Kevlar
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Kevlar est une marque marque de la lumière, forte para-aramide fibre synthétique, lié aux autres aramides tels que Nomex et Technora.
Développé à DuPont en 1965 par Stephanie Kwolek et Roberto Berendt, il a été d'abord utilisé dans le commerce au début des années 1970. Typiquement, elle est filée en brins ou tissu feuilles qui peuvent être utilisés en tant que tels ou en tant qu'ingrédient dans des composants en matériaux composites.
Actuellement, Kevlar a de nombreuses applications, allant de la bicyclette pneus et voiles de course à Body Armor en raison de sa haute résistance-poids-rapport célèbre: "... cinq fois plus résistant que l'acier sur une base de poids égal ...".
Une fibre similaire appelé Twaron avec à peu près la même structure chimique a été introduit par Akzo en 1978, et maintenant fabriqué par Teijin.
Propriétés
Lorsque Kevlar est filé, la fibre résultante a une grande résistance à la traction (environ 3 000 MPa), un densité relative de 1,44 et ne est pas rouille. Lorsqu'il est utilisé comme un matériau tissé, il est adapté pour des lignes d'amarrage et d'autres objets de l'application sous-marine.
Il existe trois degrés de Kevlar: (i) kevlar, (ii) en Kevlar 29, et (iii) de Kevlar 49. Typiquement, Kevlar est utilisé comme renforcement des pneumatiques et les ouvrages en caoutchouc mécaniques. Applications industrielles de Kevlar 29 sont tels que câbles, en le remplacement de l'amiante, garnitures de freins, et l'armure de corps. Kevlar 49 a la plus grande résistance à la traction de tous les aramides, et est utilisé en renfort plastique pour les coques de bateaux, les avions, et les vélos. La lumière ultraviolette dégrade composante de la lumière du soleil et se décompose Kevlar, d'où il est rarement utilisé à l'extérieur sans protection contre le soleil.
Bien que Kevlar possède d'excellentes propriétés de résistance à la traction, il doit être étudié le faible coefficient de frottement. Il serait compromettre l'intégrité structurale du matériau. Une application de Kevlar (49 ou 149) comme matériau résistant au frottement, sont des disques de systèmes d'embrayages.
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Production
Le Kevlar est synthétisé à partir de monomères 1,4- phénylène-di amine ( para-phénylènediamine) et le chlorure de téréphtaloyle dans réaction de condensation produisant de l'acide chlorhydrique comme sous-produit. Le résultat est un cristal liquide et le comportement mécanique dessin orientation des chaînes polymères dans la direction de la fibre. L'hexaméthylphosphoramide (HMPA) a été le premier solvant de polymérisation utilisées, mais des tests toxicologiques ont démontré qu'elle provoque des tumeurs dans le nez des rats, de sorte DuPont remplacé par un N-méthyl-pyrrolidone et de chlorure de calcium en tant que solvant. Comme ce processus a été breveté par Akzo (voir ci-dessus) dans la production de Twaron, une guerre des brevets se ensuivit.
Kevlar (poly paraphénylène téréphtalamide) la production est coûteuse à cause des difficultés découlant de l'utilisation concentré corrosif de l'acide sulfurique , nécessaire pour maintenir le polymère insoluble dans l'eau en solution au cours de sa synthèse et filage.
Propriétés chimiques
Fibres de Kevlar sont constitués de longues chaînes moléculaires produites à partir de PPTA (poly-paraphénylène téréphtalamide). Il ya beaucoup de liens inter-chaînes rendant le matériau extrêmement forte. Kevlar tire une partie de sa haute résistance à partir inter-moléculaire des liaisons hydrogène formées entre les groupes carbonyle et les protons sur les chaînes de polymère et l'empilement pi partielle voisine de la benzénique interactions d'empilement aromatiques entre les brins empilés. Ces interactions ont une plus grande influence sur le Kevlar de van der Waals et les interactions longueur de chaîne qui influencent généralement les propriétés d'autres polymères et des fibres synthétiques telles que Dyneema. La présence de sels et certains autres impuretés, en particulier le calcium , peuvent interférer avec les interactions des brins et la prudence est utilisé pour éviter l'inclusion dans sa production. La structure en Kevlar est constitué de molécules relativement rigides qui ont tendance à former des structures en forme de feuilles planes et non comme la plupart protéines de soie.
Propriétés thermiques
Pour un polymère de Kevlar a une très bonne résistance aux températures élevées, et maintient sa force et la résistance jusqu'à des températures cryogéniques (-196 ° C); en effet, il est légèrement plus forte à basse température.
A des températures plus élevées, la résistance à la traction est immédiatement réduite d'environ 10 à 20%, et après quelques heures, la résistance diminue progressivement plus loin. Par exemple à 160 ° C réduction d'environ 10% de la résistance se produit au bout de 500 heures. À 260 ° C 50% de réduction se produit après 70 heures.
A 450 ° C Kevlar sublime.
Applications
Armour
Kevlar est bien connu comme une composante de certains gilets pare-balles. Le Casque et un gilet PASGT utilisée par US forces militaires depuis le début des années 1980 ont tous deux Kevlar comme un élément clé, tout comme leurs remplaçants. Les applications civiles comprennent Kevlar renforcé vêtements pour motocyclistes pour protéger contre les blessures à l'abrasion et aussi l'équipement de protection de service d'urgence si elle implique la chaleur élevée (par exemple, la lutte contre un incendie).
Equipement sportif
Dans de nombreux cas il fait partie d'un matériau composite, utilisé dans la production d'une partie de tennis, de badminton et de squash, kayaks, et quelques bâtons de hockey et de crosse sur le terrain. Il est utilisé comme une doublure intérieure pour certains pneus de vélo pour éviter les crevaisons, et en raison de son excellente résistance à la chaleur, est utilisé pour mèches feu POI. Il est utilisé pour vêtements de sécurité moto, notamment dans les domaines présentant un rembourrage tels que les épaules et les coudes. Il a aussi été utilisé sous forme de plaques de contrôle de vitesse pour certains modèles de chaussures de savon.
Équipement audio
Il a également été trouvé pour avoir des propriétés acoustiques utiles pour cônes de haut-parleurs, en particulier pour les basses et d'entraînement de milieu de gamme unités.
La production d'électricité
Il a été utilisé par des scientifiques de Georgia Tech comme un textile de base pour une expérience dans les vêtements de production d'électricité. Ceci a été réalisé par tissage nanofils d'oxyde de zinc dans le tissu. En cas de succès, le nouveau tissu générerait environ 80 miliwatts par mètre carré.
