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K E V L A R
“Nuevas membranas de tejido del nanocompuesto
Kevlar: Caracterización de fabricación, y el
rendimiento en la separación aceite/agua.”
Yorman Zambrano Silva
Estudiante de Ingeniería Química
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA
Colombia
Materiales en Ingeniería Qu ímica
¿ Qué es el kevlar?
Kevlar® es una marca registrada de Dupont
que fue sintetizado por primera vez en 1965 por
la química polaco-estadounidense Stephanie
Kwolek (1923-2014) quien trabajaba para esta
empresa.
Es una fibra orgánica de la familia de las
poliamidas aromáticas que comúnmente se les
conoce como Aramidas.
POLIMERIZACIÓN: Obtención del Kevlar.
La polimerización es un proceso químico
por el que los reactivos, monómeros se
agrupan químicamente entre sí, dando lugar
a una molécula de gran peso,
llamada polímero.
Las categorías principales son:
1. Polimerización por
adición y condensación.
2. Polimerización de crecimiento en cadena
y en etapas.
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La molécula de monómero pasa a formar parte del polímero
sin pérdida de átomos
1. Por Condensación.
La molécula de monómero pierde átomos cuando pasa a
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molécula pequeña, como agua
Polimerización por adición y condensación.
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sin pérdida de átomos
2. Por Condensación.
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formar parte del polímero. Por lo general se pierde una
molécula pequeña, como agua
SÍNTESIS DEL KEVLAR
La síntesis de este polímero se lleva a cabo en solución n-
metil-pirrolidona y cloruro de calcio, a través de una
polimerización por pasos a partir de la p-fenilendiamina y el
dicloruro del ácido tereftálico o cloruro de tereftaloílo.
SÍNTESIS
p-fenilendiamina
Dicloruro del ácido Tereftálico
La síntesis de este polímero se lleva a cabo en solución n-
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dicloruro del ácido tereftálico o cloruro de tereftaloílo.
SÍNTESIS
p-fenilendiamina
Dicloruro del ácido Tereftálico
Solución
de
n-metil-pirrolidona y
cloruro de calcio
La reacción se lleva a cabo a temperaturas bajas debido a su gran
exotermicidad. Luego se hace precipitar y se disuelve en ácido
sulfúrico concentrado en el cual kevlar (y otras poliarilamidas) forma
una solución cristalina que se emplea para precipitar o coagular las
fibras a la vez que se estiran mediante un sistema de hilado.
SÍNTESIS
Poliparafenileno Tereftalamida
El patrón demuestra que los componentes
aromáticos de Kevlar tienen una orientación radial.
El patrón demuestra que los componentes
aromáticos de Kevlar tienen una orientación radial.
TIPOS DE KEVLAR
Esencialmente hay dos tipos de fibras de kevlar:
kevlar 29 y kevlar 49.
El kevlar 29 es la fibra tal y como se obtiene de
su fabricación.
El kevlar 49 se emplea cuando las fibras se van a
embeber en una resina para formar un material
compuesto.
Las fibras de kevlar 49 están tratadas
superficialmente para favorecer la unión con la
resina
PROPIEDADES MECÁNICAS
PROPIEDADES MECÁNICAS
• Rigidez.
El valor del módulo de elasticidad a temperatura ambiente es de
entorno a 80 GPa (kevlar 29) y 120 (kevlar 49).6 El valor de un acero
típico es de 200 GPa.
• Resistencia.
El kevlar posee una excepcional resistencia a la tracción, de entorno a
los 3,5 GPa. En cambio el acero tiene una resistencia de 1,5 GPa.
PROPIEDADES MECÁNICAS
Elongación a rotura.
El kevlar posee una elongación a rotura de en torno al 3,6 %
(kevlar 29) y 2,4 % (kevlar 49) mientras que el acero rompe
en torno al 1 % de su deformación.
Tenacidad.
La tenacidad del Kevlar está en torno a los 50 MJ m-3, frente
a los 6 MJ m-3 del acero.7
PROPIEDADES MECÁNICAS
PROPIEDADES TÉRMICAS.
• El kevlar se descompone a altas temperaturas (entre 420 y 480°C)
manteniendo parte de sus propiedades mecánicas incluso a
temperaturas cercanas a su temperatura de descomposición.
• El módulo elástico se reduce en torno a un 20 % cuando se emplea
la fibra a 180 grados Celsius durante 500 h. Esta propiedad, junto
con su resistencia química, hacen del kevlar un material muy
utilizado en equipos de protección.
