KEVLAR

Kevlar é o nome da empresa DuPont marca para o material feito de fibra sintética poli-paraphenylene tereftalamida que é construído de fibras para-aramida que as reivindicações da companhia é cinco vezes mais forte do que o mesmo peso de aço, sendo leve, flexível e confortável. Também é muito resistente ao calor e se decompõe acima de 400 ° C sem derreter. Foi inventado por Stephanie Kwolek da DuPont de pesquisa em polímeros de alta performance, e patenteada por ela em 1966 e comercializado pela primeira vez em 1971. Kevlar é uma marca registrada marca de E.I. du Pont de Nemours and Company.

Originalmente criada para substituir as cintas de aço em pneus, É provavelmente o mais conhecido o nome de armadura suave como coletes à prova de balas. Ele também é usado em equipamentos de esportes radicais, drumhead aplicações de alta tensão, a protecção do manuseio dos animais, construção de aeronaves em composite, ternos de fogo, as velas do iate e, como uma substituição do amianto.

Quando este polímero é fiado da mesma forma que uma aranha tece uma teia, para o resultado comercial de fibra de aramida tem uma força enorme, e é resistente ao calor e de corte. Para fibras de aramida não ferrugem ou corrosão, ea sua força não é afetado por imersão em água. Quando entrelaçadas, eles formam um bom material para amarras e outros objetos debaixo d'água. No entanto, a não ser especialmente impermeabilizado, para-fibra de aramida capacidade de parar de balas e outros projéteis se degrada quando molhado.

Propriedades

Kevlar é um tipo de aramida, que consiste de longas cadeias poliméricas com uma orientação paralela. Kevlar deriva sua força da inter-ligações de hidrogênio molecular e aromáticas empilhamento interações entre grupos aromáticos em vertentes vizinhas. Essas interações são muito mais fortes do que a interação de van der Waals encontradas em outros polímeros sintéticos e fibras como Dyneema. A presença de sais e algumas outras impurezas, especialmente cálcio, que interferem com as interações de costa e tem de ser evitados no processo de produção. Kevlar é composto de moléculas relativamente rígida, que representam uma folha plana-como a estrutura similar à da proteína de seda.

Polyparaphenylene tereftalamida intermoleculares Hydrogen Bonding

Estas características resultam em sua alta resistência mecânica e sua resistência ao calor notável. Porque é altamente insaturados, como a proporção de carbono para os átomos de hidrogênio é bastante alto, tem uma baixa inflamabilidade. Kevlar moléculas têm grupos polares acessíveis para a ligação de hidrogênio. A água que entra no interior da fibra pode tomar o lugar de ligação entre as moléculas e reduzir a resistência do material, enquanto os grupos disponíveis à superfície para levar boas propriedades de molhagem. Isso é importante para unir as fibras de outros tipos de polímeros, formando um plástico reforçado com fibra. Esta mesma propriedade também faz as fibras naturais e se sentir mais "pegajosa", em comparação aos polímeros apolares como o polietileno.

Em aplicações estruturais, as fibras de Kevlar pode ser ligado a um outro ou outros materiais para formar um composto. Kevlar principais pontos fracos são que se decompõe em condições alcalinas ou quando exposto ao cloro. Embora possa ter uma grande força de tração, por vezes em excesso de 4,0 GPa, como todas as fibras tende a fivela de compressão.

Produção

Kevlar é sintetizada a partir de monômeros 1,4-fenil-diamina (para-fenilenodiamina) e cloreto de tereftaloilo. O resultado é uma amida de polímeros aromáticos (aramida) alternando com anéis de benzeno e grupos amida. Quando eles são produzidos, estas três vertentes do polímero são alinhadas de forma aleatória. Para fazer Kevlar, eles são dissolvidos e fiado, fazendo com que as cadeias poliméricas para orientar na direção da fibra.

Kevlar tem um preço elevado, em parte, devido às dificuldades decorrentes da utilização de ácido sulfúrico concentrado na sua fabricação. Estas condições adversas são necessários para manter o polímero altamente insolúvel na solução durante a síntese e fiação.

