ARAMIDA

La palabra aramida es una abreviación del término "aromatic polyamide", y designa una categoría de fibra sintética, robusta y resistente al calor. Las aramidas se utilizan para fines militares, como pueden ser compuestos balísticos o protecciones personales, y en el campo aeroespacial. Las cadenas moleculares de las fibras de aramida están altamente orientadas en el eje longitudinal, lo que permite aprovechar la fuerza de sus uniones químicas para usos industriales.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

1. Sensible al ultravioleta.
2. Buena resistencia a choques, a la abrasión, a los disolventes orgánicos y al calor.
3. Sensible a la humedad.
4. Color amarillo

ARAMIDA (PTPA)

Termoplástico parcialmente cristalino

Las fibras de aramida son una clase de fibras sintéticas resistentes y termoestables. Se utilizan en aplicaciones aeroespaciales y militares, tejidos para chalecos antibalas y compuestos balísticos, neumáticos de bicicleta y como sustituto del amianto. Las moléculas en cadena de las fibras de aramida están mayoritariamente orientadas a lo largo del eje de las fibras, lo que permite aprovechar esta resistencia del enlace químico.

CARACTERÍSTICAS:

+ Excepcional resistencia a la tracción
+ Elevado coeficiente de elasticidad
+ Elevada resistencia a la temperatura
+ Insensibilidad a la humedad
- No se puede encolar
- No se funde (punto de fusión muy elevado)
- Materia prima muy cara
- Hilado sensible a la deformación y a la carga de choque

 HISTORIA DE LAS FIBRAS DE ARAMIDA

A finales de los años 60, la empresa du Pont desarrolló una nueva clase de polímeros, poliamidas aromáticas para-orientadas (aramidas), que poseían internamente cadenas moleculares rigidas en una configuración extedida. Las poliamidas aromáticas no son adecuadas para hilados viscosos; sin embargo, bajo determinadas condiciones de concentración, disolvente, peso molecular y temperatura pueden llegar a formar soluciones líquido-cristalinas. Estas soluciones pueden fluir a través de un hilador consiguiendo un producto fibroso de muy alta orientación.

De forma similar a las fibras de vidrio o carbono, la curva tensión-deformación de las aramidas es casi lineal hasta su rotura. Al menos tres fibras de aramida disponibles en el mercado (Kevlar49-DuPont, HM50-Teijin, Twaron-Teijin) han sido experimentadas para reforzar composites con matriz de cemento. Las propiedades relativas a la tensión de estas tres fibras .

Las fibras de Kevlar49 habían sido empleadas, por tanto, para reforzar cementos con el propósito principal de mejorar su tenacidad y el comportamiento a impacto.

La combinación de baja densidad con alta resistencia y alto módulo elástico confiere a las fibras de aramida la mayor resistencia a tracción específica de cualquier material y un razonablemente alto módulo elástico incluso en comparación con la fibra de carbono. Las aramidas sometidas a tensión tienen una buena estabilidad dimensional, con deformación similar a la del acero después de un corto periodo inicial.

Las deformaciones en Kevlar49 son menores al 20% de la deformación inicial elástica después de varios años de esfuerzo. Se ha observado que la deformación depende de la temperatura y esto podría ser significativo sólo para niveles de carga superiores al 70% del punto de rotura. A compresión, las aramidas son elásticas a baja deformación, pero llegan a ser perfectamente plásticas con altas deformaciones. El comienzo de la fase plástica durante la compresión surge por la cizalladura de las cadenas moleculares que conduce a la formación de plegados oblicuos dentro de la fibra. En comparación con las fibras de carbono, las aramidas sobreviven intactas curvándose al someterse a compresión. Este comportamiento es tecnológicamente importante porque facilita el proceso de tejido, trenzado y entrelazado.

Las aramidas tienen comparativamente una alta estabilidad térmica, no funden, y solo se descomponen en el aire a temperaturas superiores a los 450ºC. La alta durabilidad de los hilos de Kevlar49 y de las hebras de Kevlar49/epoxy sometidas a pruebas de alta temperatura para acelerar el colapso han indicado una vida teórica superior a los 100 años con esfuerzos entre el 50% y el 60% del máximo nominal.

Desde su introducción comercial en 1972, las aramidas han sido empleadas en una gran variedad de aplicaciones, entre las que se incluyen: neumáticos, gomas, cuerdas y cables, balística, cintar y redes, plasticos reforzados, materiales para aviación y aeroespaciales, materiales deportivos, eléctricos y pultrusión.

 La primera fibra de aramida (para-aramida) surge, en los inicios de la década de los 70, como consecuencia de los trabajos de Stephanie Kwolek y colaboradores en DuPont [6]. Comercializada bajo el nombre de Kevlar, sus primeras aplicaciones fueron el refuerzo de neumáticos y de polímeros.

