Kevlar

La struttura chimica del kevlar. In grassetto: l'unita di monomero. Tratteggiati: i legami idrogeno.

Struttura tridimensionale del Kevlar

Il kevlar, è una fibra sintetica aramidica inventata nel 1965 dalla DuPont. La sua caratteristica principale è la grande resistenza meccanica alla trazione, tanto che a parità di peso è 5 volte più resistente dell'acciaio.

Il kevlar possiede anche una grande resistenza al calore e, essendo termoindurente, decompone a circa 500 °C senza fondere. Per le sue caratteristiche di resistenza viene utilizzato come fibra di rinforzo per la costruzione di giubbotti antiproiettile, di attrezzature per gli sport estremi, per componenti per aeroplani e più recentemente per le vele degli scafi da competizione.

Storia

Inventato da Stephanie Kwolek mentre cercava una fibra resistente ed elastica per rimpiazzare la gomma degli pneumatici, il kevlar è stato brevettato dalla DuPont nel 1973.

Nel corso degli anni, questo tipo di fibra sintetica ha ricevuto miglioramenti notevoli in termini di resistenza meccanica. Fin dall'inizio essa si dimostrò promettente, con una resistenza di oltre 2 volte rispetto all'acciaio, a parità di massa. Con il tempo si è arrivati a prodotti ancora più resistenti, che offrono un rapporto di almeno 5:1 sull'acciaio. Queste prestazioni sono riferite alla resistenza meccanica, ma non al logorio né tanto meno alla temperatura (non esistono, ad esempio, ingranaggi in kevlar, o parti rigide di motore in tal materiale).

Produzione

Fibre di kevlar

Il kevlar è un prodotto di sintesi che si ottiene per condensazione in soluzione a partire dai monomeri 1,4-fenilendiammina (para-fenilendiammina) e cloruro di tereftaloile. Come sottoprodotto di reazione si ottiene acido cloridrico.

Utilizzi

Elmetto in kevlar

Canoe in kevlar

Protezione

Uno degli utilizzi più noti del kevlar è nei giubbotti antiproiettile. La sua elevata resistenza viene utilizzata in tali giubbetti per assorbire, tramite deformazione plastica, l'elevato momento d'inerzia dei proiettili. Il tessuto in kevlar è tuttavia inefficace contro colpi penetranti quali quelli inferti da proiettili perforanti, ma anche da baionette o da coltelli. Per proteggere contro tali attacchi al tessuto in kevlar vengono aggiunti pannelli metallici in lega leggera.

La combinazione di kevlar e leghe leggere è utilizzata anche come protezione per veicoli e macchine ove sia presente una limitazione sul peso, ad esempio sugli elicotteri corazzati. In tale ambito, oltre al kevlar, si utilizzano altre fibre sintetiche quali il meno famoso nomex o la fibra di carbonio.

Automobilismo

Data la leggerezza e le altre qualità è molto utilizzata nelle auto e moto da corsa, ad esempio

• come elemento strutturale, nel telaio o nella carrozzeria
• per le cinghie di distribuzione
• nelle tubazioni dei freni a disco per evitare il rigonfiamento del tubo in presenza di pressione, migliorando la precisione e la potenza del sistema frenante.
• per i serbatoi delle Formula 1. Esso è realizzato con due lamine di gomma, ovvero nitrato butadieno per quella interna e kevlar rinforzato tramite precisi trattamenti per quella esterna. Questo permette al serbatoio di comportarsi come una sacca, cioè deformarsi senza subire pericolose crepe o rotture.

Le fibre aramidiche, per il loro ottimo comportamento al calore, sono inoltre utilizzate per le carcasse di rinforzo di pneumatici speciali.

Attrezzi sportivi

L'elevatissima resistenza meccanica specifica lo rendono ideale per la realizzazione di molti attrezzi sportivi, anche se il costo lo relega tipicamente ai livelli agonistici. Alcuni esempi:

• Carena di canoe e pagaie.
• Cordini per l'arrampicata.
• Puntali delle stecche da biliardo, ovvero la parte anteriore che si avvita al manico.
• Lenza nella pesca, soprattutto la parte finale (detto finalino) ove sono richiesti diametri ridotti. Usato per la pesca del siluro e dei grandi predatori.
• Alcune parti dell'equipaggiamento protettivo per la scherma, in accordo con le disposizioni della FIS.
• Rinforzi nell'abbigliamento tecnico per motociclisti. Ad esempio, Valentino Rossi utilizza delle tute con protezioni in kevlar alla caviglia, tibia e perone dopo l'infortunio al Mugello nel 2010.
• Nelle mazze da hockey come protettivo e rinforzo superficiale delle fibre di carbonio (costituenti l'anima).
• La corda negli archi e balestre moderni.
• Produzione di copertoni per biciclette BMX.

Altri usi

• costituisce gli stoppini degli attrezzi da giocoleria incendiabili;
• per la realizzazione di smartphone;
• è utilizzato per la realizzazione di materiali compositi denominati Fiber Reinforced Polymers utilizzati di recente per il consolidamento statico di edifici in muratura e calcestruzzo armato;
• altoparlanti dei diffusori Hi-Fi di alta qualità;
• fabbricazione degli elmetti militari (esempio: il Lightweight Helmet dei Marines);
• fabbricazione degli elmetti del Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco (VFR2000);
• nel restauro strutturale dei dipinti su tela antichi e moderni in operazioni di rinforzo del supporto quando necessitano qualità di resistenza in minime sezioni unite alla bassa deformabilità elastica.

Nella finzione

• Il kevlar è anche il materiale di cui è fatto il costume di Batman, sia nei fumetti, sia nei film Batman Begins e Il Cavaliere Oscuro. Anche il Punitore e Hit Girl,altri personaggi dei fumetti,vestono un giubbotto antiproiettili in kevlar. Inoltre questo materiale compare anche nel film Robocop, utilizzato insieme al titanio per la costruzione dell'omonimo poliziotto cyborg.

Voci correlate

• Glossario di tessitura

Altri progetti

• Commons

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