Kevlar Síntese

GRP plástico reforçado

Glass-Reinforced Plastic (GRP), é um material composto ou reforçado com fibra de plástico feito de um plástico reforçado por fibras finas de vidro. Como a grafite em plástico reforçado, o material compósito é comumente chamado pelo nome de suas fibras de reforço (fibra de vidro), um exemplo de parte-para-toda metonímia. O plástico é mais freqüentemente poliéster ou viniléster, mas outros plásticos, como epóxi (GRE), também são usados às vezes. O vidro é principalmente na forma de chopped strand mat (CSM), mas os tecidos também são utilizados.

GRP / GRE é um material versátil, com muitos usos. Embora GRP foi desenvolvido originalmente no Reino Unido durante o Segunda Guerra Mundial como um substituto para o contraplacado moldado utilizado em aeronaves radomes (GRP ser transparentes às microondas) a sua principal aplicação civil foi primeiro para a construção de barcos, Onde ganhou aceitação na década de 1950, e agora tem um papel dominante. Mas seu uso tem aumentado ao longo dos anos, e é usado extensivamente nos setores automotivo e equipamentos de desporto, embora seu uso não está sendo tomado por fibra de carbono devido ao seu menor peso. GRE é usado também para fazer banheiras de hidromassagem, condutas de água potável, esgotos, produtos químicos, e assim por diante.

Técnicas de fabricação avançadas, tais como pré-Pregs e mechas de fibra estender as aplicações ea resistência à tracção possível com fibra plástica reforçada.

GRP também é amplamente utilizado na indústria de telecomunicações para encobrir o aspecto visual das antenas, devido à sua permeabilidade RF e propriedades de baixa atenuação de sinal. Também pode ser usado para cobrir a aparência visual de outros equipamentos que não permeabilidade sinal é necessária, como gabinetes de equipamentos e estruturas de apoio de aço, devido à facilidade com que podem ser moldados, fabricados e pintados para desenhos personalizados, para mistura nos com as estruturas existentes ou alvenaria.

Exemplos de uso do GRP

• Thorpe Park's Ride "Tidal Wave" usa Poliéster reforçado para a sua 4 barcos tonelada.

• Planadores foram construídas quase exclusivamente de plástico reforçado desde meados da década de 1960, com carbono, de aramida e outras fibras, tomando o lugar do vidro na competição planadores modernos, e com amplo uso de mechas de alta resistência.

• As pás de rotor oco de grandes turbinas eólicas são normalmente feitas de GRP.

Fiberglass ou Fibra de vidro material é feita a partir de fibras de vidro extremamente fina. É usado como agente de reforço para muitos produtos de plástico, material composto resultante, devidamente conhecido como vidro, plástico reforçado (GRP) ou vidro reforçado com fibra de epóxi (GRE), é chamado "fibra" no uso popular.

Fabricantes de vidro ao longo da história têm experimentado com fibras de vidro, mas o seu fabrico em massa de fibra de vidro só foi possível com o advento de máquinas-ferramentas mais finas. Em 1893, Edward Drummond Libbey exibiu um vestido na Exposição Universal de incorporação de fibras de vidro com o diâmetro das fibras e textura de seda. O que é vulgarmente conhecido como "fibra" Hoje, no entanto, foi inventado em 1938 por Russell Jogos Slayter da Owens-Corning como um material a ser utilizado como isolamento. É comercializado sob o nome comercial Fiberglas marca (sic), ver também generificados.

Formação

Fibra de vidro é formado quando finos fios de sílica ou com o vidro outra formulação é extrusada em fibras, com muitos pequenos diâmetros adequados para o processamento têxtil. O vidro é ao contrário de outros polímeros em que, mesmo como uma fibra, ele tem pouca estrutura cristalina (ver amorfo sólido). As propriedades da estrutura de vidro em sua fase amolecida são muito parecidos com as suas propriedades quando girado em fibra. Uma definição de vidro é "uma substância inorgânica em uma condição que é contínua, e análoga ao estado líquido desta substância, mas que, como resultado de uma mudança reversível da viscosidade durante o resfriamento, atingiu um tão elevado grau de viscosidade como ser para todos os efeitos práticos rígida. "

A técnica de aquecimento e desenho em fibras de vidro fino tem sido conhecida a existência de milhares de anos, no entanto, o conceito de utilização destas fibras para aplicações têxteis é mais recente. A primeira produção comercial de fibra de vidro foi em 1936. Em 1938, a Owens-Illinois Glass Company e Corning Glass Works se uniram para formar a Owens-Corning Fiberglas Corporation. Até este tempo todo de fibra de vidro tinham sido fabricados como grampo. Quando as duas empresas se uniram para produzir e promover a fibra de vidro, eles introduziram fibras de vidro de filamento contínuo. Owens Corning é ainda o maior produtor de fibra de vidro no mercado hoje.