Las características de ligereza, alta resistencia mecánica y elevada tenacidad han permitido su utilización en numerosos sectores (materiales compuestos, sustitución del asbesto, fabricación de cables y tirantes para sujeción de diversos tipos de estructuras, protección antibalística, tejidos y ropas de protección personal...). Posteriormente, se han desarrollado otras fibras de aramida, entre las que destacan las resultantes de la mejora del primitivo Kevlar y las conocidas con las denominaciones comerciales de Twaron [7] y Technora [8].

Una clasificación útil de las fibras de aramida es la que se realiza atendiendo a los valores de módulos de elasticidad que presentan. De acuerdo con este criterio, resultan tres grupos de fibras:

         De bajo módulo (“low modulus”, LM).

         Con módulo intermedio (“intermediate modulus”, IM).

         De alto módulo (“high modulus”, HM).

La tabla 5 recoge distintas propiedades para fibras típicas de bajo y de alto módulo [3]. El módulo de Young específico es una propiedad clave para el empleo de materiales compuestos en la industria aeroespacial. Los valoes de esta propiedad para las fibras de aramida son más elevados que los correspondientes a las fibras de vidrio, pero inferiores a los que se encuentran con las fibras de de carbono. La temperatura máxima recomendada para el uso continuado de estas fibras es de 160 ºC [9].

Tabla 5. Valores de propiedades mecánicas para fibras de aramida de bajo y alto módulo de elasticidad

LAS FIBRAS DE KEVLAR

El Kevlar es una poliamida aromática denominada poli-(parafenileno tereftalamida), o PPTA, que se puede formular como:

Figura 2: Fórmula de las macromoléculas de Kevlar.

Los anillos aromáticos confieren rigidez a las macromoléculas. En la figura 3a se indica como las macromoléculas de PPTA, que se encuentran unidas por enlaces por puentes de hidrógeno, forman hojas planas rígidas. Éstas se ordenan en forma de sistema radial de láminas plegadas axialmente  constituyendo las fibras que presentan una marcada anisotropía.

Los procesos utilizados para fabricar estas fibras originan una orientación de las macromoléculas paralelamente al eje de la fibra, con la consiguiente mejora de las propiedades mecánicas en esa dirección. También, la estructura de las fibras es la responsable de la escasa resistencia a la compresión que exhiben estos materiales.

LAS CARACTERÍSTICAS A LAS DIFERENTES FIBRAS DE KEVLAR SE PUEDEN RESUMIR EN:

         Alta relación resistencia mecánica/peso.

         Rigidez estructural (elevado módulo de Young y bajo alargamiento a la rotura).

         Elevada tenacidad. Resistencia a la fatiga.

         Rotura dúctil, no frágil como las fibras de vidrio y de carbono.

         Son aislantes eléctricos.

         Alta resistencia química. Tolerancia general al deterioro ambiental, aunque la radiación ultravioleta puede degradar el material.

         Pequeña contracción térmica.

         Excelente estabilidad dimensional.

         Alta resistencia al corte.

         Elevado grado de estabilidad térmica (temperatura de descomposición, en aire: 425 ºC).

         Baja conductividad térmica.

Figura 3 a. Macromoléculas de poli-p-fenileno tereftalamida. Figura 3b. Esquema de la estructura de las fibrsa de Kevlar 49.

Tabla 6. Valores de propiedades para fibras de Kevlar.

La tabla 6 reúne algunas propiedades de los tipos de fibras Kevlar más habituales, denominados 29, 49 y 149.

COMPARATIVA DE FIBRAS.

CON FIBRAS DE CARBONO O DE ARAMIDA

La elección de un tipo de fibra para una aplicación determinada dependerá de los requerimientos exigidos. La comparación de sus propiedades mediante diagramas o tablas constituye un elemento útil en la elección de las fibras para un uso dado. Ejemplo de ello  que representa resistencia a la tracción y módulo elástico específicos para diferentes fibras, y la tabla 9, que incluye una calificación de estos materiales en relación con diversas propiedades. Esta clasificación se gradúa desde el valor A, que indica un comportamiento bueno de la fibra frente a ese parámetro, al valor C indicador de que es mediocre o malo.

Figura 5. Resistencia a la tracción y módulo elástico específicos para diferentes fibras.

Características principales:

1. Sensible al ultravioleta.2. Buena resistencia a choques, a la abrasión, a los disolventes orgánicos y al calor.3. Sensible a la humedad.
Aplicaciones industriales:

•  Tejido usado en la construcción naval.
• Resistencia a la mayoría de productos químicos

• Protección permanente contra las llamas y el calor

• Larga vida útil

• Facilidad de limpieza

Aplicaciones industriales:

•  Tejido usado en la construcción naval.

• Resistencia a la mayoría de productos químicos

• Protección permanente contra las llamas y el calor

• Larga vida útil

• Facilidad de limpieza