Kevlar

Kevlar ⓘ

İsimler
IUPAC adı Poli(azanediyl-1,4-phenyleneazanediylterephthaloyl)
Tanımlayıcılar
CAS Numarası	24938-64-5
ChemSpider	Hiçbiri
Özellikler
Kimyasal formül	[-CO-C6H4-CO-NH-C6H4-NH-]n
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).  doğrulayın (ne olduğunu  ?) Bilgi kutusu referansları

Kevlar (para-aramid), Nomex ve Technora gibi diğer aramidlerle ilişkili, ısıya dayanıklı ve güçlü bir sentetik elyaftır. Stephanie Kwolek tarafından 1965 yılında DuPont'ta geliştirilen yüksek mukavemetli malzeme, ticari olarak ilk kez 1970'lerin başında yarış lastiklerinde çeliğin yerine kullanılmıştır. Tipik olarak, bu şekilde veya kompozit malzeme bileşenlerinde bir bileşen olarak kullanılabilen halatlar veya kumaş tabakalar halinde bükülür. ⓘ

Kevlar'ın bisiklet lastikleri ve yarış yelkenlerinden kurşun geçirmez yeleklere kadar pek çok uygulama alanı vardır ve bunların hepsi yüksek gerilme mukavemeti/ağırlık oranına bağlıdır; bu ölçüye göre çelikten beş kat daha güçlüdür. Ayrıca yüksek darbelere dayanıklı modern yürüyüş davullarının yapımında da kullanılır. Ayrıca demirleme halatları ve diğer su altı uygulamaları için de kullanılır. ⓘ

Aynı kimyasal yapıya sahip Twaron adlı benzer bir elyaf 1970'lerde Akzo tarafından geliştirilmiştir; ticari üretim 1986'da başlamıştır ve Twaron artık Teijin tarafından üretilmektedir. ⓘ

Kevlar ⓘ

Kevlar, çok hafif karbon kökenli çok sağlam liflerden oluşan bir malzemedir. DuPont firması tarafından 1965 yılında icat edilmiş, patentlenmiş ticari bir markadır. Kevlar günümüzde zırh, sağlam halat yapımı, yanmayan koruyucu giysi yapımında kullanılmaktadır. Kevlar çok yüksek çekme gerilimine dayanabilen liflerden oluşan ipliksi bir yapıdır. Dokunabilir, kumaş haline getirilebilir, kesilebilir ve dikilebilir. Özellikle çelik yelek, miğfer, paraşüt ipi, yol bisikleti lastiklerinde, fiber veya data kabloları için ek sağlamlık sağlayan halat, veya gemileri bağlamak için kullanılan hafif halatlar ve kompozit yapılar ile oluşturulan levha, boru veya özel taşıtların gövde veya kanat yapılarının yapımında kullanılmaktadır. "Aynı ağırlıktaki çelikten 5 kat daha sağlamdır" sloganı ile pazarlanmaktadır. ⓘ

Tarihçe

Kevlar'ın mucidi Amerikalı kimyager Stephanie Kwolek ⓘ

Poli-parafenilen tereftalamid (K29) - Kevlar markalı - Amerikalı kimyager Stephanie Kwolek tarafından DuPont için çalışırken benzin kıtlığı beklentisiyle icat edildi. 1964 yılında grubu, hafif ama güçlü lastikler için kullanılacak yeni bir hafif ve güçlü elyaf aramaya başladı. O sırada üzerinde çalıştığı polimerler, poli-p-fenilen-teraftalat ve polibenzamid, çözelti halindeyken sıvı kristaller oluşturuyordu ve bu o zamanlar bu polimerlere özgü bir şeydi. ⓘ

Çözelti "bulanık, karıştırıldığında opalesan ve düşük viskoziteli" idi ve genellikle çöpe atılıyordu. Ancak Kwolek, düze makinesini çalıştıran teknisyen Charles Smullen'i çözeltisini test etmeye ikna etti ve naylonun aksine elyafın kırılmadığını görünce şaşırdı. Amiri ve laboratuvar müdürü keşfinin önemini anladı ve yeni bir polimer kimyası alanı hızla ortaya çıktı. 1971 yılına gelindiğinde modern Kevlar piyasaya sürüldü. Ancak Kwolek, Kevlar'ın uygulamalarının geliştirilmesinde pek yer almadı. Kevlar 149, 1980'lerde Dupont'tan Dr. Jacob Lahijani tarafından icat edildi. ⓘ

Üretim

1,4-fenilen-diaminin (para-fenilendiamin) tereftaloil klorür ile reaksiyonu sonucu Kevlar elde edilmesi ⓘ