PROPIEDADES QUÍMICAS
ARTÍCULO
“Nuevas membranas de tejido del nanocompuesto Kevlar:
Caracterización de fabricación, y el rendimiento en la separación
aceite/agua.”
Se realizó un análisis del rendimiento del Kevlar con respecto a su
capacidad de filtrar agua en una mezcla agua/aceite (n-hexano).
Obteniendo un rendimiento de 88.8% de filtro.
* Configuración experimental para la prueba de separación
APLICACIONES
El kevlar ha desempeñado un papel significativo en muchos usos críticos.
Posee una amplia gama de aplicaciones:
• Chaquetas, e impermeables.
• Cuerdas y bolsas de aire en el sistema de aterrizaje de la nave Mars
Pathfinder.
• Cuerdas de pequeño diámetro.
• Blindaje anti metralla en los motores jet de avión y de protección a los
pasajeros en caso de explosión.
• Neumáticos que funcionan desinflados.
• Guantes contra cortes, raspones y otras lesiones.
• Guantes aislantes térmicos.
APLICACIONES
• Kayaks resistentes a impactos, sin peso adicional.
• Esquíes, cascos y raquetas fuertes y ligeros.
• Chalecos antibalas.
• Algunos candados para notebook.
• Revestimientos para la fibra óptica.
• Capas superficiales de mangueras profesionales antiincendios.
• Compuesto (composite) de cd/dvd, por su resistencia tangencial de
rotación.
• Silenciadores de tubos de escape.
• Construcción de motores.
• Cascos de fórmula 1.
• Veleros de regata de alta competición.
APLICACIONES
• Botas de alta montaña.
• Cajas acústicas (Bowers & Wilkins).
• Tanques de combustible de los automóviles de Fórmula 1.
• Alas de aviones.
• Lámparas.
• Altavoces de estudio profesional.
• Coderas y rodilleras de alta resistencia.
• Cascos de portero de hockey.
• Equipamiento de motorista.
• Trajes espaciales.
• Recubrimientos en dispositivos de telefonía celular como el Motorola RAZR
GRACIAS
Yorman Zambrano Silva
Estudiante de Ingeniería Química
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA

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El Kevlar

  • 1. K E V L A R “Nuevas membranas de tejido del nanocompuesto Kevlar: Caracterización de fabricación, y el rendimiento en la separación aceite/agua.” Yorman Zambrano Silva Estudiante de Ingeniería Química UNIVERSIDAD DE PAMPLONA Colombia Materiales en Ingeniería Qu ímica
  • 2. ¿ Qué es el kevlar? Kevlar® es una marca registrada de Dupont que fue sintetizado por primera vez en 1965 por la química polaco-estadounidense Stephanie Kwolek (1923-2014) quien trabajaba para esta empresa. Es una fibra orgánica de la familia de las poliamidas aromáticas que comúnmente se les conoce como Aramidas.
  • 3.
  • 4.
  • 5. POLIMERIZACIÓN: Obtención del Kevlar. La polimerización es un proceso químico por el que los reactivos, monómeros se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero. Las categorías principales son: 1. Polimerización por adición y condensación. 2. Polimerización de crecimiento en cadena y en etapas.
  • 6. POLIMERIZACIÓN: Obtención del Kevlar. La polimerización es un proceso químico por el que los reactivos, monómeros se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero. Las categorías principales son: 1. Polimerización por adición y condensación. 2. Polimerización de crecimiento en cadena y en etapas.
