Kevlar
La struttura chimica del kevlar. In grassetto: l'unità di monomero. Tratteggiati: i legami idrogeno
Struttura tridimensionale del kevlar
Il kevlar è una fibra sintetica aramidica inventata nel 1965 da Stephanie Kwolek, una ricercatrice della DuPont.[1][2][3] La sua caratteristica principale è la grande resistenza meccanica alla trazione, tanto che a parità di massa è 5 volte più resistente dell'acciaio.[4]
Il kevlar possiede anche una grande resistenza al calore e alla fiamma. Per le sue caratteristiche di resistenza viene utilizzato come fibra di rinforzo per la costruzione di giubbotti antiproiettile, di attrezzature per gli sport estremi e per componenti usati in aeroplani, imbarcazioni e vetture da competizione.
Indice
1 Storia
2 Produzione
3 Utilizzi
3.1 Protezione
3.2 Automobilismo
3.3 Attrezzi sportivi
3.4 Altri usi
4 Nella fiction
5 Note
6 Voci correlate
7 Altri progetti
Storia |
Inventato da Stephanie Kwolek mentre cercava una fibra resistente ed elastica per rimpiazzare la gomma degli pneumatici,[5] 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). È molto resistente anche alla temperatura.
Produzione |
Fibre di kevlar
Il kevlar 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 è utilizzata per assorbire, tramite deformazione plastica, l'energia cinetica dei proiettili. Di questo materiale sono costruiti anche alcuni elmetti militari, ad esempio il Lightweight Helmet dei Marines.
Il kevlar è utilizzato in alcuni capi antinfortunistici da lavoro.
Il tessuto in kevlar è tuttavia inefficace contro corpi perforanti quali baionette o coltelli, o colpi di proiettili perforanti. Per proteggere da questo tipo di attacchi, al tessuto in kevlar sono aggiunti pannelli metallici in lega leggera. La combinazione di kevlar e leghe leggere è utilizzata anche come protezione per veicoli soggetti a limitazione sul peso, ad esempio gli 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 sua leggerezza, la fibra è molto utilizzata nelle auto e moto da corsa:
- 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;
- nell'intelaiatura di alcuni pneumatici ad alte prestazioni;
- nei serbatoi di Formula 1, realizzati con due lamine: gomma nitrilica per quella interna e kevlar rinforzato tramite determinati trattamenti per quella esterna, il che permette al serbatoio di deformarsi senza subire crepe o rotture.
- nei silenziatori di moto 2 tempi, infatti anche dopo un lungo utilizzo il materiale non scotta.
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 ai livelli agonistici. Alcuni esempi:
- Carena di canoe e pagaie.
Cordini per l'arrampicata e per la ritenuta di aquiloni giganti.- Puntali delle stecche da biliardo, cioè 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 Fédération Internationale d'Escrime.
- Rinforzi nell'abbigliamento tecnico per motociclisti. Ad esempio, Valentino Rossi utilizza 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.
- Cornice delle racchette da badminton.
- Fasce antiforatura per mountain bike.
- nei giubbotti ad assetto variabile (GAV) nella subacquea.
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 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.
- tute per astronauti.
Nella fiction |
- Il kevlar è il materiale di cui è fatto il costume di Batman, sia nei fumetti, sia nei film Batman Begins, Il cavaliere oscuro e Il cavaliere oscuro - Il ritorno.
- La corazza di Robocop, il poliziotto cyborg dei film omonimi, è realizzata in un'immaginaria lega di kevlar e titanio.
- Altri personaggi dei fumetti quali il Punitore e Kick-Ass vestono giubbotti antiproiettili in kevlar.
- Nella terza stagione del telefilm Heroes Il fratello di Renè l'haitiano ha questo potere: il kevlar body gli conferisce una resistenza sovrumana, tanto da essere considerato un dio dalla gang di cui è a capo.
- Nel film Rampage il protagonista costruisce un'armatura di kevlar che gli permette di essere immune ai proiettili.
- Nella quarta stagione della serie TV Arrow il costume di Green Arrow e dei suoi collaboratori è fatto di kevlar.
- Nel videogioco Xcom 2 è il materiale delle armature base dei soldati.
Note |
^ Stephanie Kwolek, Hiroshi Mera e Tadahiko Takata, “High-Performance Fibers”, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2002. DOI: 10.1002/14356007.a13_001
^ What is Kevlar, DuPont. URL consultato il 28 marzo 2007.
^ Wholly Aromatic Carbocyclic Polycarbonamide Fiber Original Kevlar patent awarded in 1974 to Stephanie Kwolek
^ Five times stronger than steel - the safety material that revolutionized safety materials, su worksafely.com. URL consultato il 21 settembre 2007.
^ WebCite query result
Voci correlate |
- Glossario di tessitura
Altri progetti |
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