Kevlar, 1,4-fenilen-diamin (para-fenilendiamin) ve tereftaloil klorür monomerlerinden bir yan ürün olarak hidroklorik asit veren bir yoğunlaşma reaksiyonunda çözelti içinde sentezlenir. Sonuç sıvı-kristal davranışına sahiptir ve mekanik çekme polimer zincirlerini elyaf yönünde yönlendirir. Heksametilfosforamid (HMPA) başlangıçta polimerizasyon için kullanılan çözücüydü, ancak güvenlik nedenleriyle DuPont bunu bir N-metil-pirolidon ve kalsiyum klorür çözeltisiyle değiştirdi. Bu işlemin patenti Twaron üretiminde Akzo (yukarıya bakınız) tarafından alındığı için bir patent savaşı başladı. ⓘ

Kevlar üretimi, sentez ve eğirme sırasında suda çözünmeyen polimeri çözelti içinde tutmak için gereken konsantre sülfürik asit kullanımından kaynaklanan zorluklar nedeniyle pahalıdır. ⓘ

Çeşitli kalitelerde Kevlar mevcuttur:

• Kevlar K-29 - kablolar, asbest değişimi, lastikler ve fren balataları gibi endüstriyel uygulamalarda.
• Kevlar K49 - kablo ve halat ürünlerinde kullanılan yüksek modüllü.
• Kevlar K100 - Kevlar'ın renkli versiyonu
• Kevlar K119 - daha uzun ömürlü, esnek ve yorulmaya karşı daha dayanıklı
• Kevlar K129 - balistik uygulamalar için daha yüksek mukavemet
• Kevlar K149 - balistik, zırh ve havacılık uygulamaları için en yüksek mukavemet
• Kevlar AP - K-29'a göre %15 daha yüksek gerilme mukavemeti
• Kevlar XP - daha hafif reçine ve KM2 plus elyaf kombinasyonu
• Kevlar KM2 - zırh uygulamaları için geliştirilmiş balistik direnç ⓘ

Güneş ışığının ultraviyole bileşeni, UV bozunması olarak bilinen bir sorun olan Kevlar'ı bozar ve ayrıştırır ve bu nedenle güneş ışığına karşı koruma olmadan nadiren açık havada kullanılır. ⓘ

Yapısı ve özellikleri

Kevlar'ın moleküler yapısı: kalın çizgiler bir monomer birimini, kesikli çizgiler hidrojen bağlarını göstermektedir. ⓘ

Kevlar büküldüğünde ortaya çıkan elyaf yaklaşık 3.620 MPa (525.000 psi) gerilme mukavemetine ve 1,44 (0,052 lb/in³) bağıl yoğunluğa sahiptir. Polimer, yüksek mukavemetini birçok zincirler arası bağa borçludur. Bu moleküller arası hidrojen bağları karbonil grupları ve NH merkezleri arasında oluşur. Ek güç, bitişik iplikler arasındaki aromatik istifleme etkileşimlerinden elde edilir. Bu etkileşimler Kevlar üzerinde, ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen gibi diğer sentetik polimerlerin ve liflerin özelliklerini tipik olarak etkileyen van der Waals etkileşimlerinden ve zincir uzunluğundan daha büyük bir etkiye sahiptir. Tuzların ve diğer bazı safsızlıkların, özellikle de kalsiyumun varlığı, iplik etkileşimlerine müdahale edebilir ve üretimine dahil edilmemesine özen gösterilir. Kevlar'ın yapısı, ipek proteini gibi çoğunlukla düzlemsel tabaka benzeri yapılar oluşturma eğiliminde olan nispeten sert moleküllerden oluşur. ⓘ

Termal özellikler

Kevlar, kriyojenik sıcaklıklara (-196 °C (-320,8 °F)) kadar gücünü ve esnekliğini korur; aslında düşük sıcaklıklarda biraz daha güçlüdür. Daha yüksek sıcaklıklarda gerilme mukavemeti hemen yaklaşık %10-20 oranında azalır ve birkaç saat sonra mukavemet giderek daha da azalır. Örneğin: 160 °C'ye (320 °F) 500 saat dayanırsa mukavemeti yaklaşık %10 azalır; ve 260 °C'ye (500 °F) 70 saat dayanırsa mukavemeti yaklaşık %50 azalır. ⓘ

Uygulamalar

Bilim

Kevlar, düşük ısı iletkenliği ve süspansiyon amaçlı diğer malzemelere göre yüksek mukavemeti nedeniyle kriyojenik alanında sıklıkla kullanılır. Paramanyetik malzemeye ısı sızıntılarını en aza indirmek için çoğunlukla bir paramanyetik tuz muhafazasını süper iletken bir mıknatıs mandrelinden askıya almak için kullanılır. Ayrıca, düşük ısı sızıntılarının istendiği yerlerde termal bir mesafe veya yapısal destek olarak da kullanılır. ⓘ

