Kevlar Aramida propiedades
La fibra de Kevlar es una poliamida aromática (aramida) de origen sintético, conocida por su excepcional resistencia mecánica, baja densidad y alta estabilidad térmica. Desarrollada por DuPont™, pertenece a la familia de las para-aramidas y se comercializa en distintos grados –principalmente Kevlar 29 y Kevlar 49– para satisfacer requerimientos específicos en sectores como el aeroespacial, militar, automotriz e industrial.
Composición química
Sección titulada «Composición química»El Kevlar es poli–p–fenilen tereftalamida (PPTA), un polímero formado por unidades repetitivas de tereftalamida unidas en posición para a anillos aromáticos. Las cadenas moleculares se orientan longitudinalmente durante el proceso de hilado, lo que genera una fuerte red de enlaces de hidrógeno intermoleculares responsable de la alta rigidez y resistencia de la fibra. Su fórmula molecular es ([-CO\text{–}C_6H_4\text{–}CO\text{–}NH\text{–}C_6H_4\text{–}NH{-}]_n).
Propiedades mecánicas
Sección titulada «Propiedades mecánicas»La fibra de Kevlar presenta una combinación única de alta resistencia a la tracción y bajo peso. Los valores más representativos para los grados comerciales se muestran en la tabla siguiente.
| Propiedad | Kevlar 29 | Kevlar 49 |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (MPa) | 2 860 | 3 650 |
| Resistencia a la tracción (10³ psi) | 410 | 530 |
| Módulo de tracción (GPa) | 64 | 124 |
| Módulo de tracción (10⁶ psi) | 9,3 | 18 |
| Elongación a rotura (%) | 3,5 | 2,5 |
| Densidad (kg/m³) | 1 440 | 1 440 |
| Densidad (lb/in³) | 0,052 | 0,052 |
Propiedades mecánicas por estado de tratamiento
Sección titulada «Propiedades mecánicas por estado de tratamiento»El Kevlar se suministra en dos estados de tratamiento principales que definen su módulo y elongación. El Kevlar 29, de módulo estándar, se emplea en aplicaciones balísticas e industriales donde se valora la absorción de energía (elongación ≈ 3,5 %). El Kevlar 49, con tratamiento de alto módulo, alcanza un módulo de 124 GPa y una elongación del 2,5 %, siendo idóneo para refuerzo de compuestos en estructuras aeronáuticas y náuticas. Ambos conservan la misma densidad de 1 440 kg/m³.
Propiedades físicas
Sección titulada «Propiedades físicas»La densidad es de 1,44 g/cm³ (1 440 kg/m³), lo que le confiere una resistencia específica muy superior a la del acero. La fibra tiene un color amarillo dorado característico. La absorción de humedad en condiciones ambientales es moderada, con un contenido de humedad en equilibrio del 4 % al 5 %. La fibra no es conductora eléctrica y presenta una excelente resistencia a la abrasión.
Propiedades térmicas
Sección titulada «Propiedades térmicas»La temperatura de descomposición del Kevlar supera los 500 °C (932 °F) sin llegar a fundir, y la fibra mantiene su integridad estructural hasta aproximadamente 160 °C en servicio continuo. El coeficiente de dilatación térmica lineal es anisótropo: −2 × 10⁻⁶ K⁻¹ en dirección longitudinal y 5 × 10⁻⁵ K⁻¹ en dirección transversal. La conductividad térmica es baja, en torno a 0,04 W/(m·K), y la capacidad calorífica específica es de aproximadamente 1,42 kJ/(kg·K).
Propiedades eléctricas
Sección titulada «Propiedades eléctricas»El Kevlar es un excelente aislante eléctrico, con una resistividad volumétrica típica superior a 10¹⁵ Ω·cm. La rigidez dieléctrica de los tejidos de aramida se sitúa alrededor de 20 kV/mm, y la constante dieléctrica a 1 MHz es cercana a 3,5 con un factor de disipación muy bajo. Estas propiedades lo hacen adecuado para cables de fibra óptica y refuerzos dieléctricos.
