ARAMIDA

Las fibras de aramida

 Introducción

En los laboratorios de investigación de EI Du Pont de Nemours & Company, Inc. , en 1965, dos científicos de investigación, Stephanie Kwolek y Blades Herbert, estaba trabajando en un laboratorio corporativo para crear una nueva fibra. 

La nueva fibra, llamado Kevlar, se podría ofrecer en muchas formas diferentes.  

Uno de los usos más populares de Kevlar llegó en forma de chalecos antibalas que los policías tienen invocado por más de 25 años.   

El mayor atributo de la fibra era la fuerza que proporciona en una forma muy ligera, que era a la vez cómodo y le dio un amplio rango de movimiento para el oficial.   Este descubrimiento se produjo a partir de un compuesto químicamente muy similar llamado Nomex. 

La producción de fibras de aramida conocidos bajo los nombres de marca Kevlar y Nomex.

La diferencia está en su estructura, Kevlar ® es una para-aramida mientras Nomex ® es una meta-aramida. 

    

Una aramida es una poliamida donde se unen al menos 85% de los enlaces amida a anillos aromáticos.   

La primera aramida producida fue llamado Nomex ® introducido por Du Pont en 1961.   Por esta reportar vamos a diseccionar cada fibra por separado. 

Kevlar ®

Historia

Kevlar ® fue desarrollado originalmente en la década de 1960 con el nombre químico de la poli-parafenileno tereftalamida;

Presentado por primera vez comercialmente por Du Pont en 1972, la fibra tiene competidores similares en Twaron y Technora.  

Kevlar se desarrolló originalmente como material neumático acorde para los cinturones y las carcasas de neumáticos radiales. Los usos comunes de Kevlar ® hoy incluyen:  

Adhesivos y sellantes, la balística y la defensa, correas y mangueras, materiales compuestos, cables de fibra óptica y electro-mecánicos, productos de fricción y juntas, ropa protectora, neumáticos y cuerdas y cables   Estos incluyen artículos tales como trampolines y raquetas de tenis. 

Propiedades de los comerciales de aramida fibras
Fibra tipo	Densidad (g/cm3)	% Alargamiento	Módulo , Gpa	Tenacidad
Kevlar 29	1,43	3,6	70	20-23
Kevlar 49	1,45	2,8	135	20-26
Kevlar 119	1,44	4,4	55	N / a
Kevlar 129	1,45	3,3	99	N / a
Kevlar 149	1,47	1,5	143	18
Nomex	1,38	22	17	5,8

Observe que el módulo mucho mayor y menor elongación% de Kevlar 49 y 149.

Características:

Todas las características generales de Kevlar figuran en esta lista se toman desde la página web de Du Pont:

• ·         Alta resistencia a la tracción en Bajo Peso
• ·         Elongación baja para romper
• ·         Módulo alto (rigidez estructural)
• ·         baja conductividad eléctrica
• ·         Alta resistencia química
• ·         Contracción térmica de baja
• ·         Alta Tenacidad (Work-A-Break)
• ·         Excelente estabilidad dimensional
• ·         Resistencia High Cut
• ·         Resistente al Fuego, autoextinguible

Lo interesante es que tiene una alta elongación en rotura a alrededor de 4%, sin embargo, se utiliza comúnmente en fibra que incluye spandex Lycra. 

Química / Fábricas

KEVLAR ® es una molécula cristalina que consiste en largas cadenas moleculares que son altamente orientado y muestra una fuerte unión de cadena intermolecular en la posición para.   

Se hace de la reacción de para-fenilendiamina (PPD) y cloruro de tereftaloilo fundido. 

  La producción de p- fenilendiamina es difícil debido a la diazotización y el acoplamiento de la anilina.  

Los compuestos de reacción que implican la producción Kevlar utilizando p-fenilendiamina y cloruro de tereftaloílo se muestra a continuación. 

                                                       

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El PPD y el cloruro de tereftaloilo se hacen reaccionar mediante el uso de N-metilpirrolidona como disolvente de reacción. La estructura para el poli-parafenilen tereftalamida se muestra a continuación. 

El polímero resultante se filtró, se lavó y se disolvió en ácido sulfúrico concentrado y se extruye a través de hileras.

A continuación, pasa a través de un conducto estrecho y pasa por el proceso de centrifugado en húmedo donde se coagula en ácido sulfúrico. 

 El filamento puede tomar dos caminos diferentes en este punto.   Puede estar formada en un hilo, se lavó y se secó el que se enrolla en carretes que produce un módulo de 400-500 g / denier.

A la inversa, el filamento puede ir bajo tratamiento térmico adicional con tensión y producir una fibra con un módulo de 900-1000 g / denier.   El producto final puede adoptar varias formas.   Puede formar hilos de filamento, pulpa, o en hojas spun-laced y papeles. 

Punto de fusión.

El punto de fusión debe estar por encima de los 200ºC, ya que el polímero.

 Impacto Económico

La producción de fibras como el Kevlar es realmente un oligopolio.  

Du Pont, que es el productor de Kevlar es el mayor productor de para-aramidas en el mundo.   

Du Pont produce actualmente en tres países:.

• Ø  Estados Unidos.
• Ø  Irlanda del Norte.
• Ø  Japón  

Estos tres sitios tienen una capacidad de producción de 65,9 millones de libras de los £ 94,7 millones de aramida capacidad total de fibras.  

Rusia también produce un porcentaje muy bajo de para-aramidas llamado Fenylene. 