İnce bir Kevlar pencere, CERN'deki NA48 deneyi tarafından, her ikisi de 192 cm (76 inç) çapında olan bir vakum kabını neredeyse atmosferik basınçtaki bir kaptan ayırmak için kullanılmıştır. Pencere, oldukça az miktarda malzeme (radyasyon uzunluğunun sadece %0,3 ila %0,4'ü) ile birlikte vakum sızdırmazlığı sağlamıştır. ⓘ

Koruma

Bir el bombasının patlamasını emmeye yardımcı olmak için kullanılan Kevlar kask parçaları ⓘ

Kevlar, savaş kaskları, balistik yüz maskeleri ve balistik yelekler gibi kişisel zırhların iyi bilinen bir bileşenidir. Birleşik Devletler askeri kuvvetleri tarafından kullanılan PASGT kask ve yelek, Kevlar'ı yapılarında temel bir bileşen olarak kullanmaktadır. Diğer askeri kullanım alanları arasında kurşun geçirmez yüz maskeleri ve zırhlı savaş araçlarının mürettebatını korumak için kullanılan spall gömlekler yer almaktadır. Nimitz sınıfı uçak gemileri hayati bölgelerde Kevlar takviyesi kullanmaktadır. Sivil uygulamalar arasında itfaiyeciler tarafından giyilen yüksek ısıya dayanıklı üniformalar, polis memurları tarafından giyilen vücut zırhı, güvenlik ve SWAT gibi polis taktik ekipleri yer almaktadır. ⓘ

Kevlar, kullanıcıları kesiklerden, aşınmalardan ve ısıdan korumak için tasarlanmış eldivenler, kollar, ceketler, baretler ve diğer giysilerin üretiminde kullanılır. Kevlar bazlı koruyucu giysiler genellikle daha geleneksel malzemelerden yapılan eşdeğer giysilerden çok daha hafif ve incedir. ⓘ

Kevlar, yarış kanoları için çok popüler bir malzemedir. ⓘ

Motosiklet güvenlik giysilerinde, özellikle omuz ve dirsekler gibi dolgu içeren bölgelerde kullanılır. Eskrimde koruyucu ceketlerde, pantolonlarda, plastronlarda ve maskelerin önlüklerinde kullanılır. Boğa güreşlerinde pikadorların atlarını koruyan yastıklı örtü olan peto'da kullanımı giderek artmaktadır. Sürat patencileri de düşme veya çarpışma durumunda patenlerden kaynaklanabilecek olası yaraları önlemek için sıklıkla Kevlar kumaştan bir alt katman giyerler. ⓘ

Kevlar yelekler kevlar liflerinden dokunmuş kumaşlardan birçok kat üst üste dikilerek oluşturulur.Yüksek gerilime dayanıklı lifler kurşunu tutabilmektedir. Bununla birlikte lifler ezilmeye dayanıklı değildir. Bundan dolayı kevlardan yapılmış bir malzemenin kurşun geçirmeme şartı esnemesidir. İnsan vücudu üzerinde kevlar kurşunu geçirmezken, sert bir madde üzerine gerilen aynı kevlar kurşunu geçirir. ⓘ

Sivri uçlu mermilerin durdurulabilmesi için daha sık ve sağlam bir dokumaya ihtiyaç vardır. ⓘ

Kurşun geçirmez yelekler durdurabildikleri kalibre ve mermi tiplerine göre seviye katsayılarına sahiptir. Zırh delici çelik uçlu mermiler kevlar yelekler tarafından durdurulamaz. Bunun için kevlar yelek içerisinde çok sert seramik levhalar kullanılmaktadır. Bu levhalar çelik merminin sivrilik miktarını ucu kırarak azaltır. Sonraki katmandaki kevlar kumaş katmanlarında mermi durdurulur. Kevlar yelekler gövdedeki hayati organları korumayı amaçlar. Yine de kullanıcı tam olarak korunmuş değildir. Bazı durumlarda kurşunun vücuda girmesinden çok kurşunun oluşturduğu darbe ile kemiklerin kırılması veya basınç ile iç organların patlaması tehlikesi ile karşı karşıya kalınır. ⓘ

