planar em vez proteína de seda.

Propriedades térmicas

Para um polímero de Kevlar tem muito boa resistência a temperaturas elevadas, e mantém a sua força e resistência a temperaturas criogénicas para baixo (196 ° C); na verdade, é ligeiramente mais forte a baixas temperaturas.

A temperaturas mais altas, a resistência à tracção é imediatamente reduzida em cerca de 10-20%, e depois de algumas horas a força reduz progressivamente mais. Por exemplo, a 160 ° C cerca de 10% de redução na força ocorre depois de 500 horas. A 260 ° C 50% de redução ocorre após 70 horas.

A 450 ° C Kevlar sublima.

Aplicações

Armour

Kevlar é bem conhecido como um componente de alguns coletes à prova de balas. O Capacete e colete PASGT usado por US forças militares desde o início de 1980 ambos têm Kevlar como um componente-chave, assim como seus substitutos. Aplicações civis incluem Kevlar reforçado vestuário para motociclistas para proteger contra lesões de abrasão e também equipamentos de proteção do serviço de emergência se envolve calor elevado (por exemplo, a luta contra um incêndio).

Equipamentos esportivos

Em muitos casos, é parte de um material composto, utilizado na produção de alguns de ténis, badminton e squash raquetes, caiaques, e alguns de hóquei em campo e lacrosse varas. É usado como um revestimento interno para alguns pneus de bicicleta para evitar perfurações, e devido à sua excelente resistência ao calor, é usado para pavios poi fogo. É usado para Roupas de segurança da motocicleta, especialmente nas áreas que caracterizam preenchimento tais como ombros e cotovelos. Também foi usado como manchas de controle de velocidade para certas modelos de sapatos sabão.

Equipamento de áudio

Também foi encontrado para ter propriedades acústicas úteis para cones de alto-falante, especificamente para as unidades de baixo e de unidade de médio porte.

A geração de eletricidade

Foi usado por cientistas do Georgia Tech como um têxtil de base para uma experiência em roupas produtoras de electricidade. Isto foi feito por tecelagem nanofios de zinco-óxido no tecido. Se for bem sucedido, o novo tecido poderia gerar cerca de 80 miliwatts por metro quadrado.