Química

A base de fibras de vidro não têxteis grau é a sílica, SiO₂. Na sua forma pura, ele existe como um polímero, (SiO₂)_n. Não tem nenhum ponto de fusão verdade, mas suaviza até 2000 ° C, onde começa a degradar. Em 1713 ° C, a maioria das moléculas podem mover-se livremente. Se o vidro é então resfriado rapidamente, eles serão incapazes de formar uma estrutura ordenada. No polímero faz SiO₄ grupos que são configurados como um tetraedro com o átomo de silício no centro, e quatro átomos de oxigênio nos cantos. Esses átomos, em seguida, formar uma rede colados nos cantos, compartilhando os átomos de oxigênio.

Os estados vítreo e cristalinas da sílica (vidro e quartzo) têm níveis de energia semelhantes em uma base molecular, implicando também que a forma vítrea é extremamente estável. A fim de induzir a cristalização, que devem ser aquecidos a temperaturas acima de 1200 ° C por longos períodos de tempo.

Apesar de sílica pura é perfeitamente viável um vidro e fibra de vidro, ele deve ser trabalhado com a temperaturas muito elevadas, que é uma desvantagem a menos que as suas propriedades químicas específicas são necessárias. É comum a introdução de impurezas no vidro na forma de outros materiais, para diminuir a sua temperatura de trabalho. Esses materiais também conferem várias outras propriedades para o vidro que pode ser benéfico em diferentes aplicações. O primeiro tipo de vidro utilizado para a fibra de vidro de soda-cal ou um copo. Não era muito resistente a álcalis.

Um novo tipo de vidro E foi formado que é alcalino livre (<2%) e é um alumino-vidro borossilicato. Esta foi a formulação de vidro utilizados pela primeira vez para a formação de filamentos contínuos. Vidro E ainda faz a maior parte da produção de fibra de vidro no mundo. Seus componentes particular pode ser ligeiramente diferente em porcentagem, mas deve cair dentro de uma faixa específica. A letra E é utilizado porque era originalmente para aplicações elétricas. S-vidro é uma formulação de alta resistência para uso quando a força de tração é a propriedade mais importante. C-vidro foi desenvolvida para resistir ao ataque de produtos químicos, principalmente ácidos que destroem E-vidro.

Desde vidro E realmente não derreter, mas amenizar, o ponto de amolecimento é definida como "a temperatura a que um 0,55-0,77 mm de diâmetro de fibra 9,25 centímetros de comprimento, alonga-se sob seu próprio peso em 1 mm / min, quando suspensas na vertical e aquecida a a taxa de 5 ° C por minuto ". O ponto de tensão é atingido quando o vidro tem uma viscosidade de 10^14,5 poise. O ponto de recozimento, que é a temperatura em que as tensões internas são reduzidas a um limite aceitável comercial em 15 minutos. A viscosidade neste momento deve ser de 10¹³ poise.

Propriedades

Fibras de vidro são úteis por causa de sua alta relação de área de superfície de peso. No entanto, o aumento da superfície torna muito mais suscetível ao ataque químico.

Forças de vidro são geralmente testados e relatados para "virgem" de fibras que acabam de ser fabricados. Mais fresco, mais finas fibras são mais fortes e isso é provavelmente devido ao fato de que é mais fácil para as fibras finas para dobrar. Quanto mais a superfície é arranhada, menor a tenacidade resultante é. Porque o vidro tem uma estrutura amorfa, suas propriedades são as mesmas ao longo da fibra e em toda a fibra. A umidade é um fator importante na resistência à tração. A umidade é facilmente absorvido e pode piorar fissuras microscópicas e defeitos de superfície, e diminuir a tenacidade. Em contraste com a fibra de carbono, vidro pode sofrer mais do alongamento antes de quebrar.