Spor

Kyudo veya Japon okçuluğunda, yay telleri için daha pahalı olan kenevire alternatif olarak kullanılabilir. Yamaç paraşütü askı ipleri için kullanılan ana malzemelerden biridir. Patlamaları önlemek için bazı bisiklet lastiklerinde iç astar olarak kullanılır. Masa tenisinde, sıçramayı artırmak ve ağırlığı azaltmak için özel katlı bıçaklara veya küreklere Kevlar katları eklenir. Tenis raketleri bazen Kevlar ile dizilir. Yüksek performanslı yarış teknelerinin yelkenlerinde kullanılır. ⓘ

2013 yılında teknolojideki gelişmelerle birlikte Nike, Kevlar'ı ilk kez ayakkabılarda kullandı. Elite II Serisi'ni piyasaya sürmüş ve daha önceki basketbol ayakkabısı versiyonlarına eklemeler yaparak ayakkabının bağcıklarının yanı sıra ön kısmında da Kevlar kullanmıştır. Bu, geleneksel olarak kullanılan naylonun aksine ayakkabının ucunun esnekliğini azaltmak için yapıldı, çünkü Kevlar yaklaşık %30 oranında genişleyen naylona karşı yaklaşık %1 oranında genişledi. Bu serideki ayakkabılar arasında LeBron, HyperDunk ve Zoom Kobe VII yer alıyordu. Ancak bu ayakkabılar ortalama basketbol ayakkabısı maliyetinin çok üzerinde bir fiyat aralığında piyasaya sürüldü. Ayrıca Adidas F50 adiZero Prime futbol kramponunun bağcıklarında da kullanılmıştır. ⓘ

Continental AG de dahil olmak üzere birçok şirket, patlamalara karşı koruma sağlamak amacıyla Kevlar içeren bisiklet lastikleri üretmektedir. ⓘ

Tom Ritchey tarafından 1984 yılında bisiklet sporuna kazandırılan katlanır damaklı bisiklet lastikleri, ağırlık azaltma ve mukavemet için çelik yerine Kevlar'ı damak olarak kullanmaktadır. Katlanır damaklı bisiklet lastiklerinin bir yan etkisi de, katlanıp küçük kutulara yerleştirildikleri için perakende ortamında bisiklet lastiklerini sergilemek için gereken raf ve zemin alanının azalmasıdır. ⓘ

Müzik

Kevlar'ın ayrıca hoparlör konileri için, özellikle bas ve orta aralık tahrik üniteleri için yararlı akustik özelliklere sahip olduğu bulunmuştur. Ayrıca Kevlar, ses verisi iletiminde kullanılanlar gibi fiber optik kablolarda mukavemet elemanı olarak kullanılmıştır. ⓘ

Kevlar, yaylı çalgılar için yaylarda akustik çekirdek olarak kullanılabilir. Kevlar'ın fiziksel özellikleri yay kullanıcısına güç, esneklik ve stabilite sağlar. Bugüne kadar bu tür yayların tek üreticisi CodaBow'dur. ⓘ

Kevlar aynı zamanda, kuyruk parçasını yaylı telli çalgıların uç kısmına bağlayan kuyruk kordonları (diğer adıyla kuyruk parçası ayarlayıcıları) için de bir malzeme olarak kullanılmaktadır. ⓘ

Kevlar bazen yürüyen trampetlerde malzeme olarak kullanılır. Son derece yüksek miktarda gerginlik sağlayarak daha temiz bir ses elde edilmesini sağlar. Genellikle kafayı hava geçirmez hale getirmek için Kevlar üzerine dökülen bir reçine ve düz bir vuruş yüzeyi sağlamak için naylon bir üst katman vardır. Bu, yürüyen trampet kafalarının birincil türlerinden biridir. Remo'nun Falam Slam yaması Kevlar ile yapılır ve vurucunun vurduğu bas davul kafalarını güçlendirmek için kullanılır. ⓘ

Kevlar, Fibracell'in nefesli kamışlarında kullanılır. Bu kamışların malzemesi, doğanın kamış inşa etme şeklini kopyalamak için tasarlanmış havacılık ve uzay malzemelerinden oluşan bir kompozittir. Çok sert ancak ses emici Kevlar lifleri hafif bir reçine formülasyonu içinde asılıdır. ⓘ

Motorlu araçlar

Kevlar bazen otomobillerin yapısal bileşenlerinde, özellikle de Ferrari F40 gibi yüksek değerli performans otomobillerinde kullanılır. ⓘ

Kesilmiş elyaf, fren balatalarında asbest yerine kullanılmıştır. Kevlar gibi aramidler asbest frenlere kıyasla havada daha az lif bırakır ve asbestle ilişkili kanserojen özelliklere sahip değildir. ⓘ