 A partir de 1998, Kevlar representaron el 85% del mercado mundial de fibras de para-aramida.  

La producción en Europa occidental y Japón se ha incrementado hasta en gran medida en los últimos diez años.   

Todos los de la producción en los Estados Unidos se realiza por Du Pont para producir Kevlar.   

También Du Pont representa alrededor de un tercio de la producción total en Europa y aproximadamente la mitad de la producción en Japón. 

Mundo de Producción de Para Fibras ( millones delibras )
	UnidosEstados	Occidental Europa	Japón	Rusia	Total
1979	13	0	0	<1	13
1986	29	<1	0	2	31
1988	29	6	<1	2	37
1990	29	10	1	3	43
1991	26	10	4	2	42
1992	23	11	7	2	43
1993	23	12	7	2	44
1998	31	16	8	3	58

El crecimiento de Kevlar no ha cumplido aún su pleno potencial. 

Nomex ®

Historia

NOMEX ® fue desarrollado por DuPont en 1961 para productos que necesitan estabilidad dimensional y resistencia al calor.   Nomex ® se utiliza en prendas de protección, filtración de gas caliente y las mangueras automotrices, aislamiento eléctrico, piezas de aviones y material deportivo.

Características

Las propiedades generales de Nomex se enumeran a continuación.

• Nomex no fluye o fundir por calentamiento y no se degrade o char a temperaturas hasta más de 370 grados Celsius.  
• ·        Resistente al calor y la llama
• ·         Resistencia ultravioleta de alta
• ·         Alta resistencia química
• ·         Contracción térmica de baja
• ·         moldeable para las piezas moldeadas
• ·         Elongación baja para romper
• ·         baja conductividad eléctrica 

En  general, Nomex ® es tanto térmica y químicamente muy estable.  

La diferencia entre Kevlar y Nomex es la ubicación de los enlaces amida en el anillo aromático.   

Esas diferencias causar Nomex a un menor módulo y resistencia a la tracción y una mayor elongación y la solubilidad en disolventes orgánicos.

Química / Fábricas

Nomex ®, es una fibra de meta-aramida creado por Du Pont en 1961.   El nombre químico de Nomex es poli (m-fenileno isoftalamida), que se produce a partir de la reacción de m-fenilendiamina y cloruro de isoftaloilo cuyas estructuras se muestran abajo. 

           

La solución es seco hilado a través de hileras.   El disolvente restante se evapora, el filamento se lava y se enrolla en el remolque, calentado, y finalmente se extiende en forma de rollos a una temperatura de 150 grados es Celsius.  

Nomex puede ser producido como un hilo de filamento continuo, grapas, hilado, floc, cartón prensado, papel, fieltro punzonado, o como un tejido.   A continuación vamos a echar un vistazo a los aspectos económicos de la producción de Nomex. 

Impacto Económico

El crecimiento de las fibras de aramida meta-ha crecido constantemente durante los últimos 10 años.   

Al mismo tiempo, la participación de EE.UU. en la producción ha caído un 19% entre 1990 y 1998 de 81% a 62%.   Este descenso se debe principalmente al crecimiento de la producción en Europa occidental, desde la ausencia de producción en 1990 a un 21% de la cuota de mercado en 1998.  

La siguiente tabla muestra los patrones de producción de meta-aramidas desde 1979.

Mundial de la producción de meta- aramida fibras (millones de libras )
		Unidos Estados	Occidental Europa	Japón	Rusia	Total
1979		12	0	<1	<1	12
1986		18	0	2	1	21
1988		20	0	2	2	24
1990		21	0	4	2	26
1991		23	0	4	1	28
1992		24	0	4	neg	28
1993		26	2	4	neg	32
1998		26	9	5	2	42

*** Cifras tomadas del Manual Chemical Economics

La producción mundial se ha más que triplicado en las últimas tres décadas, mientras que el consumo en los EE.UU. sólo ha crecido un 60

Los usos de este consumo se debe principalmente a la producción de papel usos eléctricos, como aislantes en transformadores secos, motores y transformadores, que representan el 49% de todo el consumo de los EE.UU.. 

En las cuentas de la industria textil, tejidos resistentes al fuego el 19% y la filtración del 17% del consumo total de EE.UU..   

En general, el crecimiento anual esperado tarifa para meta-aramidas se supone que en promedio un 3% anual hasta 2003.   

La industria textil es responsable de la producción de ropa resistente al fuego y cubre asiento en asientos de avión.   

También ha establecido un mercado en sustitución de amianto, aislamiento térmico y como una fibra que evitar la acumulación de electricidad estática.   Los precios de las fibras de aramida meta-oscilar mucho. 

La grapa de 1,5 denier de la fibra costo de $ 11.50 por libra, mientras hilados de filamento continuo de 200 denier un costo de $ 25.00 por libra.   Aún más, 1.200 denier costes de hilo de filamento 39,00 por libra!

Usos finales

Algunos de los principales usos finales de los meta-aramidas son:

La ropa de protección, filtración de gas caliente y aislamiento eléctrico. 

Para-aramidas son utilizados para:

Sustituir el amianto en los forros de freno y embrague, como refuerzo de neumáticos, y en materiales compuestos como materiales para aviones, barcos, coches de alto rendimiento y equipamiento deportivo. Los miembros de las fuerzas de policía y las fuerzas armadas usan anti-balístico ropa aramida. 

Vista longitudinal y transversal

Vista longitudinal

Vista transversal