El afán por imitar a la naturaleza ha llevado al hombre a conseguir grandes avances tecnológicos. Nada hacía pensar que Wallace Carother (1896-1937), investigador del departamento de I+D de la empresa Dupont, con sus estudios por obtener fibras similares a la seda realizara uno de los principales hallazgos para obtener fibras sintéticas tan importantes como el nilon. Fueron sus compañeros de trabajo, durante un juego descubrieron que podían estirar el líquido contenido en aquel vaso de precipitado, sólo con la ayuda de una varilla de vidrio. El estirado en frío del polímero produce una reorientación de las cadenas de poliamida aumentando considerablemente su resistencia a tracción.

Por este procedimiento se obtuvieron fibras finas y muy resistentes con las que se podían fabricar cuerdas y tejidos. DuPont nunca tuvo una patente del material obtenido (el nailon) pero sí la del proceso para su obtención, el proceso estirado en frío.

Años más tarde, en 1965 la química polaca Stephanie Kwolek (1923-2014), que también trabajaba para Dupont obtuvo la fibra de kevlar®. Finalmente, DuPont empezó a comercializarlo en 1972.

La fibra de kevlar es un claro ejemplo de diseño basado en la Ciencia de los Materiales.

Esta nueva fibra sintética, altamente resistente se define como un polímero de poliparafenileno tereftalamida. Veamos con más detalle en qué consiste.

Como hemos dicho el kevlar es el nombre comercial de una fibra compuesta por un polímero (macromolécula) de aramida o poliamida (polímero complejo). Esta a su vez está formada por unidades más pequeñas (monómeros) aromáticos (anillos 6 C con enlaces dobles alternos) unidos entre sí.

Para poder describir bien el Kevlar necesitamos entender lo que son las poliamidas. Las aramidas son poliamidas en las que los enlaces amida unen anillos aromáticos y son una clase de polímero de condensación. Al calentar 1,4-bencenodiamina y el cloruro de acilo del ácido benceno 1,4-dicarboxílico (ácido tereftálico) se obtiene la aramida kevlar, con pérdida de cloruro de hidrógeno

Se puede apreciar como se establecen puentes de hidrógeno entre distintas cadenas o hileras del polímero inicial, incrementando aún más si cabe su resistencia.

Dentro de las importantes y excepcionales prestaciones de estos compuestos podemos destacar su alta resistencia y elasticidad. Esta característica se debe al alto grado de orientación de las cadenas del polímero. Una fibra con todas las cadenas orientadas paralelamente al eje es mucho mas resistente y rígida que otra con las cadenas sin una orientación preferente. En el caso concreto del kevlar, las cadenas de aramida se comportan como varillas rígidas y mejor alineadas al eje de la fibra que las de nailon, como podemos ver en la imagen. De ahí que sea menos flexible pero más resistente.

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL KEVLAR.

El KEVLAR solo puede ser procesado mediante el proceso de fricción en solución. Este consiste en obtener la fibra desde el proceso de polimerización, ya que es aquí donde podemos controlar sus propiedades.

Por sus gran resistencia a la rotura y su estructura cristalina el kevlar tan solo permite procesarse como fibra, y no es posible otro tipo de transformación.

Hilado del KEVLAR.

La fabricación de fibras se basa en el forzado se polímeros a través de pequeños agujeros agrupados en una hilera a niveles de temperatura y presión extremadamente elevados con el propósito de formar filamentos que se enfriarán a velocidades controladas.

Se los estira para hacerlos más resistentes (técnica de hilado/pasado) y se los devana en paquetes de tamaño y peso convenientes. En la actualidad, los pesos de los paquetes comerciales oscilan entre los 3,60 kg y los 45 kg. Se pueden agregar “funciones” adicionales de procesamiento como las cajas recalentadas, los rodillos de pasada, los godets, los tambores volumétricos, etc., como se muestra a continuación

PROPIEDADES GENERALES DEL KEVLAR:

Propiedades generales del KEVLAR:

Resistencia Química

Ácidos concentrados	Mala
Ácidos diluidos	Aceptable
Álcalis	Buena
Alcoholes	Buena
Cetonas	Buena
Grasas y Aceites	Buena
Halógenos	Buena
Hidrocarburos Aromáticos	Buena

