Obtenga información sobre los compuestos de fibra de aramida, incluida la resistencia al impacto, las propiedades livianas, la rigidez, la resistencia a la abrasión y las aplicaciones militares e industriales clave.
La fibra de aramida, también conocida como "poli(p-fenilen tereftalamida)", posee excelentes propiedades como resistencia ultraalta, módulo alto, resistencia a altas temperaturas, resistencia a ácidos y álcalis y peso ligero. La fibra de aramida fue desarrollada y comercializada con éxito en la década de 1960 por DuPont (bajo el nombre comercial Kevlar) y, por lo tanto, antes de la llegada de la fibra de carbono, la fibra de aramida dominaba el mercado de fibras de alto rendimiento.
1. Una breve historia del desarrollo de la fibra de aramida
En la década de 1960, DuPont fue la primera empresa del mundo en introducir y producir fibra de aramida bajo la marca registrada Kevlar. La fibra de aramida se vende en el mercado desde 1973. La aramida fue descubierta por una química nacida en Polonia, Stephanie Kwolek, que estaba realizando una investigación con la esperanza de encontrar un material liviano y excepcionalmente resistente para reemplazar al nailon en la fabricación de neumáticos.
La inventora de la fibra Kevlar: la química polaca Stephanie Kwolek
Hoy en día, el material compuesto de aramida más famoso es la fibra Kevlar de DuPont. Con el tiempo, otros proveedores también han suministrado aramida con diferentes nombres comerciales, entre ellos: Nomex de DuPont, Twaron y Technora de Teijin de Japón, Arawin de Toray de Corea del Sur, Kolon de Heracron de Corea del Sur y algunos productos de empresas chinas.
Por lo tanto, cualquier material llamado Kevlar, Twaron o Nomex en realidad se refiere a aramida, que tiene propiedades especiales, incluida una excelente resistencia al impacto y la abrasión, resistencia a altas temperaturas y bajo peso. Por estas características, este material se utiliza frecuentemente en el ejército, la fuerza aérea, deportes acuáticos y de motor, así como en la fabricación de neumáticos, ropa, guantes de protección y muchas otras aplicaciones.
Guantes protectores hechos de material de fibra de aramida.
2.1 Alta resistencia a impactos y grietas
La fibra de aramida tiene una excelente resistencia al impacto y no se agrieta bajo presión debido a su dureza y capacidad para absorber una gran cantidad de energía. Se utiliza ampliamente en la fabricación de chalecos antibalas, embarcaciones, kayaks y armaduras para componentes de vehículos militares. La resistencia al impacto de los compuestos de fibra de aramida es cinco veces mayor que la de los compuestos de fibra de carbono (probado mediante el método de impacto por caída de peso). Esta extraordinaria resistencia al impacto o capacidad a prueba de balas se debe a las largas cadenas atómicas que forman la estructura de aramida.
Dadas sus excelentes propiedades de resistencia al impacto, las fibras de aramida se utilizan ampliamente en aplicaciones militares para la fabricación de chalecos antibalas y materiales para blindaje de tanques. Los chalecos antibalas suelen estar hechos de un material compuesto por decenas de capas de aramida (como el Kevlar), con una placa de cerámica incluida entre dos capas. Los escudos protectores utilizados en algunos vehículos blindados están hechos de material de acero, aramida y acero, que puede resistir misiles antitanque de hasta 700 mm de diámetro.
Las fibras de aramida se utilizan ampliamente en chalecos antibalas.
Además de proteger el tanque en sí, el escudo de acero-aramida-acero también protege a la tripulación absorbiendo la energía cinética generada por los misiles penetrantes. Otra aplicación de Kevlar es en el Boeing AH-64, un helicóptero de ataque militar estadounidense equipado con palas de rotor de Kevlar. En este caso, Kevlar proporciona protección contra balas de hasta 23 mm de diámetro.
Las fibras de aramida proporcionan protección a prueba de balas a los helicópteros.
Debido a su alta resistencia al impacto, el Kevlar es muy utilizado en la construcción de embarcaciones y kayaks, como los cascos de los yates diseñados para la Volvo Ocean Race, una de las pruebas deportivas más exigentes. La mayoría de los kayaks de alto rendimiento para deportes acuáticos están hechos de fibras de aramida o materiales compuestos de fibra de carbono/fibra de aramida.
Las fibras de aramida protegen los kayaks de daños.
2.2 Baja densidad/Bajo peso
Las fibras de aramida tienen un peso extremadamente bajo, lo que supone una ventaja en la fabricación de materiales compuestos. Si bien los compuestos de fibra de carbono se consideran muy livianos, los compuestos de fibra de aramida son aproximadamente un 20% más livianos que los compuestos de fibra de carbono. El uso de tejido de aramida en materiales compuestos aumenta la resistencia al impacto y al desgaste, y reduce el peso de los componentes compuestos.