A viscosidade do vidro fundido é muito importante para o sucesso da fabricação. Durante o desenho (de puxar o vidro para reduzir a circunferência da fibra), a viscosidade deve ser relativamente baixo. Se ele for muito alta a fibra vai quebrar durante a elaboração, no entanto, se for demasiado baixa o vidro forma gotículas, em vez de desenho para fora da fibra.

Processos de Fabrico

Existem dois tipos principais de fabricação de fibra de vidro e dois tipos principais de produtos de fibra de vidro. Primeiro, a fibra é produzido a partir de um processo de fusão direta ou um processo de refusão de mármore. Ambos começam com as matérias-primas em forma sólida. Os materiais são misturados e fundidos em um forno. Então, para o processo de mármore, o material fundido é cortado e enrolado em bolinhas que são refrigerados e embalados. Os mármores são levados para as instalações de fabrico de fibra onde eles estão inseridos em uma lata e refundido. O vidro fundido é extrudado para a bucha a ser formado em fibra. No processo direto derreter, o vidro derretido no forno vai direto para a bucha para a formação.

A placa de bucha é a parte mais importante da máquina. Trata-se de um forno de metal contendo pequenos orifícios para a fibra a ser formado através. É quase sempre feito de platina ligado com ródio para maior durabilidade. A platina é usada porque o vidro fundido tem uma afinidade natural para se molhar. Quando buchas foram utilizados pela primeira vez eles estavam 100% de platina eo vidro molhado da bucha com tanta facilidade que funcionou sob a placa depois de sair do bico e acumulada na parte inferior. Além disso, devido ao seu custo e sua tendência ao desgaste, a platina era ligado com ródio. No processo de fusão direta, a bucha serve como um coletor para o vidro fundido. É ligeiramente aquecido para manter o vidro na temperatura correta para a formação da fibra. No mármore derreter processo, a bucha age mais como um forno que derrete mais do material.

As buchas são o que torna o investimento de capital na produção de fibra de vidro caro. O desenho do bico também é crítica. O número de bocais varia de 200 a 4000 em múltiplos de 200. A parte importante do bico na fabricação de filamento contínuo é a espessura de suas paredes na região de saída. Verificou-se que a inserção de um orifício aqui reduzida molhar. Hoje, os bicos são projetados para ter uma espessura mínima na saída. A razão para isto é que os fluxos de vidro através do bocal que forma uma queda, que está suspenso desde o final. Ao cair, ele deixa um fio ligado pelo menisco ao bocal, enquanto a viscosidade está na faixa correta para a formação da fibra. Quanto menor o anel anular de bico fino ou a parede na saída, mais rápido a soltar irá formar e cair fora, e menor será a sua tendência para a parte molhada vertical do bico. A tensão superficial do vidro é o que influencia a formação do menisco. Por E-vidro deve ser em torno de 400 mN por m.

A atenuação (desenho) a velocidade é importante no desenho do bico. Apesar de diminuir essa velocidade para baixo pode fazer mais grossos de fibra, é economicamente impossível a correr a velocidades para as quais os bicos não foram projetados.

No processo de filamento contínuo, após a fibra é desenhada, o tamanho é aplicado. Esta dimensão ajuda a proteger a fibra de que é enrolado em uma bobina. O tamanho especial aplicação diz respeito à utilização final. Enquanto alguns tamanhos são auxiliares, outros fazem a fibra tem uma afinidade com uma resina certo, se a fibra é para ser usado em uma composição. O tamanho é geralmente acrescentado a 0,5-2,0% em peso. Winding, em seguida, ocorre em cerca de 1000 m / min.

Na produção de fibra de grampo, há uma série de maneiras para a fabricação da fibra. O vidro pode ser queimado ou explodido com o calor ou vapor, depois de sair da máquina de formação. Normalmente, essas fibras são feitas em uma espécie de tapete. O processo mais comum utilizado é o processo rotativo. Aqui, o vidro entra em um controle giratório, e devido a força centrífuga é jogado para fora horizontalmente. Os jatos de ar que empurra para baixo verticalmente e aglutinante é aplicado. Em seguida, o tapete é aspirada a uma tela eo ligante é curada no forno.