¿Qué es el Kevlar y cómo transformó la industria de los materiales sintéticos?

El poliparafenileno tereftalamida, comercializado bajo la marca registrada Kevlar, es una fibra sintética de aramida caracterizada por su excepcional resistencia y sus propiedades térmicas. Fue sintetizado por primera vez en 1965 por la química polaca-estadounidense Stephanie Kwolek en los laboratorios de la compañía DuPont. Desde su comercialización a comienzos de la década de 1970, este material ha reemplazado al acero en diversas aplicaciones de alto rendimiento debido a su elevada proporción de fuerza tensil frente a su peso.

¿Cómo descubrió Stephanie Kwolek el Kevlar en DuPont?

El descubrimiento del Kevlar surgió durante las investigaciones de la compañía DuPont en la década de 1960 para obtener una fibra más resistente que el nailon. En lugar de las soluciones transparentes habituales, Stephanie Kwolek observó que las soluciones de poli(para-fenilen-tereftalamidas) eran opalescentes debido a su naturaleza cristalina en forma de cristales líquidos. A pesar de que estas soluciones se descartaban inicialmente, Kwolek decidió hilar el producto, obteniendo una fibra con una resistencia superior a la de las poliamidas tradicionales. Este hallazgo impulsó el desarrollo de polímeros avanzados.

¿Cuál es el proceso químico de síntesis del Kevlar?

La síntesis del Kevlar se realiza mediante una polimerización por pasos a baja temperatura debido a su gran exotermicidad, utilizando una solución de N-metil-pirrolidona y cloruro de calcio a partir de p-fenilendiamina y dicloruro de ácido tereftálico. Posteriormente, el polímero precipitado se disuelve en ácido sulfúrico concentrado para formar una solución cristalina que facilita la coagulación y el estiramiento de las fibras durante el hilado, logrando una alta orientación molecular y numerosos enlaces por puentes de hidrógeno.

¿Qué diferencias existen entre el Kevlar 29 y el Kevlar 49?

Existen principalmente dos variantes comerciales de este material: el Kevlar 29 y el Kevlar 49. El Kevlar 29 es la fibra obten directamente de su fabricación y se emplea fundamentalmente como refuerzo en tiras o tejidos para la confección de cables, ropa de protección y chalecos antibalas. Por su parte, el Kevlar 49 se somete a un tratamiento superficial específico para mejorar su adhesión con resinas, por lo que se utiliza embebido en materiales compuestos para la industria aeronáutica, cascos de motociclismo, equipos de deportes extremos y componentes acústicos.

¿Cuáles son las propiedades mecánicas y térmicas del Kevlar?

El Kevlar destaca por poseer una excepcional resistencia a la tracción de aproximadamente 3,5 GPa, superando al acero convencional, y una rigidez notable con módulos de elasticidad de alrededor de 80 GPa para el Kevlar 29 y 120 GPa para el Kevlar 49. Su tenacidad es considerablemente alta en comparación con los metales. Térmicamente, el polímero mantiene sus prestaciones hasta temperaturas cercanas a su descomposición, la cual ocurre entre los 420 y 480 grados Celsius, aunque experimenta una ligera reducción en su módulo elástico bajo exposición prolongada al calor.

¿En qué aplicaciones industriales y de seguridad se utiliza el Kevlar?

Gracias a su alta relación resistencia-peso y su baja conductividad eléctrica, el Kevlar se aplica en múltiples sectores críticos. Se emplea de manera destacada en chalecos antibalas, cascos militares y de bomberos, guantes de protección contra cortes, revestimientos para fibra óptica, componentes de frenos y embragues en la industria automotriz, así como en estructuras aeroespaciales, velas náuticas y carcasas de dispositivos electrónicos.

Sources & Further Reading

DuPont. Ficha técnica del Kevlar. DuPont Safety & Construction.

Kerkam, K.; Viney, C.; Kaplan, D.; Lombard, S. (1991). Liquid crystallinity of natural silk secretions. Nature, 349, 596-598.

Vollrath, F.; Knight, D. (2001). Liquid crystalline spinning of spider silk. Nature, 410, 541-548.

García, J. M.; García, F. C.; Serna, F.; de la Peña, J. L. (2010). High-performance aromatic polyamides. Progress in Polymer Science, 35(5), 623-686.