Resistencia química
Sección titulada «Resistencia química»El Kevlar muestra buena resistencia a la mayoría de los disolventes orgánicos, lubricantes, combustibles y soluciones salinas. No es atacado por ácidos y bases diluidos a temperatura ambiente. Sin embargo, los ácidos y bases concentrados a alta temperatura pueden degradar la estructura amídica. Asimismo, la exposición prolongada a la radiación ultravioleta provoca una pérdida gradual de resistencia mecánica, por lo que se recomienda proteger las superficies expuestas en aplicaciones exteriores.
Aplicaciones por industria
Sección titulada «Aplicaciones por industria»Las principales aplicaciones del Kevlar y las aramidas se agrupan por sectores:
- Defensa y seguridad: chalecos antibalas, cascos, blindajes ligeros.
- Aeroespacial: paneles de fuselaje, carenados, componentes de aeronaves.
- Naval: cascos de embarcaciones, velas, cabos de alta resistencia.
- Automotriz: correas, mangueras, forros de embrague y pastillas de freno, ropa de protección para motociclistas.
- Industrial: juntas para altas presiones y temperaturas, refuerzo de cables electromecánicos y de fibra óptica, recubrimientos adhesivos y selladores.
- Deportivo: raquetas de tenis, bicicletas, esquís y otros artículos de alto rendimiento.
Comparativa con materiales similares
Sección titulada «Comparativa con materiales similares»La tabla siguiente contrasta las propiedades mecánicas más relevantes del Kevlar frente a otras fibras de refuerzo comunes.
| Fibra | Densidad (kg/m³) | Resistencia a tracción (MPa) | Módulo de tracción (GPa) | Elongación (%) |
|---|---|---|---|---|
| Kevlar 29 | 1 440 | 2 860 | 64 | 3,5 |
| Kevlar 49 | 1 440 | 3 650 | 124 | 2,5 |
| Vidrio E | 2 630 | 3 500 | 72,5 | 4,9 |
| Vidrio S | 2 490 | 4 600 | 88 | 5,5 |
| Carbono AS‑4 (PAN) | 1 800 | 4 000 | 245 | 1,6 |
| Carbono IM‑7 (PAN) | 1 744 | 4 900 | 317 | 1,7 |
El Kevlar destaca por su altísima resistencia específica (resistencia/densidad), comparable o superior a los vidrios y a algunos carbonos, aunque su módulo es inferior a las fibras de carbono de alto módulo.
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la resistencia a la tracción del Kevlar 29?
Sección titulada «¿Cuál es la resistencia a la tracción del Kevlar 29?»El Kevlar 29 tiene una resistencia a la tracción de 2 860 MPa (410 ksi) y una elongación a rotura del 3,5 %.
¿Qué diferencia al Kevlar 49 del Kevlar 29?
Sección titulada «¿Qué diferencia al Kevlar 49 del Kevlar 29?»El Kevlar 49 presenta un módulo de tracción de 124 GPa frente a los 64 GPa del Kevlar 29, y una elongación menor (2,5 % frente a 3,5 %). Esto lo hace preferido para refuerzo estructural en composites.
¿A qué temperatura se descompone el Kevlar?
Sección titulada «¿A qué temperatura se descompone el Kevlar?»La temperatura de descomposición supera los 500 °C, sin que la fibra llegue a fundir, y puede trabajar en servicio continuo hasta unos 160 °C.
¿El Kevlar es resistente a los impactos balísticos?
Sección titulada «¿El Kevlar es resistente a los impactos balísticos?»Sí; el Kevlar 29 absorbe la energía del impacto a través de una resistencia a la tracción de 2 860 MPa y una elongación del 3,5 %, disipando la energía cinética del proyectil.
¿Cómo afecta la radiación UV al Kevlar?
Sección titulada «¿Cómo afecta la radiación UV al Kevlar?»La exposición prolongada a rayos UV provoca una degradación que reduce la resistencia a la tracción. Se recomienda proteger la fibra con recubrimientos cuando se utilice en exteriores.
¿Cuál es la densidad del Kevlar?
Sección titulada «¿Cuál es la densidad del Kevlar?»La densidad de los grados Kevlar 29 y 49 es de 1 440 kg/m³ (0,052 lb/in³), aproximadamente un 55 % de la densidad del vidrio E (2 630 kg/m³).
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- azom.com: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=1384
- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/polymer-composite-fibers-d_1226.html
- steelnumber.com: https://www.steelnumber.com/en/steel_composition_eu.php?name_id=642