Kevlar | Tutte le Proprietà e gli Usi del Kevlar
La grande resistenza del kevlar e la capacità di assorbire gli impatti lo rendono molto utilizzato nell'abbigliamento tecnico per motociclisti
Cos'è il Kevlar?
Il Kevlar è una fibra sintetica di colore giallo oro, dotata di altissima resistenza. Per questo motivo, i tessuti in Kevlar risultano robustissimi e ideali per confezionare indumenti protettivi e rinforzi.
Il Kevlar resiste molto bene alla trazione, agli impatti, al calore e alle fiamme; assorbe molto bene le vibrazioni e risulta anche molto leggero. A parità di peso, infatti, un cavo di kevlar è circa 5 volte più resistente rispetto all'acciaio. Il kevlar ha anche un coefficiente di espansione termica lineare negativo; ciò significa che se esposto a calore riduce le proprie dimensioni restringendosi. Resistente bene a solventi e prodotti chimici, ad esclusione degli acidi e delle basi forti. Vanta inoltre buone caratteristiche come isolante elettrico.
Per contro, ha scarsa resistenza ai raggi UV e perde la sua proverbiale tenacità se viene sottoposto a piegamenti ripetuti (resiste molto bene alla trazione ma non altrettanto ai piegamenti).
Com'è fatto?
Il kevlar appartiene alla categoria delle fibre aramidiche (fibre poliammidiche aromatiche).
Le poliammidi aromatiche sono una famiglia di materiali polimerici ottenuti per policondensazione di diammine e acido benzendicarbossilico (acido ftalico); l'aggettivo "aromatiche" ci ricorda come nella loro struttura siano presenti gruppi aromatici (anelli benzenici). In particolare, per poter parlare di fibre aramidiche il contenuto di anelli aromatici dev'essere maggiore dell'85%.
Le poliammidi aromatiche ed il kevlar in particolare possiedono una struttura altamente cristallina, che conferisce le tipiche caratteristiche elencate nel capitolo introduttivo.
Il nome IUPAC del Kevlar è poli p-fenilene tereftalamide.
Storia
La multinazionale americana DuPont detiene i diritti del marchio Kevlar, e il relativo brevetto, dai primi anni '70.
Il brevetto non riguarda tanto la struttura molecolare del prodotto finale, quanto il processo produttivo messo a punto per consentire la lavorazione di una particolare sostanza aramidica, già nota e sintetizzata da tempo.
Infatti tale sostanza non era lavorabile alle alte temperature e risultava resistente all'attacco dei solventi mantenendo la propria struttura cristallina.
Nei laboratori DuPont la ricercatrice Stephanie Kwolek era impegnata a sviluppare una fibra leggera ma abbastanza forte da essere usata negli pneumatici per auto, in modo da contenere i consumi di carburante.
Durante alcuni esperimenti la Kwolek riuscì a dissolvere casualmente il polimero solido di base. Analizzando la sostanza generata, che in un primo momento sembrava lo scarto di un esperimento mal riuscito, alla DuPont si resero conto di aver scoperto una fibra rivoluzionaria per la sua straordinaria resistenza e leggerezza.
Per Cosa si Utilizza?
La peculiare combinazione delle sue caratteristiche rende il Kevlar una delle fibre più utilizzate in campo industriale. Tra le innumerevoli applicazioni ricordiamo ad esempio:
- indumenti protettivi e dispositivi di protezione individuale (elmetti, scarpe antinfortunistiche, tute termoresistenti ecc.); tra questi vi sono anche i giubbotti antiproiettile.
- attrezzi e abbigliamento sportivi: il kevlar viene utilizzato come rinforzo per zaini, giacche, guanti e pantaloni, caschi, altre protezioni e tute per motociclismo e downhill; come lenza ad alta resistenza nella pesca di grandi predatori; per produrre vari accessori e attrezzi sportivi, come racchette, copertoni per biciclette, corde, bacchette, vele da regata, canoe ecc.
- industria automobilistica: il kevlar viene utilizzato per rivestire e rinforzare gli pneumatici di automobili e di altri veicoli; per produrre cinghie di distribuzione; come rivestimento di manicotti e guarnizioni; come sostituto dell'amianto nei rivestimenti di freni e frizioni.
- telecomunicazioni: rinforzo di cavi sottomarini e a fibre ottiche.
In commercio esistono vari tipi di Kevlar, che si differenziano tra loro per la struttura chimica, quindi per le relative proprietà meccaniche.
Abbiamo ad esempio il Tipo 29, il Tipo 49 e il Tipo 149.
Kevlar 29 ha bassa densità e alta resistenza, il che lo rende adatto per protezioni balistiche (giubbetti antiproiettile), funi e cavi. Kevlar 49 ha invece un modulo elastico più elevato, ma risulta meno resistente alle piegature. In genere, quindi all'aumentare del numero aumenta l'elasticità a spese della resistenza specifica, che risulta inferiore.