La densidad de la fibra de aramida es de aproximadamente 1,45 g/cm³, mientras que la densidad del material compuesto de resina de aramida-epoxi es de aproximadamente 1,3 g/cm³. Este cálculo se basa en la densidad mixta de la resina epoxi y el endurecedor (~1,1 g/cm³) y la tecnología avanzada utilizada en la producción de materiales compuestos, concretamente el preimpregnado en autoclave. Mientras que los compuestos de fibra de carbono, generalmente considerados muy ligeros, tienen una densidad de aproximadamente 1,55 g/cm³, los compuestos de fibra de aramida son un 20% más ligeros.
¿Cómo se compara el peso de los compuestos de fibra de aramida con el de los metales? El aluminio pesa 2,7 g/cm³, el titanio pesa 4,5 g/cm³ y el acero pesa 7,9 g/cm³. Por tanto, los compuestos de fibra de aramida son dos veces más ligeros que el aluminio, tres o cuatro veces más ligeros que el titanio y seis veces más ligeros que el acero.
2.3 Rigidez moderada, entre fibra de vidrio y fibra de carbono
Los compuestos de fibra de aramida tienen mayor rigidez que los compuestos de fibra de vidrio, pero son significativamente menores que los compuestos de fibra de carbono. Al igual que las fibras de carbono, las fibras de aramida vienen en muchos tipos, incluidas fibras de módulo estándar, medio y alto, que ofrecen diferente rigidez y resistencia.
La rigidez de diferentes tipos de fibras se muestra a continuación:
Tejido de fibra de vidrio: desde 72 GPa (vidrio E estándar) hasta 87 GPa (tejido de vidrio reforzado S);
Tejido de fibra de carbono: de 230 GPa (Toray T300) a 588 GPa (Toray HM grado M60J);
Tejido de fibra de aramida: desde 96 GPa (aramida estándar, es decir, Kevlar 129) hasta 186 GPa (aramida utilizada en la industria aeronáutica/aeroespacial, es decir, Kevlar 149).
En resumen, los compuestos de aramida fabricados a partir de tejidos estándar tienen entre un 30 y un 40 % más de rigidez que los compuestos de fibra de vidrio, pero son un 50 % más bajos en comparación con los compuestos de fibra de carbono.
2.4 Resistencia a la abrasión
Los compuestos de fibra de aramida se han utilizado ampliamente en componentes propensos al desgaste, como las placas protectoras que protegen los motores de los coches de carreras. La aramida se utiliza comúnmente en las industrias extractivas (como la minería) para reforzar las cintas transportadoras de caucho, lo que garantiza una mayor resistencia y resistencia a la abrasión. Según el fabricante de Kevlar, este refuerzo puede aumentar la resistencia a la abrasión entre un 50 y un 70%. Debido a estas propiedades, el material se puede utilizar en compuestos y en ropa de trabajo, como guantes de seguridad resistentes a cortes que utilizan tejidos de aramida como Twaron o Kevlar. 2.5 Constante dieléctrica baja
Los compuestos de fibra de aramida tienen una constante dieléctrica baja de aproximadamente 3,85 (a 10 GHz), lo que garantiza una buena penetración y fuerza de la señal a través de la cubierta/radomo protector de aramida. Este tipo de antena se utiliza mucho con fines militares, como por ejemplo en aviones militares.
Fibras de aramida utilizadas en radomos militares.
Las carcasas/radomos compuestos de fibra de aramida protegen las antenas de daños y garantizan un buen rendimiento de la señal. Por el contrario, los compuestos de fibra de vidrio E ofrecen una constante dieléctrica de 6,1 (a 10 GHz), lo que da como resultado una reducción del 60 % en la potencia y el rendimiento de la señal de la antena. Además de la aramida, también se utiliza fibra de cuarzo, con una constante dieléctrica de 3,78 (a 10 GHz).
2.6 Otras características
Las fibras de aramida tienen características de baja expansión térmica, son muy estables a altas temperaturas, con una expansión térmica casi nula y un coeficiente de expansión térmica ligeramente negativo, equivalente a (-2,4 x 10⁻⁶ /°C). Las fibras de aramida son excelentes aislantes y no conducen electricidad.
Una propiedad especial de los compuestos de fibra de aramida está relacionada con la absorción de vibraciones, lo que los hace adecuados para fabricar componentes que resistan vibraciones, como los componentes estructurales de aviones.
2.7 Compuestos Mixtos con Otros Tejidos
Los tejidos de fibra de aramida se pueden ajustar paramétricamente según sea necesario para su uso en compuestos de fibra de carbono y compuestos de fibra de vidrio, lo que brinda a los proveedores de productos compuestos una amplia gama de posibilidades.
Para los compuestos de fibra de carbono, la resistencia al impacto se puede mejorar agregando varias capas de tejido de fibra de aramida. Los compuestos híbridos compuestos por un 50% de fibra de carbono y un 50% de fibra de aramida muestran una mejora de hasta un 25% en la resistencia al impacto en comparación con los compuestos fabricados únicamente con fibra de carbono.
Tejido híbrido de fibra de aramida y fibra de carbono.