Diğer kullanım alanları

San Francisco'da bir plajda ateş poi ⓘ

Kevlar demirleme halatı ⓘ

Ateş dansı dekorları için fitiller, içinde Kevlar bulunan kompozit malzemelerden yapılır. Kevlar tek başına yakıtı çok iyi emmez, bu nedenle fiberglas veya pamuk gibi diğer malzemelerle karıştırılır. Kevlar'ın yüksek ısı direnci fitillerin birçok kez yeniden kullanılabilmesini sağlar. ⓘ

Kevlar bazen bazı yapışmaz kızartma tavalarında Teflon yerine kullanılır. ⓘ

Kevlar lifi halatta ve liflerin bir polietilen kılıf içinde paralel tutulduğu kabloda kullanılır. Kablolar, Aberfeldy, İskoçya'daki köprü gibi asma köprülerde kullanılmıştır. Ayrıca çatlayan beton soğutma kulelerini çevresel uygulama ve ardından çatlakları kapatmak için gerdirme yoluyla stabilize etmek için de kullanılmıştır. Kevlar, fiber optik kablo için koruyucu bir dış kılıf olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır, çünkü mukavemeti kabloyu hasardan ve bükülmeden korur. Bu uygulamada kullanıldığında genellikle Parafil ticari markalı adıyla bilinir. ⓘ

Kevlar, Georgia Teknoloji Enstitüsü'ndeki bilim adamları tarafından elektrik üreten giysiler üzerinde yapılan bir deney için temel tekstil olarak kullanılmıştır. Bu, kumaşa çinko oksit nanoteller dokuyarak yapıldı. Eğer başarılı olursa, yeni kumaş metrekare başına yaklaşık 80 miliwatt üretecek. ⓘ

Kevlar'dan oluşan 60.000 metrekarelik (5.600 m²) geri çekilebilir bir çatı, 1976 Yaz Olimpiyatları için Montreal Olimpiyat Stadyumu'nun tasarımının önemli bir parçasıydı. Ancak 10 yıl geç tamamlandığı ve bir dizi sorunun ardından sadece 10 yıl sonra Mayıs 1998'de değiştirildiği için olağanüstü derecede başarısız oldu. ⓘ

Kevlar, yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılmak üzere ve yüksek mukavemeti nedeniyle kauçuk körük genleşme derzlerinde ve kauçuk hortumlarda takviye katmanı olarak bulunabilir. Ayrıca, keskin nesnelere karşı koruma sağlamak için hortum tertibatlarının dışında kullanılan bir örgü tabakası olarak da bulunur. ⓘ

Bazı cep telefonları (Motorola RAZR Ailesi, Motorola Droid Maxx, OnePlus 2 ve Pocophone F1 dahil), esnekliği ve sinyal iletimine müdahale etmemesi nedeniyle karbon fiber gibi diğer malzemelere göre seçilen Kevlar arka plakaya sahiptir. ⓘ

Kevlar fiber/epoksi matris kompozit malzemeler, diğer fiberlere kıyasla yüksek özgül mukavemetleri ve hafiflikleri nedeniyle deniz akıntı türbinlerinde (MCT) veya rüzgar türbinlerinde kullanılabilir. ⓘ

Kompozit malzemeler

Aramid elyaflar, genellikle karbon elyaf ve cam elyaf ile birlikte kompozit malzemeleri güçlendirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek performanslı kompozitler için matris genellikle epoksi reçinedir. Tipik uygulamalar arasında F1 yarış arabaları için monokok gövdeler, helikopter rotor kanatları, tenis, masa tenisi, badminton ve squash raketleri, kanolar, kriket sopaları ve çim hokeyi, buz hokeyi ve lakros sopaları yer almaktadır. ⓘ

En güçlü elyaf ve en kristal yapıya sahip olan Kevlar 149, uçak yapımının belirli bölümlerinde bir alternatiftir. Kanat ön kenarı, Kevlar'ın kuş çarpışmalarında kırılmaya karbon veya cam elyafından daha az eğilimli olduğu bir uygulamadır. ⓘ

Kullanım Alanları

• Gemileri bağlamak için kullanılan halatların yapımında,
• Madencilerin giydiği giysilerin imalatında,
• İtfaiyecilerin üniformalarının imalatında,
• Cam işi ile uğraşan iş dalı giysilerinin imalatında,
• Hava Kuvvetleri pilotlarının uniformalarının imalatında,
• Tank
• Uçak kanatlarında,
• Hafif ağırlıklı kano imalatında,
• Askeri miğfer yapımında
• Paraşüt, ve dağcılık için halatlar
• Yeni nesil hoparlörlerin diyaframları
• Motosiklet ekipmanlarında
• Telefon kapaklarında ⓘ