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Estructura de Twaron y Kevlar , ambos para- aramida

Las fibras de aramida son una clase de fibras sintéticas resistentes al calor y fuertes . Se utilizan en aplicaciones aeroespaciales y militares, para balísticos nominal armadura de cuerpo de tela y materiales compuestos balísticos, en el cordaje marina , de casco de refuerzo, y como el amianto sustituto. [1] El nombre es una mezcla de " poliamida aromática ". [ cita requerida ]

Las moléculas de cadena en las fibras están muy orientadas a lo largo del eje de la fibra. Como resultado, una mayor proporción del enlace químico contribuye más a la resistencia de la fibra que en muchas otras fibras sintéticas. Las aramidas tienen un punto de fusión muy alto (> 500 ° C).

Las marcas comunes de aramida incluyen Kevlar , Nomex y Twaron .

Historia [ editar ]

Poliamidas aromáticas se introdujeron primero en aplicaciones comerciales a principios de 1960, con una meta de fibra -aramid producido por DuPont como HT-1 y luego con el nombre comercial Nomex . [2] Esta fibra, que se maneja de manera similar a las fibras textiles normales de confección, se caracteriza por su excelente resistencia al calor, ya que no se funde ni se enciende en niveles normales de oxígeno. Se utiliza ampliamente en la producción de prendas de protección, filtración de aire, aislamiento térmico y eléctrico, así como sustituto del amianto .

Las meta-aramidas también se producen en los Países Bajos y Japón por Teijin Aramid bajo el nombre comercial Teijinconex, [2] en Corea por Toray bajo el nombre comercial Arawin, en China por Yantai Tayho bajo el nombre comercial New Star y por SRO Group bajo el nombre comercial nombre comercial X-Fiper, y una variante de meta-aramida en Francia por Kermel bajo el nombre comercial Kermel.

Basado en investigaciones anteriores de Monsanto Company y Bayer , DuPont y AkzoNobel también desarrollaron fibra de para- aramida con mucho mayor tenacidad y módulo elástico en las décadas de 1960 y 1970 , ambos aprovechando su conocimiento del procesamiento de rayón , poliéster y nailon . En 1973, DuPont fue la primera empresa en introducir una fibra de para-aramida, denominada Kevlar ; esta sigue siendo una de las para-aramidas y / o aramidas más conocidas.

En 1978, Akzo introdujo una fibra similar con aproximadamente la misma estructura química y la llamó Twaron . Debido a patentes anteriores sobre el proceso de producción, Akzo y DuPont se involucraron en una disputa de patentes en la década de 1980. Posteriormente Twaron pasó a ser propiedad de Teijin Aramid Company. En 2011, Yantai Tayho introdujo una fibra similar que se llama Taparan en China (ver Producción ).

Las para-aramidas se utilizan en muchas aplicaciones de alta tecnología, como aplicaciones aeroespaciales y militares, para tejidos de armadura corporal "a prueba de balas" .

Tanto la fibra de meta-aramida como la de para-aramida pueden usarse para fabricar papel de aramida. El papel de aramida se utiliza como materiales de aislamiento eléctrico y materiales de construcción para hacer un núcleo de panal. Dupont fabricó papel de aramida en la década de 1960, llamándolo papel Nomex. Yantai Metastar Special Paper presentó un papel de aramida en 2007, que se llama papel metastar . Tanto Dupont como Yantai Metastar fabrican papel de meta-aramida y para-aramida.

La definición de la Comisión Federal de Comercio para fibra de aramida es:

Fibra fabricada en la que la sustancia formadora de fibras es una poliamida sintética de cadena larga en la que al menos el 85% de los enlaces amida, (-CO-NH-) están unidos directamente a dos anillos aromáticos. [3]

Salud [ editar ]

Durante la década de 1990, una prueba in vitro de fibras de aramida mostró que exhibían "muchos de los mismos efectos en las células epiteliales que el amianto , incluida una mayor incorporación de nucleótidos marcados radiactivamente en el ADN y la inducción de la actividad de la enzima ODC ( ornitina descarboxilasa )", lo que aumenta la posibilidad de implicaciones cancerígenas . [4] Sin embargo, en 2009, se demostró que las fibrillas de aramida inhaladas se acortan y se eliminan rápidamente del cuerpo y presentan poco riesgo. [5]Posteriormente, el autor del estudio proporcionó una corrección de la declaración de interés que indicaba que "esta revisión fue encargada y financiada por DuPont y Teijin Aramid, pero el autor era el único responsable del contenido y la redacción del artículo". [6]

Producción [ editar ]

La capacidad mundial de producción de para-aramidas se estimó en alrededor de 41.000 toneladas por año en 2002 y aumenta cada año entre un 5% y un 10%. [7] En 2007, esto significa una capacidad de producción total de alrededor de 55 000 toneladas por año.