  • 7. Polimerización por adición y condensación. 1. Por Adición. La molécula de monómero pasa a formar parte del polímero sin pérdida de átomos 1. Por Condensación. La molécula de monómero pierde átomos cuando pasa a formar parte del polímero. Por lo general se pierde una molécula pequeña, como agua
  • 8. Polimerización por adición y condensación. 1. Por Adición. La molécula de monómero pasa a formar parte del polímero sin pérdida de átomos 2. Por Condensación. La molécula de monómero pierde átomos cuando pasa a formar parte del polímero. Por lo general se pierde una molécula pequeña, como agua
  • 10. La síntesis de este polímero se lleva a cabo en solución n- metil-pirrolidona y cloruro de calcio, a través de una polimerización por pasos a partir de la p-fenilendiamina y el dicloruro del ácido tereftálico o cloruro de tereftaloílo. SÍNTESIS p-fenilendiamina Dicloruro del ácido Tereftálico
  • 11. La síntesis de este polímero se lleva a cabo en solución n- metil-pirrolidona y cloruro de calcio, a través de una polimerización por pasos a partir de la p-fenilendiamina y el dicloruro del ácido tereftálico o cloruro de tereftaloílo. SÍNTESIS p-fenilendiamina Dicloruro del ácido Tereftálico
  • 12. La síntesis de este polímero se lleva a cabo en solución n- metil-pirrolidona y cloruro de calcio, a través de una polimerización por pasos a partir de la p-fenilendiamina y el dicloruro del ácido tereftálico o cloruro de tereftaloílo. SÍNTESIS p-fenilendiamina Dicloruro del ácido Tereftálico
  • 13. La síntesis de este polímero se lleva a cabo en solución n- metil-pirrolidona y cloruro de calcio, a través de una polimerización por pasos a partir de la p-fenilendiamina y el dicloruro del ácido tereftálico o cloruro de tereftaloílo. SÍNTESIS p-fenilendiamina Dicloruro del ácido Tereftálico Solución de n-metil-pirrolidona y cloruro de calcio
  • 14. La reacción se lleva a cabo a temperaturas bajas debido a su gran exotermicidad. Luego se hace precipitar y se disuelve en ácido sulfúrico concentrado en el cual kevlar (y otras poliarilamidas) forma una solución cristalina que se emplea para precipitar o coagular las fibras a la vez que se estiran mediante un sistema de hilado. SÍNTESIS Poliparafenileno Tereftalamida
  • 15.
  • 16.
  • 17. El patrón demuestra que los componentes aromáticos de Kevlar tienen una orientación radial.
  • 18. El patrón demuestra que los componentes aromáticos de Kevlar tienen una orientación radial.
  • 19. TIPOS DE KEVLAR Esencialmente hay dos tipos de fibras de kevlar: kevlar 29 y kevlar 49. El kevlar 29 es la fibra tal y como se obtiene de su fabricación. El kevlar 49 se emplea cuando las fibras se van a embeber en una resina para formar un material compuesto. Las fibras de kevlar 49 están tratadas superficialmente para favorecer la unión con la resina
  • 22. • Rigidez. El valor del módulo de elasticidad a temperatura ambiente es de entorno a 80 GPa (kevlar 29) y 120 (kevlar 49).6 El valor de un acero típico es de 200 GPa. • Resistencia. El kevlar posee una excepcional resistencia a la tracción, de entorno a los 3,5 GPa. En cambio el acero tiene una resistencia de 1,5 GPa. PROPIEDADES MECÁNICAS
  • 23. Elongación a rotura. El kevlar posee una elongación a rotura de en torno al 3,6 % (kevlar 29) y 2,4 % (kevlar 49) mientras que el acero rompe en torno al 1 % de su deformación. Tenacidad. La tenacidad del Kevlar está en torno a los 50 MJ m-3, frente a los 6 MJ m-3 del acero.7 PROPIEDADES MECÁNICAS
  • 24. PROPIEDADES TÉRMICAS. • El kevlar se descompone a altas temperaturas (entre 420 y 480°C) manteniendo parte de sus propiedades mecánicas incluso a temperaturas cercanas a su temperatura de descomposición. • El módulo elástico se reduce en torno a un 20 % cuando se emplea la fibra a 180 grados Celsius durante 500 h. Esta propiedad, junto con su resistencia química, hacen del kevlar un material muy utilizado en equipos de protección.
  • 26.
  • 27. ARTÍCULO “Nuevas membranas de tejido del nanocompuesto Kevlar: Caracterización de fabricación, y el rendimiento en la separación aceite/agua.” Se realizó un análisis del rendimiento del Kevlar con respecto a su capacidad de filtrar agua en una mezcla agua/aceite (n-hexano). Obteniendo un rendimiento de 88.8% de filtro.
  • 28. * Configuración experimental para la prueba de separación
  • 29. APLICACIONES El kevlar ha desempeñado un papel significativo en muchos usos críticos. Posee una amplia gama de aplicaciones: • Chaquetas, e impermeables. • Cuerdas y bolsas de aire en el sistema de aterrizaje de la nave Mars Pathfinder. • Cuerdas de pequeño diámetro. • Blindaje anti metralla en los motores jet de avión y de protección a los pasajeros en caso de explosión. • Neumáticos que funcionan desinflados. • Guantes contra cortes, raspones y otras lesiones. • Guantes aislantes térmicos.