Propiedades Mecánicas

Módulo de Tracción (GPa):	59 -124
Resistencia a la Tracción (MPa):	2760

Propiedades físicas

Densidad ( g/cm³):	1,44
Resistencia a los Ultra-violetas:	Aceptable

Propiedades Térmicas

Calor Específico ( J K^-1 kg^-1 )	1400
Coeficiente de Expansión Térmica (x10^-6 K^-1):	-2 ejes a lo largo
Conductividad Térmica (W m^-1 K^-1):	0,04 a 23C
Temperatura Máxima de Utilización (ºC):	180-245
Temperatura Mínima de Utilización (ºC):	-200

Características y usos:

Resistente a la tracción: se procesa mediante extrusión a través de agujeros muy pequeños. Por ello la resistencia de un cordón de kevlar es cinco veces superior que la de uno de hacer del mismo peso. La NASA fabrica paracaídas con fibra de kevlar para recuperar piezas del módulo de lanzamiento.

Aporta rigidez a estructuras ligeras:

- raquetas de tenis incorporan kevlar en su estructura y también las cuerdas.

- los composites de las piraguas se refuerzan con kevlar para soportar los golpes.

- Las bicicletas ligeras sufren tensiones en su estructura cuando circula por las carreteras, el kevlar le aporta rigidez sin aumentar apenar el peso.

Tejidos difíciles de cortar. El kevlar ha mejorado la seguridad e muchos trabajos al permitir fabricar tejidos altamente resistentes al corte. Los tejidos de alta densidad son resistentes a la perforación (chalecos antibalas de policía, cascos militares, etc.)

En este enlace podemos ver algunas de las propiedades que hacen tan interesante esta fibra sintética

https://dai.ly/x10nrq1

Aquí te dejamos un enlace a Dupont España donde podrás encontrar todos los tipos de kevlar que se fabrican actualmente:

http://www.dupont.es/productos-y-servicios/fibras-tejidos-y-telas-no-tejidas/fibers/brands/kevlar/products/dupont-kevlar-fiber.html

Y en este enlace podrás descubrir todos los usos que puede tener el kevlar en múltiples actividades y productos (en inglés):

http://duponttools.force.com/ppf?lang=en_US&country=GBR&level0=Categories&level1=Fabrics%2C+Fibers+%26+Nonwovens&level2=Fibers

Pruebas de laboratorio

Para comprobar las propiedades del kevlar se desarrollan múltiples pruebas de laboratorio. A continuación exponemos algunas de las más importantes realizadas por Dupont:

     -Prueba física (resistencia a la rotura, elongación y tenacidad)
      Extracción automática Soxhlet (centrifugación, lubricante, agente encolante)
    Prueba de lluvia Bundesmann (pruebas de repelencia al agua, absorción, permeabilidad)
     Microscopia (óptica, escaneo electrónico)
   Calorímetro con balanza dinámica (punto de fusión, temperatura de transición vítrea)

     Análisis termogravimétrico (temperatura de descomposición, contenido volátil con capacidad de calor)

Infrarrojo (identificación de polímero, control de agente encolante)

Preparación de muestra (tejido a escala industrial, corte de telas, costura de paquetes, extrusión de lámina, moldeamiento de panel)

Prueba de apuñalamiento para la protección con hilos múltiples (HOSDB, NIJ, SK, cuchillo, clavo, impacto con punta roma)

Prueba balística (STANAG, NIJ, HOSDB, SK, MIL, condicionamiento de material de respaldo, preparación de munición, disparo con Magnum 44, deformación en la parte posterior, disparos de contacto, FSP, V50, inmersión en agua, casco V50, balas de rifle, balística dura)

Investigación avanzada sobre balística (impacto de bala con cámara de alta velocidad en casco, simulación numérica)

http://www.dupont.mx/productos-y-servicios/telas-fibras-notejidos/fibras/videos/prueba-e-investigacion-kevlar-dupont.html

Video demostrativo de prueba de resistencia de guante de kevlar.

http://www.dupont.mx/productos-y-servicios/prendas-de-proteccion/proteccion-contra-cortes/videos/demostracion-resistencia-cortes.html

Prueba de protección (prueba de balística) de vehículo protegido con kevlar :