Preparación de polímeros [ editar ]

Las aramidas se preparan generalmente mediante la reacción entre un grupo amina y un grupo haluro de ácido carboxílico . Los homopolímeros AB simples pueden verse como

n NH 2 −Ar − COCl → - (NH − Ar − CO) n - + n HCl

Las aramidas más conocidas ( Kevlar , Twaron , Nomex , New Star y Teijinconex) son los polímeros AABB. Nomex, Teijinconex y New Star contienen predominantemente el enlace meta y son polimetafenilen isoftalamidas (MPIA). Kevlar y Twaron son p -fenilen tereftalamidas (PPTA), la forma más simple de la parapoliaramida AABB. PPTA es un producto de p -fenilendiamina ( PPD ) y dicloruro de tereftaloílo (TDC o TCl) .

La producción de PPTA se basa en un codisolvente con un componente iónico ( cloruro de calcio , CaCl 2 ) para ocupar los enlaces de hidrógeno de los grupos amida, y un componente orgánico ( N-metil pirrolidona, NMP ) para disolver el polímero aromático . Este proceso fue inventado por Leo Vollbracht, quien trabajaba en la empresa química holandesa Akzo . Aparte de la carcinógena hexametilfosforosa triamida ( HMPT ), todavía no se conoce ninguna alternativa práctica para disolver el polímero. El uso del sistema NMP / CaCl 2 llevó a una disputa de patentes extendida entre Akzo y DuPont.

Girando [ editar ]

Después de la producción del polímero, la fibra de aramida se produce hilando el polímero disuelto en una fibra sólida a partir de una mezcla química líquida . El disolvente polimérico para el hilado de PPTA es generalmente ácido sulfúrico anhidro al 100% (H 2 SO 4 ).

Apariciones [ editar ]

  • Fibra
  • Fibra picada
  • Polvo
  • Pulpa

Otros tipos de aramidas [ editar ]

Además de las meta-aramidas como Nomex, otras variaciones pertenecen a la gama de fibras de aramida. Estos son principalmente del tipo copoliamida , más conocido bajo la marca Technora , desarrollado por Teijin e introducido en 1976. El proceso de fabricación de Technora reacciona PPD y 3,4'-diaminodifeniléter (3,4'-ODA) con cloruro de tereftaloilo. (TCl) . [8] Este proceso relativamente simple utiliza solo un disolvente amida y, por lo tanto, el hilado se puede realizar directamente después de la producción del polímero.

Características de la fibra de aramida [ editar ]

Las aramidas comparten un alto grado de orientación con otras fibras como el polietileno de peso molecular ultra alto , característica que domina sus propiedades.

General [ editar ]

  • buena resistencia a la abrasión
  • buena resistencia a los disolventes orgánicos
  • no conductivo
  • punto de fusión muy alto (> 500 ° C)
  • baja inflamabilidad
  • buena integridad de la tela a temperaturas elevadas
  • sensible a ácidos y sales
  • sensible a la radiación ultravioleta
  • propenso a la acumulación de carga electrostática a menos que esté terminado [9]

Para-aramidas [ editar ]

  • Las fibras de para-aramida, como Kevlar y Twaron, brindan excelentes propiedades de resistencia al peso.
  • módulo de cuerda alto
  • alta tenacidad
  • baja fluencia
  • baja elongación a la rotura (~ 3,5%)
  • difícil de teñir, generalmente teñido en solución [9]

Usos [ editar ]