  • 30. APLICACIONES • Kayaks resistentes a impactos, sin peso adicional. • Esquíes, cascos y raquetas fuertes y ligeros. • Chalecos antibalas. • Algunos candados para notebook. • Revestimientos para la fibra óptica. • Capas superficiales de mangueras profesionales antiincendios. • Compuesto (composite) de cd/dvd, por su resistencia tangencial de rotación. • Silenciadores de tubos de escape. • Construcción de motores. • Cascos de fórmula 1. • Veleros de regata de alta competición.
  • 31. APLICACIONES • Botas de alta montaña. • Cajas acústicas (Bowers & Wilkins). • Tanques de combustible de los automóviles de Fórmula 1. • Alas de aviones. • Lámparas. • Altavoces de estudio profesional. • Coderas y rodilleras de alta resistencia. • Cascos de portero de hockey. • Equipamiento de motorista. • Trajes espaciales. • Recubrimientos en dispositivos de telefonía celular como el Motorola RAZR
  • 32. GRACIAS Yorman Zambrano Silva Estudiante de Ingeniería Química UNIVERSIDAD DE PAMPLONA

Notas del editor

  1. Es una poliamida sintetizada. Sus fibras consisten en largas cadenas de poliparafenileno tereftalamida, molécula que soporta altas temperaturas con la que se puede construir equipos ligeros, resistentes –5 veces más fuerte que el acero– y a los que no les afecta la corrosión Es una poliamida con propiedades de alta resistencia
  2. MONOMEROS = (compuestos de bajo peso molecular)
  3. MONOMEROS = (compuestos de bajo peso molecular)
  4. La polimerización por condensación genera subproductos. La polimerización por adición no. polipropileno. Polietileno  polietilén tereftalato (PET) 
  5. La polimerización por condensación genera subproductos. La polimerización por adición no. polipropileno. Polietileno  polietilén tereftalato (PET) 
  6. Llevó tiempo encontrar una aplicación útil para el Kevlar, dado que no era soluble en ningún solvente.
  7. La estructura molecular incluye un anillo de benceno que permitió la formación de estructuras en el anillo
  8. La estructura molecular incluye un anillo de benceno que permitió la formación de estructuras en el anillo las fibras tipo Kevlar son muy difíciles de mecanizar.
  9. La alineación de las cadenas permite Kevlar para ser integrado en materiales compuestos
  10. La orientación radial es importante porque permite que las cadenas del polímero sean simétricas como los átomos en un cristal. Esto proporciona un alto grado de simetría y de regularidad a la estructura interna de las fibras. Debido a esta estructura, una fibra de Kevlar tiene pocos defectos estructurales. Esta carencia de defectos es la razón más importante de la fuerza excepcional del Kevlar.
  11. El kevlar 29: Se usa típicamente como refuerzo en tiras por sus buenas propiedades mecánicas, o para tejidos. Entre sus aplicaciones está la fabricación de cables, ropa resistente (de protección) o chalecos antibalas. El kevlar 49 se emplea como equipamiento para deportes extremos, para altavoces y para la industria aeronáutica, aviones y satélites de comunicaciones y cascos para motos
  12. Uno de los grandes inconvenientes de este material es la dificultad para mecanizarlo, ya que las herramientas adquieren muy altastemperaturas antes de producir arranque de material.
  13. Uno de los grandes inconvenientes de este material es la dificultad para mecanizarlo, ya que las herramientas adquieren muy altastemperaturas antes de producir arranque de material.
  14. Rigidez: El kevlar posee una excepcional rigidez para tratarse de una fibra polimérica. Resistencia: La excepcional resistencia del kevlar se debe a la orientación de sus cadenas moleculares, así como a la gran cantidad de enlaces por puentes de hidrógeno entre las cadenas.
  15. Elongación : Esto hace que el kevlar sea un material más tenaz y absorba mucha mayor cantidad de energía que el acero antes de su rotura. Tenacidad: (energía absorbida antes de la rotura)
  16. El módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza.
  17. para-aminobenzoato de alumoxano , epóxido boehmita y el alumoxano Polycitra.
  18. Los cables de kevlar son tan fuertes como los cables de acero, pero tienen sólo cerca del 20% de su peso lo que hace de este polímero una excelente herramienta con múltiples utilidades.
  19. Los cables de kevlar son tan fuertes como los cables de acero, pero tienen sólo cerca del 20% de su peso lo que hace de este polímero una excelente herramienta con múltiples utilidades.
  20. El kevlar tardarían más de 100 años en disolverse