  • ropa ignífuga
  • ropa y cascos de protección contra el calor
  • chalecos antibalas , [10] compitiendo con productos de fibra a base de PE como Dyneema y Spectra
  • materiales compuestos
  • sustitución de amianto (por ejemplo, forros de freno )
  • tejidos de filtración de aire caliente
  • neumáticos , recientemente como Sulfron ( Twaron modificado con azufre )
  • refuerzo mecánico de artículos de caucho
  • cuerdas y cables
  • Correas trapezoidales (automotriz, maquinaria, equipo y más) [11]
  • mechas para bailar con fuego
  • sistemas de cable de fibra óptica
  • tela de vela (no necesariamente velas de barco de regata )
  • artículos deportivos
  • parches
  • Instrumento de viento cañas , tales como la marca Fibracell
  • diafragmas de altavoz
  • material de boathull
  • hormigón reforzado con fibra
  • tubos termoplásticos reforzados
  • cuerdas de tenis (por ejemplo, de las compañías de tenis Ashaway y Prince)
  • palos de hockey (normalmente en una composición con materiales como madera y carbono)
  • tablas de snowboard
  • recintos de motores a reacción
  • Sistemas de arrastre de carretes de pesca
  • Refuerzo de asfalto
  • Prusiks para escaladores (que se deslizan a lo largo de la cuerda principal y pueden derretirse debido a la fricción).

Ver también [ editar ]

Para-aramida

  • Kevlar
  • Technora
  • Twaron
  • Heracron

Meta-aramida

  • Nomex
  • Teijinconex

Otros

  • Innegra S
  • Nylon
  • Textil
  • Polietileno de peso molecular ultra alto
  • Vectran

Notas y referencias [ editar ]

  1. ^ Hillermeier, Karlheinz (1984). "Perspectivas de la aramida como sustituto del amianto". Revista de Investigación Textil . 54 (9): 575–580. doi : 10.1177 / 004051758405400903 .
  2. ^ a b James A. Kent, ed. (2006). Manual de Química Industrial y Biotecnología . Saltador. pag. 483 . ISBN 978-0-387-27842-1.
  3. ^ Prácticas comerciales, Parte 303, §303.7 Nombres genéricos y definiciones para fibras manufacturadas.
  4. ^ Marsh, JP; Mossman, BT; Driscoll, KE; Schins, RF; Borm, PJA (1 de enero de 1994). "Efectos de la aramida, una fibra sintética de alta resistencia, sobre las células respiratorias in vitro". Toxicología farmacológica y química . 17 (2): 75–92. doi : 10.3109 / 01480549409014303 . PMID 8062644 . 
  5. ^ Donaldson, K. (1 de julio de 2009). "La toxicología por inhalación de fibrillas de p-aramida". Revisiones críticas en toxicología . 39 (6): 487–500. CiteSeerX 10.1.1.468.7557 . doi : 10.1080 / 10408440902911861 . PMID 19545198 .  
  6. ^ Donaldson, Ken (22 de julio de 2009). "Corrigendum: la toxicología por inhalación de - fibrillas de aramida". Revisiones críticas en toxicología . 39 (6): 540. doi : 10.1080 / 10408440903083066 .
  7. ^ Comité de fibras estructurales de alto rendimiento para compuestos de matriz de polímeros avanzados, Consejo Nacional de Investigación (2005). Fibras estructurales de alto rendimiento para compuestos de matriz polimérica avanzados . Prensa de las Academias Nacionales . pag. 34. ISBN 978-0-309-09614-0.
  8. ^ Ozawa S (1987). "Un nuevo enfoque para fibras de alto módulo y alta tenacidad" . Diario de polímero . 19 : 199. doi : 10.1295 / polymj.19.119 .
  9. ↑ a b Kadolph, Sara J. Anna L. Langford (2002). "Textiles". Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, Nueva Jersey .
  10. ^ Reisch, Marc S (2005). "Los fabricantes de fibra de alto rendimiento responden a la demanda de los usuarios militares y de seguridad" . Noticias de Química e Ingeniería . 83 (31): 18-22. doi : 10.1021 / cen-v083n050.p018 .
  11. ^ "238-032 Cinturón" . www.stens.com . Consultado el 7 de mayo de 2020 .

Lectura adicional [ editar ]

  • JA Reglero Ruiz; M Trigo-López; FC García; JM García (2017). "Poliamidas aromáticas funcionales" . Polímeros . 9 (12): 414. doi : 10.3390 / polym9090414 .
  • JWS Hearle (2000). Fibras de alto rendimiento . Woodhead Publishing LTD., Abington, Reino Unido - Instituto Textil . ISBN 978-1-85573-539-2.
  • Doetze J. Sikkema (2002). "Fibras artificiales cien años: polímeros y diseño de polímeros". J Appl Polym Sci (83): 484–488.
  • Kh. Hillermeier y HG Weijland (1977). "Un hilo de aramida para reforzar plásticos". Plástica (11): 374–380.
  • DuPont y Teijin ampliarán la producción de aramidas - septiembre de 2004